第６回 非静力学モデルに関するワークショップ ： 要旨・予稿
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Session1: 物理過程と現象解析1 ＜座長 野田暁＞
- 下層雲のパラメタリゼーションスキームの開発1 〜雲解像モデルを基にしたパラメータ設定と1次元モデルによる検証実験〜 [PDF: 438KB]
MRI/NPD-NHMを用いて境界層で発生する下層雲のパラメタリゼーションの開発を行っている。サブグリッドスケール（SGS）の非一様性に伴う熱対流と凝結を考慮するために非局所的乱流混合スキームと確率密度関数による部分凝結スキームを導入し、検証として、LESによる結果と比較した。その結果、乱流エネルギーの過小評価など改善すべき点があるもののSGSの雲の発達をある程度再現することができた。
- 下層雲のパラメタリゼーションスキームの開発2 〜メソスケールモデルへの導入〜 [PDF: 328KB]
下層雲は水平・鉛直スケールが小さいため、気象・気候モデルにおいて下層雲を再現させるためには水蒸気の乱流輸送や、雲物理や雲放射においてサブグリッドでの非均一性を考慮しなければならない。本研究では雲・放射・乱流の３つの効果をリンクさせた下層雲のパラメタリゼーションスキームをMRI/NPD-NHMに導入した。東北地方の夏期の気候に大きな影響をおよぼすヤマセにともなう下層雲について現実大気での再現実験を行った。本発表ではその結果を報告する。
- ビン法雲微物理モデルによる粒子成長過程の数値計算 [PDF: 40KB]
非静力学ビン法モデルを用いて数値実験を行い、雲の粒子成長過程を考察した。モデルで計算された雲粒子の粒径分布関数から有効粒子半径と光学的厚さを求めて両者の相関パターンを調べたところ、衛星観測と類似した特徴が得られた。すなわち、両者はドリズル生成前の成長段階では正の相関、ドリズルを伴う成長段階では負の相関にあった。これは粒子成長を支配する物理過程が凝結成長から衝突・併合に移り変わることに対応する。
- 気象庁非静力学モデルによってシミュレートされた融解層における凝結強化 [PDF: 757KB]
融解層内の雲物理過程は、層状領域に関してはよく調べられてきた。層状領域で雪粒子の融解潜熱による冷却によって凝結が起きる場合、融解による冷却と凝結による加熱は補償関係にあるので、大気に対する正味の加熱はほぼ０である。しかし、今回着目した対流領域の融解層では、融解による冷却を上回るほど凝結が強化され、大気を正味加熱していた。この現象の成因を調査した結果を発表する。
- 陸面過程モデルSiBの高解像度オフライン計算による陸域水文量の推定 [PDF: 765KB]
融雪洪水や土砂災害など予報作業への応用や、メソ数値予報モデルの陸面境界条件の初期値化も視野に入れ、陸面過程モデルSiBを大気側の外力を与えて駆動し、2.5kmメッシュの高解像な融雪量や土壌水分量、積雪深などの陸域水文量の面的分布を推定した。今回はシミュレーションの概要と積雪深や積雪分布、融雪量など予備的な検証結果を紹介する。
- 野田暁、岩崎俊樹、氏家将志（東北大学大学院理学研究科）
- 氏家将志、岩崎俊樹、野田暁（東北大学大学院理学研究科）
- 鈴木健太郎（東京大学気候システム研究センター）
- 橋本明弘（AESTO）、村上正隆、室井ちあし、金田幸恵、若月泰孝、安永数明、加藤輝之、栗原和夫、吉崎正憲
- 太田琢磨、佐藤信夫（仙台管区気象台）、平井雅之、原旅人（気象庁数値予報課）
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Session2: 物理過程と現象解析2 ＜座長 竹見哲也＞
- 3次元孤立峰上の大気中CO2輸送のLES [PDF: 372KB]
筆者らは既報（飯塚・近藤, 第5回非静力モデルWS（2003））において、2次元山岳地形上のCO2輸送を対象として、大気が中立の場合と不安定の場合の解析を行い、大気安定度の違いが流れ場やCO2濃度場に及ぼす影響について検討した。本報では、3次元孤立峰上の大気中CO2輸送を対象とした解析を行い、2次元山岳地形の場合と比較して、流れ場やCO2濃度場の違いについて検討する。
