統合陸域シミュレータの開発

統合陸域シミュレータの開発・高解像度陸域モデリング

背景

精度良い陸域過程のシミュレーションは、気候変動の予測と影響評価研究、天気・洪水・渇水予測といった様々な目的に用いられます。

陸は大気・海洋に比べて複雑で不均一であり、モデルの精緻化のためには適切な格子系・解像度を用いた詳細化と、物理過程導入による高精度化を実現する必要があります。

アプローチ

そこで、陸域シミュレーションの詳細化と高精度化を目指して、統合陸域シミュレータ（ILS）と呼ばれる新しい陸域シミュレータを開発しました。

ILSは、陸域を構成する複数の要素モデルを汎用カプラーJcupで結合し、MPMD方式で実行します。現在、陸面モデルMATSIRO、河川氾濫原モデルCaMa-Flood、独立したファイル入出力用コンポーネントを結合しており、今後いくつかの陸域要素モデルが追加される予定です。また、同じカプラーJcupを用いて大気・海洋大循環モデルとの結合も可能です。

成果

ILSの計算速度とスケーラビリティ、基本的な物理的性能を評価するため、複数のシミュレーションを実施しました。

全球のオフライン実験により計算性能を確認した結果、MATSIROの計算負荷が一番大きい一方で、プロセス数の増加に対して高いスケーラビリティを持つことが示され、スーパーコンピュータを用いた大規模計算への可能性が示されました。

また、全球20カ所のフラックスタワー観測サイトを対象に、計算結果と観測値を比較した結果、平均的な場は2変数線形回帰式による推定より再現性が低い傾向を持つものの、極値の再現性はILSの方が良いことがわかりました。この結果は、今後の開発におけるベンチマークとなる予定です。

主要論文

Nitta, T., et al. (2020): Development of Integrated Land Simulator, Progress in Earth and Planetary Science

気候システムにおける陸域の役割

気候システムにおける陸域の役割

背景

湿地は中緯度から高緯度にかけて広く分布し、地表面の水・エネルギー収支、水文過程、さらには気候システムに影響を及ぼしています。

アプローチ

Nitta et al. (2017) では、雪融水による水たまりを、サブグリッド地形の複雑性を考慮して表現するスキームをMATSIROに実装しました。大気大循環モデル MIROC5-AGCM を用いて、湿地スキームの有無による感度実験を実施し、北半球夏季に見られる気温バイアスが軽減するかどうかを調査しました。

成果

実験の結果、河川流量をはじめとする水文量の改善に加え、雪融け水の流出遅延により陸面と大気の結合が弱まり、潜熱フラックスが増加し、顕熱フラックスが減少することが示されました。

特に、西ユーラシアや北アメリカの積雪が多く平坦な地域において、夏季の温暖・乾燥バイアスが部分的に改善されました。

主要論文

Nitta, T., et al. (2017): Impact of Arctic Wetlands on the Climate System: Model Sensitivity Simulations with the MIROC5 AGCM and a Snow-Fed Wetland Scheme, Journal of Hydrometeorology

寒冷域の陸域水循環・水資源評価

寒冷域の陸域水循環・水資源評価

背景

サブグリッドの積雪被覆率は、表面のエネルギーおよび水蒸気収支、さらに表面温度に影響を与えるため、全球陸域モデルにおける重要なパラメータです。

アプローチ

本研究では、サブグリッド積雪深分布に基づく積雪被覆率のパラメタリゼーションSSNOWDをMATSIROに組み込みました。また、再解析データと観測データを用いて、SSNOWDあり・なしの場合の全球オフラインシミュレーションを実施しました。

成果

SSNOWDの導入により、特に積雪期や降雪量の少ない地域で積雪被覆率が改善されることがわかりました。

この改善により、地表面のエネルギーバランスがより現実的に再現され、気候シミュレーションの精度向上に貢献しています。

主要論文

Nitta, T., et al. (2014): Representing Variability in Subgrid Snow Cover and Snow Depth in a Global Land Model, Journal of Climate

トップに戻る