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「東南アジア地域の気象災害
軽減国際共同研究」
でやること
気象研究所 予報一研 林 修吾
1. 気象庁メソモデルの精緻化と検証予報実験：サブ
2. メソモデル国際共同研究のための環境整備：メイン
(3.～熱帯域同化実験は担当なし)
2007-Aug-17, 18
「東南アジア気象災害軽減」科振費キックオフ集会
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2. メソモデル国際共同研究のための環境整備
• 気象庁メソモデルの汎用的な実行に必要なモデルデータ
処理ツール等を整備する
– 前処理での対応データの増強
• 気象庁メソモデルの英文ドキュメントを整備する
– チュートリアル，リファレンスマニュアルの整備
•
（気象庁全球アンサンブル予報を熱帯域に適用するためのツールの整備）
2007-Aug-17, 18
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モデル本体の計算機対応状況
（前処理，後処理もほぼこれに準じる）
•
CUIでよければわりといろいろなOS・コンパイラに対応している
– 外部ライブラリは必要ない（MPIをのぞく）
– Fortranのみでも実行可能（nusdasの一部機能をのぞく）
→このおかげで（先進的とはいえないが）可搬性は高い！
Vendor Machine
CPU
OS
compiler
MPI
HITACHI SR11000
POWER5+
AIX
vendor
vendor
HITACHI SR8000
vendor
HI-UX/MPP
vendor
vendor
NEC SX6，7，8，
Earth Simulator
vendor
SUPER-UX
vendor
vendor
PC, WS
x86_64(EM64T),
IA64,
IA32
Linux
g95,
gfortran,
Intel Fortran 7,8,9
Fujitsu Linux Fortran,
Lahey,
PGI
lam,
MPICH,
fake(no-MPI)
PC, WS
IA32
Solaris 10
Sun Studio 11
-
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JMANHM Flow-Chart
Atmosphere and Surface data
(from global / regional model or
analysis data (nusdas format))
GTOPO30 or
idealized topography
Pre-Processes
Initial/Boundary file
(original format)
Topography file
(original format)
三つに大きく分けられる
・前処理：モデル実行のための初
期値・境界値・定数データの準備
・モデル実行：namelistを設定し，
モデルを実行
・後処理：描画，データの変換など
JMANHM
Post-Processes
(visualization)
Execute Model
GrADS format
Visualization by GrADS (COLA)
MRI original format
Visualization by mplot
(${NHM}/Tools/mplot)
JMA original format
(nusdas format)
Visulization by pandah
(${NHM}/Tools/pandah)
Self-nesting
output
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現状のツールと対応データ
• 前処理
– nusdasフォーマットの気象庁モデル面データに対応（ツールは
パッケージに含まれる）
– nusdasフォーマットP面データにも最近対応
• ついでにgrib2nusもパッケージに同梱→次ページに利用サンプルを示す
– もちろんJMANHM自体のアウトプットも利用可能(セルフネスト
(ただし1-wayのみ))
– JRAに対応したツールが部内向けで利用中？
• 後処理
– モデルアウトプットは，nusdas，MRI独自，GrADSに対応している
– nusdas，MRI形式にはそれぞれの描画ツールが付属している
（ツールはパッケージに含まれる）
• ただしGrADAS出力は前処理ツールが対応していないため，セルフ
ネストの初期値境界値としては使えない
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業務支援センター配布データで毎日予報！
•
業務支援センターから配信
されているGSM_P面データ
からモデルを実行
–
•
•
•
京大の生存圏データベー
スの気象庁データからイン
ターネット経由で取得
いちおう全てのデータをイン
ターネットから取得して世界
中の予報が行える
これらを自動的に実行する
シェルスクリプトがパッケー
ジに同梱されている
問題点：地中・地表面温度
がない．暫定処置として，
–
–
SST，地表面温度は地上気
温T（←別途入手？）
地中温度最下層は285K固
定（←これは気候値ファイ
ルを用意すれば解決可能）
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1日二回48hr予報をlinux_WSで実行
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参考：前ページの計算環境
CPU
Intel Xeon Quad 2.0GHz x 2
(Total 8core, でも使ったのは4core)
OS
Linux(CentOS4.5)
COMPILER
Intel Fortran 9.1.045，gcc (for nusdas)
MPI
LAM 7.1.3
domain
235x165x40.dx30km
step
48hr (1728step, dt=100sec)
elapse time
5hr～6hr (18000sec～21000sec)
memory
4GB(1GBx4, using Double Precision)