- 水道から伸びる筋状雲の発生メカニズム [PDF: 633KB]
冬季季節風時に，日本の南海上では山岳の風下や水道・湾から太い筋状雲が発生する．山の風下に見られる太い筋状雲は，山岳の力学的効果がきっかけでが発生すると言われている．本研究では，領域気候モデル（RAMS）を用いて，水道や湾から伸びる太い筋状雲の発生メカニズムを調べた．その結果，このような筋状雲は，山岳の力学的な効果よりも，海陸の温度コントラストがきっかけで発生することが分かった．
- CReSSによる冬季降雪雲のsimulation [PDF: 120KB]
CReSS1.4を用いて南東北地方の冬季筋状雲の発生機構について検討した。その結果，従来日本海側から移流して形成されていると考えられていた筋状雲は，内陸域で地形効果を大きく受けて発生していることが示唆された。冬季の大気運動ではFroudeが小さく，安定層高度も3km程度で対流発達条件を強く拘束していることが分かった。
- 熱帯の雲の日変化の数値実験 [PDF: 1.3MB]
Rondonia（Brazil）における集中観測に基づいた日変化に伴う雲の発達に関する数値実験を行った。このケースは GCSS モデル比較実験の一つ（WG4 case4）である。前回は主に鉛直分解能依存性について報告したが、今回は水平分解能依存性や移流スキームの補正の影響、２次元と３次元の違いなども含め、より多くの感度実験の結果を紹介し、特に雲の組織化という観点から考察を行う。
- 砂漠域におけるメソ対流系によるダストの輸送過程の雲解像シミュレーション [PDF: 509KB]
砂漠域で発達するメソ対流系によってしばしばダストストームが発生し、東アジアでは黄砂現象の源として領域規模の天候に影響を及ぼす。本研究では、対流運動によるダスト輸送の雲解像シミュレーションを行い、力学過程の解析をする。
- 台風の形成過程における空間解像度の影響について [DOC: 2.1MB]
台風の発生、発達過程には積雲対流の組織化が本質的な役割を果たすことが知られている。積雲対流の組織化を陽に表現するためには水平格子は数kmあるいは数百m程度が必要とされている。そこで、水平格子および鉛直格子の幅を変えていくつかの数値実験を行い、台風の発達過程、および構造について解析を行った。ここではその結果について報告する予定である。
- 飯塚悟、近藤裕昭（産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門）
- 川瀬宏明、木村富士男（筑波大学 生命環境科学研究科）
- 渡邊明（福島大学 理工学群）
- 那須野智江（地球環境フロンティア研究センター）
- 竹見哲也（東京工業大学 大学院総合理工学研究科 環境理工学創造専攻）
- 沢田雅洋（東北大学大学院理学研究科）
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Session3: 物理過程と現象解析3 ＜座長 若月泰孝＞
- Development of a unified and flexible framework for atmospheric models [PDF: 364KB]
- GAME-HUBEXで観測された梅雨前線沿いの降水システム [PDF: 448KB]
HUBEX期間中の1998年７月２日にFuyang付近で観測された豪雨のシミュレーションを行った。複数の降雨システムが継続的に発達したことが豪雨の原因であり、それを再現し、そのメカニズムを調べることが本研究の目的である。初期値・境界値のデータには、GAME再解析データとECMWF解析データを用いた。初期条件によって複数のメソスケール降雨システムが継続的に発達し豪雨が再現することが示された。
- 雲解像非静力学モデルによってシミュレートされた地球温暖化時の気候における梅雨前線の変化 [DOC: 356KB]
現在気候と地球温暖化時の気候における東アジアの梅雨前線について、20km全球大気モデル（AGCM）と5km雲解像非静力学モデル（NHM）を使って調べた。降水パターンや降水強度は、両モデルの境界条件とした海面水温にしたがうようなことはなかった。地球温暖化時の気候になると、梅雨前線は南日本の30N−32N付近に長期に停滞して北上しない場合が多くなる。したがって、梅雨前線の活動は南日本でより活発となり降水量も増加する。逆に、北日本から朝鮮半島北部では降水量が減少する。７月末になっても梅雨明けがない年が頻繁に現れて、日本列島では30mm/hを越す大雨の頻度が増すようになる。
