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湿潤大気大循環力学と大気大循環モデリング

湿潤大気大循環力学と大気大循環モデリング. 佐藤正樹 埼玉工業大学／地球ﾌﾛﾝﾃｨｱ研究システム satoh@sit.ac.jp. ２００２年７月２９日 第１回沼口敦さん記念シンポジウム 『 水循環力学から水循環環境科学へ 』 （東京大学駒場リサーチキャンパス）. 目次. Introduction 　沼口氏大学院年表 M ゼミ selected bibliography 湿潤大気大循環研究 大気大循環モデリング 今後の方向性. 沼口敦氏：大学院年表 東京大学大学院理学系研究科地球物理専攻課程気象学研究室. 1986 ： M1 ： M ゼミ , GCM ゼミ

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  1. 湿潤大気大循環力学と大気大循環モデリング 佐藤正樹 埼玉工業大学／地球ﾌﾛﾝﾃｨｱ研究システム satoh@sit.ac.jp ２００２年７月２９日 第１回沼口敦さん記念シンポジウム 『水循環力学から水循環環境科学へ』 （東京大学駒場リサーチキャンパス）

  2. 目次 • Introduction 　沼口氏大学院年表 Mゼミ selected bibliography • 湿潤大気大循環研究 • 大気大循環モデリング • 今後の方向性

  3. 沼口敦氏：大学院年表東京大学大学院理学系研究科地球物理専攻課程気象学研究室沼口敦氏：大学院年表東京大学大学院理学系研究科地球物理専攻課程気象学研究室 • 1986：M1： Mゼミ, GCMゼミ • 　　　　　 気象庁GCMのreverse engineering • 1987：M2：修士論文:super cluster の研究 • 1988:D1： AGCM 開発開始 • 1989:D2： • 1990:D3:　若手会組織: Hadley 循環の研究 • 1991:東大,環境研 • 1992： 博士論文提出

  4. Mゼミ： 波動： Energetics (1987年7月)

  5. Selected bibliograpy • Numaguti,A., Hayashi, Y.-Y. 1991: Behavior of cumulus activity and the structures of circulations in an ``aqua planet'' model, Part I The structure of the super clusters. J. Meteor. Soc. Japan., 69, 541-561 • Numaguti,A., Hayashi,Y.-Y. 1991: Behavior of cumulus activity and the structures of circulations in an ``aqua planet'' model, Part II Eastward-moving planetary scale structure and the intertropical convergence zone. J. Meteor. Soc. Japan., 69, 563-579 • 沼口敦,1991：「大規模モデルにおける積雲対流のパラメタリゼーション」　環境庁委託研究 • 沼口敦,1992:「熱帯における積雲活動の大規模構造に関する数値実験」 博士論文, 東京大学理学部 • Numaguti,A.,1993:Dynamics and energy balance of the Hadley circulation and the tropical precipitation zones:significance of the distribution of evaporation. J.Atmos.Sci., 50, 1874-1887 • Numaguti,A.,1995: Dynamics and energy balance of the Hadley circulation and the tropical precipitation zones: Part II: sensitivity to the SST distribution. J.Atmos.Sci., 52, 1128-1141 • Numaguti,A. et al., 1995: 4-5 day-period variation and low-level dry air observed in the equatorial western Pacific during the TOGA-COARE IOP. J. Meteorol. Soc. Japan, 73, 267-290 • Numaguti,A., Hayashi,Y., 2000: Gravity-wave dynamics of the hierarchical structure. J. Meteor. Soc. Japan, 78, 301-331 • Abe,Y., Numaguchi,A., 2000: Water circulation on paleo-Mars: effects of spin-axis inclination. 月惑星シンポジウム

  6. Research Works (http://wwwoa.ees.hokudai.ac.jp/~numa/res/publish.html) • Hydrological Cycle in Asian Monsoon Regions • Origin and recycling processes of precipitating water over the Eurasian continent: Experiments using an atmospheric general circulation model. (Numaguti, A., 1999, J. Geophys. Res., 104, 1957-1972) • Numerical Experiment on Tropical Circulation • Behavior of cumulus activity and the structures of circulations in an `aqua planet' model. Part I. The structure of the super clusters. (Numaguti, A. and Y.-Y. Hayashi, 1991a, J. Meteor. Soc. Japan, 69, 541-561.) • Behavior of cumulus activity and the structures of circulations in an `aqua planet' model. Part II. Eastward moving planetary scale structure and the intertropical convergence zone. (Numaguti, A. and Y.-Y. Hayashi, 1991b, J. Meteor. Soc. Japan, 69, 563-579.) • Dynamics and energy balance of the Hadley circulation and the tropical precipitation zones: Significance of the distribution of evaporation. (Numaguti, A., 1993, J. Atmos. Sci., 50, 1874-1887.) • Reply to the comment by G.C.Asnani on "Dynamics and energy balance of the Hadley circulation and the tropical precipitation zones: Significance of the distribution of evaporation." (Numaguti, A., 1995a, J. Atmos. Sci., 52, 619-623.) • Dynamics and energy balance of the Hadley circulation and the tropical precipitation zones. Part II: Sensitivity to meridional SST distribution. (Numaguti, A., 1995b, J. Atmos. Sci., 52, 1128-1141.) • Climate Modeling • Description of CCSR/NIES Atmospheric General Circulation Model. (Numaguti, A., M. Takahashi, T. Nakajima, and A. Sumi, 1997, CGER's Supercomputer Monograph Report, Center for Global Environmental Reserch, National Institute for Environmental Studies, No.3, 1-48.) • Modelling of the Radiative Process in a AGCM.(Nakajima, T., M. Tsukamoto, Y. Tsushima , and A. Numaguti, 1995, Climate System Dynamics and Modelling, Center for Climate System Reserach, University of Tokyo, Tokyo, pp104-123.) • Sensitivity of a simulated water cycle to a runoff process with atmospheric feedback.(Emori, S., K. Abe., A. Numaguti, and S. Mitsumoto, 1996, J. Meteor. Soc. Japan, 74, 815-832) • Atmospheric Data Analysis • 4-5 day period variation and low-level dry air observed at equatorial western Pacific during TOGA-COARE IOP. (Numaguti, A., R. Oki, K. Nakamura, K. Tshuboki, N. Misawa, T. Asai, and Y.-M. Kodama, 1995, J. Meteor. Soc. Japan , 73, 267-290.) • Characteristics of 4 to 20 day period disturbances observed in the equatorial Pacific during TOGA COARE IOP. (Numaguti, A., 1995, J. Meteor. Soc. Japan , 73, 353-377.)