output (2byte pack) Total 4.4GB (3D output every 1 hours)
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部内で使っているGUIツール（linuxへ移植予定?）
• 気象庁内にある部内
のユーザー向け計算
機上でのみ利用可能
なGUIツール
– モデルの設定の詳細な
知識がなくても実行が
可能
– とりあえずやってみると
いうのには最適
– linux向け移植の話も出
ているが，進展度は？
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既存のJMANHMのドキュメント類
赤字は和文，青字が英文
•
刊行物（紙ベースのものも含む）
–
–
–
–
–
–
–
•
モデル実行時設定など
–
–
–
–
•
モデル本体の NAMELIST パラメータの設定 （パッケージに含まれる）
入力データフォーマット （パッケージに含まれる）
境界値データ一時ファイル(mfbd)のフォーマット
放射定数ファイルフォーマット(xls)
前処理ツールのマニュアル
–
•
気象研究ノート第196号「非静力学モデル」（1999年）
気象研究所技術報告第28号（1991年、英文）
気象研究所技術報告第42号（2001年3月、英文）
数値予報課報告・別冊第49号「気象庁非静力学モデル」(2003年3月）
平成16年度数値予報研修テキスト「非静力学メソ数値予報モデルの現業化」(2004年10月)
平成17年度数値予報研修テキスト「第8世代数値解析予報システム」(2005年12月)
The Operational JMA Nonhydrostatic Mesoscale Model(K.Saito et al., 2006)(Mon.Wea.Rev 134, 1266-1298)
前処理ツールの NAMELIST パラメータの設定
後処理ツールのマニュアル
–
–
–
–
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プロットツールPANDAHの解説書 NuSDaS用のプロットツールの解説書です。 （英文あり）
プロットツール mplotのマニュアル(by 加藤さん@MRI)
プロットツール kplotのマニュアル(by 加藤さん@MRI)
数値予報標準データセットシステム(NuSDaS）
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原が現在執筆中のものをベースに
configure, nwp make の仕組み、設定内容の説明
サンプルデータを使い、shell script を使わずに(自分でデータを
装置番号に接続して)モデルの実行をしてみる。出力には特に
準備が必要なく、可視化ツールとして幅広く使われている
GrARDS でやってみる。
1.3
NuSDaS, MRI形式によ モデル面の可視化や様々な物理量の表示にはNuSDaSやMRI
る出力と可視化ツール 形式の方が優れていることを紹介した上で、それを使うための
(pandah, mplot, kplot) 準備・手順について紹介。可視化ツールそのものについては簡
単な使い方だけを示して、詳細は各マニュアルに譲る
1.4
shell による実行とその Nhm/Ss 以下のshellの構成の説明と、上記の説明をふまえた各
説明
scriptの解説。
2
出力データ
2.1
NuSDaS
2.1.1 基本的な使い方
出力に必要な定義ファイルの準備の方法と簡単なAPI・ツール
の使い方にとどめ、詳細はNuSDaS1.3マニュアル(by 豊田 & 原)
2.1.2 NuSDaSによる出力変 定数、地上面、P面、モデル面、2次元物理モニタ、3次元物理モ
数一覧
ニタ
2.2
MRI形式
2.2.1 フォーマット
2.2.2 MRI形式による出力変
数一覧
3
入力データ・namelist
3.1
入力データフォーマット html 形式のものを LaTeX に変換するツールを作成。編集は
htmlに対して行う。
3.2
namelist パラメータ一覧 html 形式のものを LaTeX に変換するツールを作成。編集は
htmlに対して行う。
3.3
現業設定、その他の設 これも今のHTMLによる一覧を変換する形で活用できると望まし
定一覧
い。
3.4
実行例
3.4.1 理想実験
3.4.2 実データ実験
gtopo_tool, nhmgrd, make_uvptq, grib2nus などの使い方
4
開発者向け情報
4.1
主要変数一覧
4.1.1 予報変数
nhmvarにあるもの
4.1.2 診断変数
nhmvarにあるものを中心に
4.1.3 定数
congrid, conhm, mpimso などにある定数
4.2
座標の配置方法
原のメモ+荒波さんのpptをベースに
4.2.1 インデックスの命名法 ixstlc, ixenlc, …, のりしろについての説明も含む
4.2.2 水平の座標配置
コードに即した内挿、差分(v->s, s->v)を示す。
4.2.3 鉛直の座標配置
コードに即した内挿、差分(f->h, h->f)を示す。
4.3
サービスサブルーチン よく出てくるけど、いまいちわかりづらいsubroutineについての解
の解説
説
ltrlb, adj2d1, datmdfy とその仲間たち, nambcast, mtog, clearh,
4.4
各ソースコードの役割
4.5
モジュールの依存関係 ルーチンのジョブネットのように、モジュールの依存関係を可視
一覧
化するツールがあるとよい。
ただし、依存関係があまりにも汚く、役に立ちそうになかったら省
5
JMANHM パッケージ構
成一覧
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1.1
1.2
ユーザーズガイド
整備計画
•
前述の通り，
–
–
–
–
いろいろ分散している
作成時期もバラバラ
和文が多い
ユーザーズガイドは和文で
すらほとんどない
→ユーザーズガイド（和文）
を作成する計画が数値予
報課で進行中
→これに乗っかって，本科
振費では英文ユーザーズ
ガイドを作成予定
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チュートリアル
モデルのコンパイル
サンプルデータによるモ
デルの実行