- 気象庁非静力学モデルによる領域気候予測：温暖化時の梅雨前線に伴う降水の特性の変化 [PDF: 949KB]
温室効果気体の大気中濃度が増加した場合の，東アジア域の梅雨期の気候変化を予測するため，水平格子5kmの気象庁非静力学モデル（JMA-NHM）の長期積分を行った。本研究では，特に梅雨前線における降水分布と降水特性の変化に注目して解析を行った．温室効果気体の増加による温暖化により，6月の梅雨前線上の降水システムに関しては，どのスケールにおいても温暖化による延べ個数の減少傾向が見られたが，7月では，メソβスケールの延べ個数の増加が見られた．
- 非静力学モデルによる領域気候実験：予測精度と豪雨頻度評価 [PDF: 116KB]
NHMを長期積分し、梅雨期の日本周辺の気候再現実験を行った。側面境界にRANALを用いた実験と、AGCM（GSM-20km）の10年積分を用いた実験の2通りを行った。長期積分に伴い、下層に低温高圧のバイアスが蓄積する現象が現れ、強雨頻度が減少した。積分時間を短くし（40日）、この問題を回避した。降雨頻度は、強雨は解析雨量に対してある程度適切に再現されていたが、太平洋域を中心に弱雨が少なく、降水量も2〜3割の過少評価となった。
- 2004年新潟・福島豪雨、2004年福井豪雨の発生要因と雲解像モデルでの予想結果および豪雨予報の問題点 [PDF: 1.7MB]
雲解像モデル（CRM,水平分解能1.5km）で2004年新潟・福島豪雨，福井豪雨の再現を試みた。新潟・福島豪雨について、CRMでは実況とよく似た分布を再現することに成功した。その理由はCRMが積乱雲の発生・発達・衰退を予想することができたことによる。しかし、福井豪雨については、CRMでも予想することができなかった。その理由は、下層の高比湿気塊が日本海上空を通って流入することにより豪雨が引き起こされるのだが、解析（初期）値の精度が悪くてその気塊が福井地方に実況通り流入できなかったためである。
- 荒川昭夫（UCLA）
- 中村晃三（地球環境フロンティア研究センター）
- 吉崎正憲（気象研究所予報研究部）、室井ちあし、金田幸恵、若月泰孝、安永数明、橋本明弘、加藤輝之、栗原和夫、野田彰、楠昌司
- 安永数明（AESTO）、室井ちあし、若月泰孝、加藤輝之、橋本明弘、栗原和夫、金田幸恵、吉崎正憲、楠昌司、大内和良、水田亮、吉村裕正、野田彰
- 若月泰孝（AESTO）、室井ちあし、安永数明、金田幸恵、加藤輝之、吉崎正憲、橋本明弘、栗原和夫
- 加藤輝之（気象研究所予報研究部）、荒波恒平（気象庁予報部数値予報課）
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Session4: 計算手法と基礎実験1 ＜座長 日下博幸＞
- Development of an urban meteorological numerical model in Cartesian coordinate [DOC: 44KB]
A local/urban scale atmospheric numerical model, which cane handle thensteeptopography and complexnobjects （building block）nfor high-resolutionsimulations, has been developed. As a test, the model has been run oncalculating flow over cube and steep mountains by Direct NumericalSimulation （DNS）, and turbulent flow in downtown city, Tokyo, by Large EddySimulation （LES）, respectively. Some results will be presented in theworkshop.
