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GCM メモ

GCM 情報

概要，ひとこと情報

  • 気候モデル(AGCM, CGCM, ESM など)に関する私的メモ(初版記述開始: 2013-07-23)
  • 書き始めたきっかけは，(1) CMIP5 評価のプロジェクトに従事し始めた(after FY2013)， (2) MIROC に関する web 情報が見つからず，手元で集めていた断片的な情報をまとめる必要性を感じた，という点．
  • 本来なら，モデル開発者でもない私がやるべき事柄ではないだろうが，MIROCデータを使わせてもらっているので 何かの形で貢献したかった．
  • 下記の情報は全て公開された文献等に基づく．誤植・間違った情報あれば指摘してください (特に開発者メンバーの皆様)．
  • see also 将来予測(CMIP関連のメモ)

定義

GCM とは，Global Circulation Model (ないし General Circulation Model) の略．
古くは大気大循環モデル (Atmospheric GCM; AGCM)の事であった． 大気科学(というか地球環境学)の発展および計算機の能力向上に伴って， 大気以外 (陸面，海洋，生物圏 (炭素循環，動的植生分布など) ) の物理過程を数値計算するモジュールが結合されてきた．
GCMの第二段階(というべきだろうか?)として大気-海洋結合モデル(Atmosphere-Ocean Coupled GCM; AOGCM)が作成され， さらには地球システムモデル(Earth System Model; ESM) なども開発されている．

参考: 将来予測データ
参考: 長期再解析データ
参考: 現業客観解析データ

GCM 情報 (国内): モジュール・スペック・参考文献まとめ

日本国内のGCMたち; GCMs & ESMs in Japan: MIROC, MRI-GCM, NICAM

 MIROC

 Specification of models

MIROC-ESM & MIROC-ESM-CHEM (See S. Watanabe et al. (2011, Geosci. Model Dev. Discuss.))

Under const.
Contains aerosol (SPRINTARS; Takemura et al. (2000, JGR)) and chemistry (CHASER; Sudo et al. (2002, JGR)) modules.

MIROC5 (See Watanabe et al. (2010, JC))

Under const.

  • Atmospheric component: CCSR/NIES/FRCGC AGCM ver. 5.7 (Based on CCSR/NIES AGCM; see Numaguti et al. 1997)
    • Spectral model (T85L40; lon x lat = 1.4 x 1.4 deg. in horizontal; 256 x 128 grids, hybrid sigma-p coordinate 40-layer); top level = 3-hPa.
    • Cumulus convection: Chikira and Sugiyama (2010, JAS)
    • Radiation: updated version of the k-distribution scheme (Sekiguchi and Nakajima 2008, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, vol.109, p.2779-)
  • Ocean component: COCO ver. 4.5 (Hasumi 2006, CCSR Report vol. 25, 103pp.)
    • lon x lat = 1.4 deg. x (0.5 to 1.4) deg. (256 x 224 grids)
    • "North Pole" shift to Greenland (80N, 40W). South Pole = (80S, 140E)
    • 49-level, grid spacing = 2.5 m (sfc), 20 m (D = 100 m), 100 m (D = 1000 m), 200 m (below 2000 m depth).
MIROC4h (See Sakamoto et al., 2012, JMSJ)

Under const.

  • Atmospheric component: CCSR/NIES/FRCGC AGCM ver. 5.7 (Based on CCSR/NIES AGCM; see Numaguti et al. 1997)
    • Spectral model (T213L56; 0.5625 degree in horizontal, sigma coordinate 56-layer); top level = approx. 40 km.
    • Cumulus convection: Arakawa-Schubert cumulus convection scheme (Arakawa and Schubert 1974 JAS; Pan and Randall 1998 QJRMS)
    • Radiation: hoge
    • Cloud and cloud microphysics: hoge
    • Turbulence: hoge
    • Aerosols: NOT considered
    • hoge
  • Ocean component: COCO ver. 3.4 (Hasumi 2000, CCSR Report vol.13, 68pp.; Hasumi 2006, CCSR Report vol. 25, 103pp.)
    • lon x lat = 0.28125 deg. x 0.1875 deg. (1280 x 960 grids)
    • "North Pole" shift to Greenland (77N, 40W). South Pole = (77S, 140E)
    • 47-level, grid spacing = 2.5 m (sfc), 20 m (z = 14; D = 118 m), 100 m (z = 22; D = 498 m), 200 m (z ≥ 27; D ≥ 1248 m). See Table 2 in Sakamoto et al. (2012, JMSJ).
  • Land surface component: MATSIRO (Takata et al. 2003)
    • hoge
  • River routing component: TRIP (Oki and Sud 1998)
    • See also http://hydro.iis.u-tokyo.ac.jp/~sujan/research/models/trip.html
  • Sea ice component: Semtner et al. 1976, Hunke and Dukowicz 1997
    • hoge
  • Coupler: ???
    • hoge