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参考：WRFの実行の流れは？
基本的にはJMANHMと同じ．異なる点とし
ては，
・前処理がGUI化されている
・データ同化システムがパッケージに同梱
されている
・理想実験のテストケースが多く用意され
ている
・NetCDFが別途必要
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13
WRFの前処理ツール(GUI版)
•
WPSをGUI操作するjavaで書かれたツールが用意されている
– 「ドメイン指定→地形作成→大気データをドメイン・グリッドに合わせて切り出し」を
ほぼマウス操作だけで行える．WPS本体は事前にWS上でコンパイルしておく必
要がある．
– ちょっと残念な点：ここで作成した地形設定などは，実行時のnamelistには手動で
書き写さないとダメみたい（モデル本体は今までどおりコマンドラインから実行）
2007-Aug-17, 18
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14
WRFのドキュメント類
• http://www.mmm.ucar.edu/wrf/users/
にいけばとりあえずだいたいそろう．
ドキュメント類はそのままダウンロード可能なものばかり
– 特に登録などしなくてもダウンロード可能
（モデル本体のダウンロードは登録が必要）
• ユーザーズガイド，チュートリアル，リファレンスマニュア
ルそれぞれ用意されている
– チュートリアルはかなり丁寧
• チュートリアルのためのWSも毎年？開かれている
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WRFの使用感
• プログラムの入手，データの準備が簡単．ドキュメント類
もWRFのサイトからまとめて入手できる
– 当たり前だがNCEPが部外に公開しているデータでモデルの実
行がすぐ出来るのもお試しにはいい
（→JMANHMでは出来ない！）
– ただし，コンパイル環境などは一部統一されてなくて悩む．サ
ポートされてるはずのコンパイラでコンパイルが通らなかった
り．．．
• ユーザーズガイドが非常に丁寧
– 動かすためのガイドに200ページ！
– 結果の可視化についてはちょっと寂しい．
• 全くの気象モデル初心者でもなんとか一人で動かせそう．
– 最初のconfigureでハマらなければ．．．
– とりあえずログはたくさん出るので誰かに聞きやすい
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最終的に何をやって，どんなものが欲しい？
• 英文ユーザーズガイド
– 和文ユーザーズガイドを数値予報課で今年度中に作成するとい
うことなので，粛々と英訳
• モデル実行環境整備
– さまざまな他機関データ対応（NCEP1d，ERA，JRA）
– モデルドキュメント類のオンラインでの公開
– 前処理ツールのGUI？
• モデル本体の実験環境
– 理想実験をするためにも，2Dが動かないのは何とかしましょう
– PCユーザーのために短精度が動くことを確認しましょう（いちおう
動いてます）
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17
1. 気象庁メソモデルの精緻化と検証予報実験
• 雹まで含んだ4-iceスキーム雲物理過程を用いた予報実
験とその検証を行う
• エアロゾルを予報変数化したスキームによる予報実験と
その検証を行う
• binモデルを組み込んだ雲物理過程による予報実験とそ
の検証を行う
•
•
（気象庁メソモデルを熱帯域に応用し台風発生実験を実施し，モデル特性の
把握を行う）
（気象庁全球アンサンブル予報による摂動を用いたダウンスケールアンサン
ブル実験を実施し，結果の検証を行う）
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18
JMANHM雲物理過程の改良
•
4-ICE 雲物理パラメタリゼーションの導入（Cohard-Pinty + Ferrier）
– シビア現象の予測精度向上とメカニズム解明のため，雹（または凍結水
滴）生成過程を導入。
– ガンマ関数を用いた統一的な記述法により、可読性・拡張性をアップ。
– 組み込みは既に終了．高速化が必須（現状では遅すぎる．）
従来の記述法
新しい記述法
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JMANHM雲物理過程の改良
• エーロゾル（雲核・氷晶核）過程の導入
– 雲・降水過程やエーロゾル間接効果のメカニズム解明のため、
雲核・氷晶核の予報スキームを開発中
ビン法微物理モデルの結果
を利用した雲粒生成ルック
アップテーブルスキーム
（雲核数・上昇速度・温度等から
活性化数を決める）
初期CCN数濃度と活性化する粒子数
の割合の関係．青は1m/s、赤は0.1m/s
の場合．実線は温度-5℃、破線は温
度15℃の場合．
火山灰や有害物質の移流拡散モデル
人工降雨モデル
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としても応用可能
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JMANHM雲物理過程の改良
• ビン法雲物理過程の導入
– 雲粒生成や降水効率、エーロゾル－雲相互作用を詳細に調べる
ために、ビン法雲物理スキームを開発中
雲粒子数
雲粒子数
小さな粒子は
ゆっくり落下
ビン法による再現
バルク法による再現
天然の降水
全ての粒子が
平均的な速さ
で落下
サイズ
サイズ
小さな粒子は
ゆっくり落下
時間
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降水量
大きな粒子は
速く落下
降水量
降水量
大きな粒子は
速く落下
時間
時間
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詳細雲微物理パーセルモ
デル（Chen, 1992）モデル
をもとに、精度を保ちつつ
必要な簡略化を行い、３次
元モデルに組み込む。
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