高速な3次元スペクトル大気大循環モデルの構築と大気力学研究への新たなアプローチ

高速3D光谱大气环流模型的构建和大气动力学研究的新方法

基本信息

批准号：
20K04061
负责人：
石岡圭一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04061/
关键词：
3次元スペクトル大気大循環モデル成層圏準2年周期振動 Pekerisモード線形固有値解析次元スペクトル大気大循環モデル鉛直解像度傾圧トイモデル傾圧渦 βドリフト不安定周期軌道傾圧擾乱大規模大気乱流

项目摘要

本研究の目的は, 鉛直方向にもスペクトル法を用いた3次元スペクトルメカニステック大気大循環モデル(MCM)を構築し, それを高度に最適化・並列化することによって高速動作するように整備して本研究自体および研究コミュニティでの活用に寄与すること, および, 整備されたMCMを用いて初めて可能となる大気力学研究に対する新たなアプローチを試みることである.2022年度は, 2021年度に行った3次元スペクトルMCMの定式化について論文に発表したとともに, 作成した3次元スペクトルMCMを用いて, Yao and Jablonowski (2015)が示しているMCMにおいて成層圏準2年周期振動(QBO)的な振動現象が生じるかを, 鉛直差分法のモデルとも比較しながら調べた. 結果として, 3次元スペクトルMCMでは鉛直差分法のモデルと違ってQBO的振動は生じず, かつ鉛直差分法のモデルでも鉛直解像度を高めていくとQBO的振動が生じなることが明らかとなった. この結果は, MCMにおけるQBOが, 鉛直差分による離散化誤差のために生じている可能性を示すものである. この結果については投稿論文を準備中である. また, 本研究で作成した3次元スペクトルMCMを線形化することにより, 帯状の基本場を与えた場合の大気の自由振動の固有値を計算できるプログラムを作成した. 2022年1月のフンガ・トンガ-フンガ・ハアパイ(HTHH)の噴火の際に検出されたPekerisモード(Watanabe, et al, 2022)の等価深度に関して, そのプログラムを利用して等価深度を計算したところ, Salby (1979)による等価深度の計算法に不備を発見することにつながり, Pekerisモードの等価深度の計算について論文を投稿し, 掲載が決定している.

本研究的目的是在垂直方向同样采用谱法构建三维谱机制大气环流模型（MCM），并通过高度优化和并行化来提高其高速运行的目的。这项研究的目的是为这项研究本身及其在研究界的使用做出贡献，并尝试一种只有使用开发的 MCM 才能实现的大气动力学研究新方法。除了发表我们在 2021 年进行的 3D 光谱 MCM 制定的论文外，我们还使用创建的 3D 光谱 MCM 来模拟 Yao 和 Jablonowski (2015) 所示的 MCM 中的平流层准两年期振荡 (QBO)我们将其与基于垂直有限差分法的模型进行比较，看看是否发生振荡现象。结果，与使用垂直有限差分法的模型不同，在 3D 频谱 MCM 中不会出现类似 QBO 的振荡。研究还表明，即使在垂直差分法模型中，随着垂直分辨率的增加，也会出现类似 QBO 的振荡。该结果表明，MCM 中的 QBO 可能是由垂直差异引起的离散化误差引起的。此外，通过对本研究中创建的三维光谱 MCM 进行线性化，我们将能够在给定带状基本场时估计大气的自由振动。关于 2022 年 1 月 Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (HTHH) 喷发期间检测到的 Pekeris 模式的等效深度（Watanabe 等人，2022），使用该程序计算的等效深度导致发现了缺陷。 Salby（1979）在等效深度的计算方法中，提交了一篇关于Pecheris模式下等效深度计算的论文，出版已决定。