第21回名古屋大学防災アカデミー

台風と竜巻の話

坪木和久（名古屋大学地球水循環研究センター）

日時：2006年7月4日
場所：名古屋大学環境総合館１階レクチャーホール

　雲、特に強い降水をもたらす積乱雲とその組織化したものは、非常に複雑なシステムで、流れの場と雲物理の複雑な非線形相互作用でその発展が規定される。このような降水システムを数値モデルによってシミュレーションするためには、流れの場のプロセスとともに雲物理学過程を詳細に計算することが本質的に重要である。

　雲解像モデル CReSS（Cloud Resolving Storm Simulator）は雲スケールからメソスケールの現象の高精度シミュレーションを行うことを目的として開発された、雲解像の非静力学気象モデルである。CReSS は大規模な並列計算機で効率よく実行できるように設計され、その並列計算により雲の詳細な時間発展のシミュレーションを行うことができるモデルである。

　CReSSの基本方程式系は非静力学・圧縮系で、地形に沿う鉛直座標系を用いている。予報変数は3次元の速度成分、温位偏差、圧力偏差、乱流運動エネルギー、水蒸気混合比、および雲・降水に関する量である。空間の表現には格子法を、時間積分はモード別時間積分法を用いている。このモード別時間積分法というのは、基本方程式系に含まれる音波モードに関係する項を小さい時間間隔で積分し、それ以外の項を大きい時間間隔で積分することで、効率よく時間積分を行う方法である。

　第1図に模式的に示すように、雲・降水過程は「冷たい雨」のバルク法を用いている。定式化は 、Lin et al. (1983), Cotton et al. (1986), Murakami (1990), Ikawa and Saito (1991), and Murakami et al.(1994)に基づいている。雲・降水の変数としては、雲水、雨水、雲氷、雪およびあられを考慮している。乱流については1次のクロージャー、または乱流運動エネルギーを用いた1.5次のクロージャーである。また，地表面摩擦や熱・水蒸気の地表面からのフラックスなどの地表面の過程が導入されている。地温は地中の多層モデルを用いて、熱伝導方程式を解くことで与えられる。


　初期値・境界条件にはさまざまなものが可能である。理想条件を与える数値実験については、初期条件として高層観測や関数のプロファイルを水平一様に与え、境界条件には、放射境界や周期境界条件が用いられる。一方で、予報実験には格子点データから3次元的な非均一な初期値と、時空間的に変化する境界条件を与えることができる。広い領域の計算を行うときは、ランベルト図法、ポーラーステレオ図法およびメルカトール図法の地図投影が可能である。

　大規模計算のための並列計算には、水平方向の領域の2次元分割を採用している(第2図)。 並列計算では、 Massage Passing Interface (MPI)を用いており、OpenMPを併用することができる。CReSSについての詳細については、Tsuboki and Sakakibara(2001) または Tsuboki and Sakakibara (2002)を参照していただきたい