滝川雅之 地球フロンティア･大気組成変動予測研究領域

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1 滝川雅之 地球フロンティア･大気組成変動予測研究領域
成層圏化学モデルについて 滝川雅之 地球フロンティア･大気組成変動予測研究領域 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

2 目次 鉛直レベルの検討 CHASERの化学過程の拡張 鉛直移流の改善 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

3 現在のCHASERは鉛直32層、モデルトップは高度約40km(化学反応を考慮しているのは高度20km程度まで)。
1. 鉛直層数の検討 現在のCHASERは鉛直32層、モデルトップは高度約40km(化学反応を考慮しているのは高度20km程度まで)。 住共生の所謂マル高は鉛直56層、モデルトップは高度約50km。 →下部成層圏におけるオゾンホールなどの影響を考慮するためには、モデルトップはどの程度の高さまで必要か？ 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

4 これまでの鉛直層数の例 20 56 32t 67 32s 中間圏 7 9 成層圏 5 17 10 24 対流圏 8 25 15 29 PBL 14 6 20層: 中解像度大気海洋結合 56層: 高解像度大気海洋結合 32層: 対流圏化学(CHASER) 67層: 成層圏QBO実験 32層: 成層圏化学 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

5 オゾンおよび水蒸気トレンドを議論するためには、高度約50km程度まではきちんと取り扱えるようにしたい。
鉛直層数に関するtips オゾンおよび水蒸気トレンドを議論するためには、高度約50km程度まではきちんと取り扱えるようにしたい。 →　モデルトップは高度60－70km程度 メタン破壊などをきちんと考慮するにも50km程度は必要。 太陽活動や重力波、QBOなどを議論するためには高度80-90km程度は欲しい（？） →　non-LTE放射スキームが新たに必要（次期放射スキームもこの高度域は適用外）。 チューニングなどの手間を少なくするため、対流圏以下での層間隔は20層もしくは56層とそろえた方が良い。 ESにおけるマイクロタスクによる並列化のため、鉛直層数は8の倍数であることが望ましい。 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

6 極渦の中ではメタン濃度の低い気隗が降りてきている メタン破壊速度（水蒸気生成速度）がもっとも大きいのは赤道域の高度50km程度
大気中でのメタン破壊 極渦の中ではメタン濃度の低い気隗が降りてきている メタン破壊速度（水蒸気生成速度）がもっとも大きいのは赤道域の高度50km程度 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

7 56層をベースに上部成層圏を細かくする、あるいは67層の上端を切り詰めて、64層程度にする。
鉛直層数に関するまとめ 56層をベースに上部成層圏を細かくする、あるいは67層の上端を切り詰めて、64層程度にする。 東西風が大きくなるため、モデルのタイムステップは小さくなる。→計算時間の増大（Δｔがl56の1．5倍程度？） 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

8 現在のCHASERは高度約20km程度までの主に対流圏における化学過程を考慮している。
→下部成層圏におけるオゾンホールなどの影響を考慮するためには、どの程度の化学反応が必要か？ CH4,N2Oなどを予報変数に入れる。 Ox反応を入れる。 塩素系化合物は極域でのPSC表面上での不均一反応などが重要なため、成層圏を取り扱う場合は必須。 臭素系化合物は塩素系との連鎖によってオゾン破壊を加速するため、可能ならば導入を検討したい。 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

9 化学過程の拡張（例） 化学種 光解離反応 気相反応 液相反応 不均一反応 long short 現在 52 26 102 4 7 37 15 +ClOx +21 +15 +29 +5 (+19) +18 +3 +BrOx +10 +6 +16 +8 (+20) +7 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

