温暖化・大気組成変化相互作用モデル グループの現状と課題について

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1 温暖化・大気組成変化相互作用モデル グループの現状と課題について
滝川雅之（地球フロンティア） 須藤健悟（東大CCSR） 永島達也（国立環境研） 高橋正明（東大CCSR、地球フロンティア） 2003/03/24 共生運営委員会

2 光化学結合大気大循環モデル（CCSR/NIES AGCM + 成層圏・対流圏光化学モデル）の開発
本グループの目標 光化学結合大気大循環モデル（CCSR/NIES AGCM + 成層圏・対流圏光化学モデル）の開発 高分解能モデルを用いた成層圏・対流圏物質循環の定量的評価 成層圏・対流圏物質交換 赤道域下部成層圏・上部対流圏での水蒸気トレンド 成層圏準２年振動とピナツボ火山噴火の相互作用 成層圏・対流圏オゾントレンド 光化学結合大気大循環モデルを用いた将来予測 オゾンホール将来予測 成層圏・対流圏オゾンによる大気上端・大気下端での放射強制力 対流圏OHトレンド →オゾン破壊、硫酸エアロゾル生成に影響大 2003/03/24 共生運営委員会

3 開発スケジュール 平成15年度 平成16年度 平成17年度
（モデルコア） 成層圏力学場の検証 適切な鉛直解像度、 モデルトップ高度の決定 成層圏化学 成層圏化学スキーム の改良 高解像度成層圏化学モデル でのオゾンホール実験 物質輸送 222 Rn, SF6 などを用いた 移流スキームの検証 CHASERへの成層圏化学 過程の取り込み 対流圏化学 CHASER(対流圏光化学モデル) の改良 SPRINTERSとの 結合 平成15年度 平成16年度 平成17年度 2003/03/24 共生運営委員会

4 大気大循環モデルにおける物質輸送検証実験
CCSR/NIES AGCM 5.7b (Rev.2003/03/13)　を使用。 水平解像度： t42 (およそ2.8度) 鉛直解像度： 67層 (大気上端: 高度80km) 移流スキーム: Flux Form Semi-Langrangean + monotonic van Leer, もしくは FFSL + monotonic PPM with steepening スキーム zonal mean semi-implicit あり 大気上端でのレイリー摩擦の時定数: 1日 passive tracer Rn222: TransCom [Jacob et al. , 1997] SF6: TransCom3 (エミッションを地域別に11種類に分類) Age-of-Air: [Lin and Williamson, 2000] SX5および地球シミュレータを用いて2年積分。 2003/03/24 共生運営委員会

5 上部対流圏から下部成層圏にかけて550m程度の層間隔で配置。
鉛直層の設定 高解像成層圏モデルの設定を使用。 上部対流圏から下部成層圏にかけて550m程度の層間隔で配置。 QBO実験[Takahashi 1996; Nagashima et al., 1998; 蜷川 2003] での設定を踏襲。 2003/03/24 共生運営委員会

6 ラドンは（凍っていない）地面から放出され、およそ5.5日の半減期で崩壊。
地表ラドン濃度 ラドンは（凍っていない）地面から放出され、およそ5.5日の半減期で崩壊。 →対流圏での物質輸送を見るひとつの指標。 移流スキームを数値拡散の少ないものに変えることにより、高緯度域や海洋上でのラドン濃度が減少。 2003/03/24 共生運営委員会

7 同様に、移流スキームを数値拡散の少ないものに変えることにより、上部対流圏でのラドン濃度が減少。
ラドン濃度緯度－高度断面図 同様に、移流スキームを数値拡散の少ないものに変えることにより、上部対流圏でのラドン濃度が減少。 2003/03/24 共生運営委員会

8 観測基地は極端な高緯度域にはそれほど存在しないので、観測との比較では改善のインパクトはそれほど現れていない。
地上観測との比較 観測基地は極端な高緯度域にはそれほど存在しないので、観測との比較では改善のインパクトはそれほど現れていない。 Cape Grim で一致しないのは観測に偏りがあるため（特定の風向きのときにのみ観測するなど）。 Mauna Loa は解像度が低いためハワイでの陸域が十分表現されていないことが影響していると思われる。 2003/03/24 共生運営委員会

9 対流圏化学過程のみで t42l32, 8PE で 13.7時間/モデル年程度。
現在の CHASER の計算効率 力学過程にはトレーサーの輸送過程が含まれる。力学過程の大部分は移流の計算コストが高いため。 積雲対流も同様にトレーサーの上昇流での輸送なども含まれる。 積雲対流の計算コストに関しては改良対策済み。移流スキームの計算コスト改善に関しては現在西村さんが作業中。 液相反応に関しては現在かなり詳細に計算しているため、これを簡略化することは比較的容易。 気相反応に関しては、計算効率（ベクトル化、並列化）については十分チューンアップされているが、今後より簡略化した反応過程へのシェイプアップが必要。 須藤, private com. 対流圏化学過程のみで t42l32, 8PE で 13.7時間/モデル年程度。 →シミュレータで t106l57 80PE に換算して 40モデル年/月程度？ 重いのは輸送過程、気相反応過程。 2003/03/24 共生運営委員会

10 100以上のファイルを同時にオープンし、読み書きすることができるようにした（外部境界条件の入力、および実行時のヒストリ出力など）。
その他の技術的改善 入出力ファイルの取り扱いを改良 100以上のファイルを同時にオープンし、読み書きすることができるようにした（外部境界条件の入力、および実行時のヒストリ出力など）。 入出力ファイル形式に2バイト整数圧縮を使用可能にした。これまでのファイル形式と比較して、ファイルサイズをほぼ半分程度に小さくできる。高解像度統合モデルでの長期積分時でも効率的な計算機資源の運用が可能に (t106l56で100年積分し、月ごとに出力させた場合、3TBのハードディスクに50成分を出力可能)。 現状のディスク資源でも4例程度のアンサンブル実験も可能。 2003/03/24 共生運営委員会

11 成層圏－対流圏物質循環に対するモデル解像度の影響を評価する。
来年度以降の予定 成層圏－対流圏物質循環に対するモデル解像度の影響を評価する。 t106/t63/t42/t21 l67層での物質移流実験。 化学－エアロゾル－気候モデル（簡略版CHASER+SPRINTARS）の開発 次期放射スキームにおける成層圏放射場の改善（CCSR,フロンティア放射グループとの連携） 高度80km程度までの次期放射スキーム用高高度用放射パラメータを放射グループ側で作成。 200nm以下の波長域の取り扱い(太陽放射の11年周期など?) 球面効果? 局所熱平衡の成り立たない高度(高度80km超)への延長？ 観測結果との比較（秋元共生などとの連携） エミッションデータ（秋元共生との連携） t42l32(SX6,8PE)のCHASERが13.7時間/モデル年 t106l57(ES,80PE)のAGCM(オフラインエアロゾル、matsiroあり)が6時間/モデル年 2003/03/24 共生運営委員会