- 乾燥空気の風解析コードの作成とその基本特性 [PDF: 364KB]
著者らは、山岳部など複雑地形上に建設される電力施設の風荷重を精度良く予測するため、独自に、"数値気象風洞"となり得る空気密度と気温の変化を考慮した完全圧縮性流体の局所気象解析コードの作成を行ってきた。風の場が持つ乱流量は、浮力を考慮したk-ε乱流モデルで取り扱っており、数値計算には、高次精度の差分法と陰解法を用いている。発表では、複雑地形上での解析結果を紹介する。
- 次世代の領域気象モデルWRFへの都市キャノピーモデルの導入 [DOC: 184KB]
現在、米国では、NCAR, NCEP, NOAA/FSL, AFWAなどの研究機関が共同で、MM5の次世代モデルに相当するWRFの開発を行っている。WRFモデルには高精度の陸面モデルが導入されているが、都市の効果は物理的に取り扱われていない。そこで、著者らは、NCARとの共同研究を通じて、メソスケールモデル用に開発された都市キャノピーモデルをWRFに導入し、ヒートアイランドのシミュレーションに対するそのインパクトを調査する。
- Should the cos（latitude）Coriolis terms be included in nonhydrostatic meso-scale operational forecast models? [PDF: 55KB]
- 余偉明（東北大学大学院理学研究科）
- 田中伸和、服部康男、日下博幸（電力中央研究所 地球工学研究所 流体科学領域）
- 日下博幸（電力中央研究所 地球工学研究所 流体科学領域）
- 笠原彰（NCAR）
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Session5: 計算手法と基礎実験2 ＜座長 富田浩文＞
- 雲解像モデルによる放射対流平衡実験: 全球雲解像モデルへ至る道 [PDF: 352KB]
全球雲解像モデルの開発のために、さまざまな実験条件で放射対流平衡実験を行った。全球熱帯条件の小惑星実験、赤道一周3次元実験、および正方形領域での分解能、領域依存性実験など。物理過程に対する気候値の依存性、対流の組織化について議論し、全球雲解像モデル開発の課題について論じる。
- 全球雲解像モデルNICAMを用いた水惑星実験 [PDF: 653KB]
地球環境フロンティア研究センターで開発している全球非静力学モデルＮＩＣＡＭを用いて、水惑星実験を行った。本計算では、いわゆる積雲パラメタリゼイションから脱却し、全球で雲微物理スキーム適用した。すなわち、大気大循環モデルを雲解像モデルとして用い、長期間（数ヶ月）計算を行う。主に、熱帯の雲の振る舞いについて報告する予定である。
- 正二十面体格子モデル NICAM による温帯低気圧ライフサイクル実験 [PDF: 1.6MB]
地球環境フロンティア研究センター／次世代大気モデル研究開発グループでは、水平格子に正二十面体格子を用いた全球雲解像・非静力学モデル NICAM を開発している。そのパフォーマンステストの一つとして、乾燥大気のみの力学コア部分を用いて水平3.5km鉛直50層の超高解像度で温帯低気圧ライフサイクル実験を地球シミュレータ上で行なった。
- 佐藤正樹（地球環境フロンティア研究センター・埼玉工業大学）、富田浩文、那須野智江、伊賀晋一、三浦裕亮
- 富田浩文（地球環境フロンティア研究センター）、佐藤正樹、伊賀晋一、那須野智江、三浦裕亮
- 伊賀 晋一（地球環境フロンティア研究センター）
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Session6: データ同化と予測1 ＜座長 本田有機＞
- 非静力学モデルに基づく変分法解析システム（JNoVA）の開発報告 [PDF: 581KB]
気象庁では、非静力学モデル（JMANHM）に基づいた変分法解析システム（JNoVA）の開発を進めている。数値予報課では現業利用に向けて、メソβから総観スケールの現象をターゲットに開発/改良を重ねている。今回は、JMANHMの予報誤差特性と制御変数の設計、フル物理過程（放射以外）を含む接線形・随伴モデルの開発と特性について、進捗状況と合わせて紹介する。
