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平成19年度
「21世紀気候変動予測革新プログラム」応募申請
2007年2月22日
ヒヤリング審査
研究テーマ A④
「雲解像モデルの高度化と
その全球モデル高精度化への利用」
研究代表者：坪木和久（名古屋大学地球水循環研究センター）
参画研究者：増永浩彦（名古屋大学地球水循環研究センター）
篠田太郎（名古屋大学地球水循環研究センター）
渡部雅浩（北海道大学地球環境科学研究院）
青木尊之（東京工業大学学術国際情報センター）
榎本剛（海洋研究開発機構地球シミュレータセン
対流セル積算出現率（％；総観測個数約 25,000 個）
背景（観測）
東アジア域の暖候期に名大レーダーで観測された対流
セルの出現率と、それらの数値モデルによる解像限界
積乱雲などの対流セル
の表現には1km～500m
の格子解像度が必要。
沖縄周辺 (海洋上)
雲解像モデルの利用が
上海周辺 (海岸部)
中国内陸部
(大陸上)
不可欠。
2km解像度モデ
ルの解像限界
1km解像度
モデルの解像限界
500m解像度モデルの限界
対流セルの面積（大き
さ）
研究目的
雲を精度よくシミュレーションできるように雲解像モデ
ルを高度化し、その利用、及び全球モデルとの結合によ
り全球モデルの高精度化に寄与すること。
雲解像モデル高度化：雲解像モデルの改良と高度化。
雲物理過程の改良（完全２モーメント化、雹、氷晶生成）
力学過程の改良（セミラグランジュ化）
パラメータ改良：雲解像モデルの計算から得られるデータを利
用して、全球モデルの雲についてのパラメータを改良する。
非斉一モデル結合：非静力学雲解像モデルと静力学全球モデ
ルを結合し、全球モデルの高精度化を図る。
１格子埋め込み（スーパーパラメタリゼーション）
領域埋め込み結合（双方向通信）
比較検証実験：現在気候と温暖化気候における全球モデル出
力値を用いて、主に台風の雲解像実験を行いGCMの検証を行う。
雲解像モデル “CReSS”
Cloud Resolving Storm Simulator
雲スケールからストームスケールの現象のシミュ
レーションを地球シミュレーターなどの大規模並列計
算機で行うことを目的とした、非静力学・圧縮方程式
系の雲解像モデル。
地球シミュレータに最適化した純国産の雲解像領域
モデルを開発することを目標として、1998年より雲解
像モデルの開発を行なってきた。（一からの開発）
詳細な雲物理過程の導入。
地球シミュレータでの実績。高精度で高効率の並列化。
多様なシミュレーション：台風、集中豪雨、雪雲、竜巻など。
毎日の気象予報実験。国内外での利用。
CReSS Ver.2 のESにおける性能
CReSSの性能試験を地球シミュレータの128ノード(1024CPU) と
64ノード(512CPU) を用いて性能テストを行なった。
ベクトル化率：99.4%
並列化率：99.985%
最大利用可能ノード数：全ノード(640ノード)
利用ノード：128ノード
並列化効率：86.5%
ピーク性能比率：約33%
2003年度から地球シミュレータを継続的に利用してきた実績。
CReSSを用いた格子解像度1kmで
の台風のシミュレーション結果。
台風の詳細な構造や、台風の降雨帯を構
成する雲が解像されている。
格子解像度500mでの五大湖上の筋雲のシミュレーション結果。
五大湖上の筋雲を構成する積乱雲が明瞭に解像されている。
格子解像度75mでのスーパーセルと竜巻のシミュレーション
竜巻
モデル高度化
CReSSの雲物理過程とその改良点
水蒸気
雲水
（qc,
（混合Nc）
比）
氷晶
(qi, Ni)
雪（降
水）
(qs, Ns)
雹（降
水）
(qh, Nh)
2次氷晶
雨（降
霰（降
水）
水）
（qr,
Nr）
（混合
(qg, Ng)
比）
◎力学過程の改良：セミラグランジュ法の導入
パラメータ改良
CReSSを用いた毎日のシ
ミュレーション実験のデー
タを用いて、ＧＣＭのパラ
メータ改良を行う。
GCMにおける大規模凝結過程
歪度が正値
凝結量大
凝結量
Qttl Dev.
Qttl Ave. Qvs
歪度が負値
降水の確率密度分布の形状を規定
するパラメータ（標準偏差、歪度な
ど）の値を、雲解像モデルの結果を
用いて解析する。
凝結量小
非斉一モデル結合
（非斉一＝全球静力学＋領域非静力学）
雲解像モデルをGCMの１格子点に埋め込み（スーパーパラ
メタリゼーション）、それを用いてGCMの高精度化を図る。
任意形状の埋め込み “雲解像モデルの重並列化”。
従来のスーパーパラメタリゼーション
ＧＣＭの格子
2次元ＣＲＭ
(現状)
３次元化
☞ 3次元ＣＲＭを対象領域周辺
のＧＣＭ格子内に埋め込み、イン
タラクティブに計算を行う
＝狭領域 super-GCM
雲解像モデル(CRM)：CReSS
GCM:CCSR/NIES/FRCGC GCM5,7b
非斉一モデル結合
領域埋め込み型双方向通信によるGCMとCReSSの結合
雲解像モデルの重並列化による
任意領域、任意形状の埋め込み
AFES (Atmospheric general circulation model For Earth Simulator)
比較検証実験
全球モデル
に埋め込ん
だ雲解像モ
デルによる
台風の発生
実験例。
（気圧・雨・
風）
気候モデルの出力に雲解像モデルを埋め込み、
現在気候と温暖化気候における台風の発生や
強度の検証実験を行う。
まとめ
研究の役割分担と研究課題A②およびA③への貢献
雲解像モデルの高度化
•雲物理過程
（名大坪木）
•力学過程
（東京工業大学青木）
シミュレーション結果検証
（名大増永）
非斉一モデル結合
•格子点埋め込み
（北大渡部）
•領域埋め込み結合
（ESC 榎本）
研究
項目
A②
A③
GCMパラメータ改良・
毎日のシミュレーション
（名大篠田）
研究
項目
A②
比較検証実験・台
風実験
（名大坪木）
研究
項目
A③
C
我々の観測で得られた雲・降水データのモデル改良への活用
まとめ
期待される成果
雲に関する高度なシミュレーションモデルが開発される。
雲を解像する毎日の予報実験により、雲に関する物理量の統計
的データが得られる。これを用いて全球モデルのパラメータ改良が
なされる。
全球静力学－領域雲解像モデルの非斉一結合モデルの開発に
より、新しい発想での全球及び領域のシミュレーションが発展する。
その一つとして１格子埋め込み型（スーパーパラメタリゼーショ
ン）による、全球モデルの高度化が実現される。
また、領域埋め込み型双方向通信の領域高解像度シミュレー
ションが発展する。
GCMの温暖化実験における台風の強度や発生について、雲解
像モデルと比較検証される。
対流セル群
対流システム全体のスケール
比較検証実験
温暖化時の台風に伴う降水量や風速の大き
さを、雲解像モデルで定量的に評価する。
CReSS: Press・Rain・Wind

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