  7. Numaguti and Hayashi(1991)

  8. 沼口（１９９２）博士論文 • 目次 • はじめに • スーパクラスターの構造 • 惑星規模の東進構造と熱帯収束帯 • 熱帯降水帯とHadley循環の力学 • 補遺：大気大循環モデルの記述

  9. Numaguti(1993)

  10. Satoh(1994) • 佐藤（1993)：博士論文『軸対称モデルによる放射対流平衡：ハドレー循環の力学』 • Satoh(1994): Hadley circulations in radiative-convective equilibrium in an axially symmetric atmosphere. J.Atmos.Sci., 51, 1947-1968. • Satoh(1995): Hadley circulations and large-scale motions of moist convection in the two-dimensional numerical model. J. Meteor. Soc. Japan, 73, 1-20. • Satoh et al.(1995): A role of Hadley circulations and baroclinic waves on the global angular momentum budget: A comparison between symmetric and asymmetric calculations. Tellus, 47A, 548 - 560.

  11. 2次元モデル実験Satoh et al.(1995)

  12. 3次元モデル実験

  13. Numaguti and Hayashi(2000)

  14. 降水量 AquaPlanet　実験NealeandHoskins(2001) 海面水温分布

  15. 大気大循環モデリング 沼口モデル • 東大理学部：AGCM1-5 • 東大CCSR,環境研：CCSR/NIES AGCM5.x ⇒地球流体電脳倶楽部 http://www.gfd-dennou.org/ ⇒地球シミュレータセンタ：AfES T1279L96 地球フロンティア次世代モデル(1999-) 全球非静力高解像度大循環モデル Δx～10km

  16. 非静力学大気大循環モデルの概要 • 次世代・高解像度・大気大循環モデル • 高解像度： • 水平方向5-10 km，鉛直方向 100-200 m の分解能 • 地球シミュレータ上での効率的な計算手法 • 次世代： • 非静力学方程式系：音波を含む圧縮性の Euler 方程式 • 球面をほぼ一様に覆う格子モデル • 大気大循環モデル： • 長期積分による気候計算： • 保存則を満たす方程式系：有限体積法 • 高解像度での物理過程の再検討

  17. 正20面体格子モデル Number of grid points of n-level: level 1 level 2 level 3 level 4

  18. level 7 (~56km) level 8 (~28km) level 9 (~14km) level 10 (~7km)

  19. 浅水波モデルの結果Williamson Test Case 5 Icosahedral grid Conformal cubic grid Spectrum model (T213)

  20. DynamicalCore：Held and Suarez • DWD T106L19 • NCAR Eulerian T42L49 • NCAR semi-Lagrange T42L49 • Frontier：g5L30

  21. 数値モデルの格子数と分解能 • 格子数（次世代：ES） 　　数100×数100×数10=数105 ⇒ 1000×1000×100=108 • 領域幅と格子間隔： 　大循環 10000km：Δｘ＝100km ⇒ 10km 領域　　1000km：Δｘ＝10km ⇒ 1km メソ　　　100km：Δｘ＝1km ⇒ 10km：Δx=10m

  22. 10m気象学 次世代モデルの格子スケールのパラメタリゼーション　　　水・エネルギー収支：乱流 LES 都市気象 ビル群まわりの流れ 雲の微細構造 植生周りの流れ 複雑地形周りの流れ

  23. Squall line：Δx=1.25km vs 125m

  24. Concluding remarks • 湿潤大気大循環力学 • GCMは道具 • 　 積雲パラメタリゼーションの不確定性 • 大気大循環モデリング • 高解像度モデル：積雲パラメタリゼーションを使わないモデリング • 10m気象シミュレーションの世界 • 「部分と全体」 • 大循環力学に始まり、大循環力学に戻る

  25. 10m気象学 • 次世代モデルの格子スケールのパラメタリゼーション：水・エネルギー収支 • 乱流 LES • 雲の微細構造 • 複雑地形周りの流れ • 植生周りの流れ • 都市気象：ビル群まわりの流れ

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