- 非静力学モデル用３次元変分法による事例実験 [PDF: 148KB]
気象庁非静力学モデル用の変分法データ同化システムとして開発が進められている JNoVA（JMA Non-hydrostatic Model based Variational DataAssimilation System）は、速報的な解析・予報プロダクトへの利用を想定した３次元変分法としての機能も有している。その開発状況を示すと共に、毎時解析・予報サイクルによる事例実験の結果を報告する。
- 気象庁非静力学モデルの現業化について [PDF: 384KB]
気象庁では防災情報の高度化を支援するために、格子間隔10kmの静力学モデル（MSM）を運用してきた。さらなる精度向上を図るため、気象庁非静力学モデル（NHM）の開発を続けてきた。NHMの高速化とMSMと比較して一定の精度改善を達成できたため、2004年9月よりNHMの現業運用を開始した。本講演では、NHMの現業化に関する開発の経緯と、現業運用のNHMの仕様や予報例を紹介する。
- 気象庁非静力学モデル（NHM）の検証結果 [PDF: 48KB]
平成16年度9月1日に気象庁では静力学モデル（MSM）に代わり非静力学モデル（NHM）の現業運用を開始した。平成16年度4月から8月までの期間は、現業化の準備の一環として、当時の現業モデルであるMSMと比較するためにNHMの試験運用を行った。ここでは、試験運用開始以降のNHMの検証結果を紹介する。
- 本田有機（気象庁予報部数値予報課）
- 西嶋信（気象庁予報部数値予報課）
- 石田純一（気象庁予報部数値予報課）、藤田司、山田芳則、大森志郎、長澤亮二、田中小緒里、荒波恒平、中山寛、原旅人、熊谷幸浩、斉藤和雄、永戸久喜、加藤輝之、室井ちあし
- 田中小緒里（気象庁予報部数値予報課）
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Session7: データ同化と予測2 ＜座長 永戸久喜＞
- 衛星搭載マイクロ波放射計データを用いた気象庁非静力学モデルの雲物理量予測特性の検証 [PDF: 921KB]
気象庁非静力学モデル（JMANHM）の雲物理量予測特性の検証のために、高水平分解能での降水系の再現実験結果にマイクロ波放射伝達モデルを適用し、衛星搭載マイクロ波放射計の各周波数帯に対応した輝度温度を計算して観測データとの比較を行った。冬季日本海上に発生した帯状雲や梅雨期に沖縄付近で発生したメソ降水系など数事例についての実験・比較結果について報告し、モデルによる降水物質の予測特性について議論したい。
- 気象庁非静力学モデルの放射スキームの改良について [PDF: 248KB]
気象庁非静力学モデルの放射過程のベースは杉・多田（1988）である。放射過程を精緻化するため、今回、現在現業で用いられている全球モデルの放射過程を導入した。雲量は、雲水・雲氷の混合比と相対湿度から診断することとし、雲水・雲氷を用いて直接放射計算できるようにした。それらの変更が、地上へ入射する放射フラックスや大気の加熱・冷却の変化を通して、地上気温や気温の鉛直プロファイルに与える影響を中心に報告する。
- 雲解像度非静力学4次元変分法データ同化システムの開発 [PDF: 32KB]
2km格子での雲解像度非静力学4次元変分法データ同化システムを開発している。ベースとなったモデルは気象庁非静力学モデル（NHM）である。これまでに力学過程に加えて、水蒸気の移流のみを含むシステムが完成している。今回、2km格子のNHMによる背景誤差統計量の計算を行い、その形が対流スケールによる誤差を表現していることが分かった。また、GPS可降水量の同化にも成功した。今後、ドップラーレーダー動径風データの同化を目指す。
- 永戸久喜（気象研究所予報研究部）、青梨和正、加藤輝之、Guosheng Liu、岩波越、花土弘、中川勝広
- 長澤亮二（気象庁予報部数値予報課）
- 川畑拓矢（気象研究所予報研究部）