10 塩素系・臭素系化合物を入れることによって、どの程度化学過程が重くなるのかをBOXモデルを用いて推計する。
化学過程の拡張（続） 塩素系・臭素系化合物を入れることによって、どの程度化学過程が重くなるのかをBOXモデルを用いて推計する。 上部対流圏程度の領域で、三種類（対流圏のみ、＋塩素系、＋臭素系）の設定で30日間走らせる。 PSC　typeI, typeII 表面上での不均一反応については今回は考慮していない。 各々の実験について、5回の平均実行時間を比較。 実行環境は RedHat Linux8 (Pentium4 3GHz) + Intel Fortran Compiler 7.1 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

11 system time(sec.) relative ratio original 2.492 (x1.0) +ClOx 5.258
化学過程の拡張（続々） system time(sec.) relative ratio original 2.492 (x1.0) +ClOx 5.258 x2.11 +BrOx 5.66 x2.27 塩素系化合物に加えてN2O, CH4 やOx系の反応なども考慮する必要があるため、Cl系化合物まで加えると現時点の二倍以上重くなる可能性がある。 臭素系化合物まで入れてもそれほど重くなるわけではない。 海洋モデルなどと計算時間が同程度になるように、臭素系まで、もしくは「簡略版塩素系」を検討したい。 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

12 現在のCHASERが t42l32 32PE で2.5時間/モデル年程度 l64, モデルトップ 70km, 臭素系化合物まで含めるとすると
計算時間に関して 現在のCHASERが t42l32 32PE で2.5時間/モデル年程度 l64, モデルトップ 70km, 臭素系化合物まで含めるとすると 2.5hr x 2 x 1.5 x 2.3 = 17 時間/モデル年 100年計算するのに二ヶ月強かかる計算。 高速化のアイデア マイクロタスク (4倍程度高速化？) 化学過程を別ノード化（大量の三次元データを通信するので、通信速度が心配） 成層圏化学、対流圏化学をさらに別ノード化し、各々の高度域に絞って（一時間ごと程度に）AGCMと通信する？ 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

13 t42l56std などで、ヒマラヤ付近において鉛直方向の Courant数の絶対値が1を超えることがある。
３．鉛直移流の改善 t42l56std などで、ヒマラヤ付近において鉛直方向の Courant数の絶対値が1を超えることがある。 t42l67, および t42l32tc でも時折見られる　（CHASER についてはNCEP再解析データを用いて強め（時定数二日程度）にナッジングをかけた場合）。 現状の移流スキームではCourant数の絶対値が1を超えないことを仮定していたため、quick hack で対応。 →計算時間はオリジナル、quick hack版でほぼ同じ（DEC-OSF, ESとも） 1を超えた領域を調べるとΔp=13hPa程度なので、dσ/dt が0.01hPa/s(dt=10分と仮定)にもなっている？ →そもそもdπ/dtがノイジーすぎる？ 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

14 北緯32度、上部対流圏での6時間ごとのSF6濃度（pptv）
赤線はオリジナル、黒線はquick hack後。 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

15 →Courant数の絶対値が2を超えることがあるのかどうか。 長期積分して比較する。 MASFIXを通さなくても負値で計算が破綻しないか？
移流スキームのまとめ quick hack でほぼ十分？ →渡辺くんの取り扱いと比較する。 →Courant数の絶対値が2を超えることがあるのかどうか。 長期積分して比較する。 MASFIXを通さなくても負値で計算が破綻しないか？ →計算時間の短縮が可能か quick hack版ではOPT_LIMITW は不要になるので、関連部分を削る。 2003/09/24 共生第二課題連絡会議

16 鉛直層は成層圏オゾン、水蒸気などを考慮するには60km程度、層数にして64層程度は必要と思われる。
全体のまとめ、および今後の作業に関して 鉛直層は成層圏オゾン、水蒸気などを考慮するには60km程度、層数にして64層程度は必要と思われる。 →層数に関してはもっと削れないか、検討する。 臭素化合物まで入れられる可能性を検討する。 awkの勉強をする。 →成層圏化学過程の三次元モデルへの導入。 （short-lived speciesの取り扱いの改良） 移流スキームの高速化を検討する。 dπ/dtを調べる。 2003/09/24 共生第二課題連絡会議