急斜面モデル比較プロジェクト(St-MIP) による地形準拠座標系の精度検証

Abstract

最近の急速な計算機パワーの増加にともなって大気数値モデルの分解能が上がり，山岳地域においては高分解能化により急な斜面がモデル内で表現されるようになった。気象学のモデルで一般的な地形準拠座標系であるz*座標系の急斜面上での誤差を調べ，高分解能モデルの再現性を検証するため，圧縮性方程式を用いた3種の非静力学大気モデルを比較する研究「急斜面モデル比較プロジェクト(St-MIP)」を行った。その結果，z*座標系は，孤立山岳を十分解像するほど細かな水平格子間隔を用いる限り，先行研究でして懸念されているほど打ち切り誤差は大きくなく，45度を超えるような急斜面を持つ孤立山岳上の流れも精度良く表現していることが分かった。また，水平方向と鉛直方向をともに陰解法で解くモデルでは，急斜面での計算ができないことも分かった。

Following the recent rapid increase of computational power, resolutions of atmosphericnumerical models increase and steep slopes are resolved in models in mountainous areas.Toexamine the accuracy of the z* coordinates, which is one of the most common coordinatesover complex terrain for atmospheric models and to study the ability of representation offlows over steep slope, a Steep Mountain Model Intercomparison Project (St-MIP) wascompleted with three nonhydrostatic atmospheric models. Mountain waves over bell-shapedmountains with various half-widths and heights ranging from 0.6 to more than 45 degrees ofaveraged inclination angles were compared with theoretical calculations and also amongmodels. It is shown that models using the z* coordinates simulates waves unexpectedly wellover very steep mountains provided that the horizontal grid size is small enough to representthe mountain shape smoothly. However, only a model which uses implicit method both in thehorizontal and vertical direction cannot complete the time integration.