 Related papers

Description of model

  • MIROC3 description paper: Hasumi and Emori (Eds.) (2004, K-1 Technical Report No.1)
    • You can see abstract in Publication list in the KAKUSHIN project web
    • 東大気候センター時代にはネット公開していたらしい(過去アドレス: http://www.ccsr.u-tokyo.ac.jp/~agcmadm/ ; See references in Watanabe et al. (2010, JC))． アクセス先転送の設定まではあるのだが，現在はアクセスできず(checked: 2013-07-23)． サイト移設により，リンク切れをおこしたのか? MIROC のモデル解説文献として，最重要論文と思われるので， この文献だけでもインターネット上からアクセス可能にしてほしい(MIROC 開発グループの皆様)． その方が，MIROC の宣伝にもなると思いますよ．
  • MIROC5: Watanabe et al. (2010, JC)
  • MIROC4h: Sakamoto et al. (2012, JMSJ)

Sub-models (sub components of model), dynamics, physics, parameterization scheme, etc.

  • MATSIRO (land surface module): Takata et al. 2003; Obtained from Global and Planetary Change(Elsevier, IF = 3.155), Vol. 38, p.209-222
  • Total Runoff Integrating Pathways (TRIP; river discharge module): Oki and Sud. 1998, Earth Interaction, vol. 2, p.1-36
  • CCSR/NIES AGCM: Numaguti et al. (1996, CGER's Supercomputer Monograph Report, Center for Global Environmental Research, National Institute for Environmental Studies, No. 3, p.1-48); PDF を発見できず．

モデル結果の解析，再現性比較，プロセス解明など

 MRI GCM (AGCM, AOGCM, ESM)

 Specification of models

Under const.
See Climate Research Department web, MRI, Japan

 Related papers

  • Model Development at MRI
    • 気象研の地球システムモデルの概要紹介．ただし2007年時点．
    • 2007年の日中韓合同気象学会@Beijing での講演資料PDF
  • MRI-ESM ver.1 -Model Description-
    • PDF ファイル(chapter 毎に分割)を取得できるページへリンク．
    • Yukimoto et al. 2011, Meteorological Research Institute-Earth System Model Version 1 (MRI-ESM1) -Model Description-, MRI Technical Report Vol. 64,

 NICAM

NICAM
Satoh et al. (2008, J. Comp. Physics)

Under const.

GCM 情報 (国外): モジュール・スペック・参考文献まとめ

日本以外の国のGCMたち: たくさんありすぎる． 自分が解析に利用しているモデルから順次記述しているので，一般的な or 包括的なリストとは言えない．

 NCAR Community Earth System Model (CESM)

  • NCAR's Community Earth System Model (CESM). See CESM web
  • ユーザ登録すれば，GCM のソースコードを入手できるようだ． これは非常に画期的なこと． 解像度を落とすなど計算負荷をさげてやれば，「自宅のパソコンで 1000 年ラン」とか出来るのでは? 「地球を我が手にできる」のは楽しそう．
  • CMIP5 data download page = http://rda.ucar.edu/datasets/ds316.0/

 CSIRO Mk3.6

  • CSIRO Mk3.6 web
  • CMIP5 model vesion = Rotstayn et al. (2012, ACP)
    • title: Aerosol- and greenhouse gas-induced changes in summer rainfall and circulation in the Australasian region: a study using single-forcing climate simulations
CSIRO Mk3.6
Rotstayn et al. (2012, ACP)(the precise version in CMIP5)

Under const.

  • Atmospheric component: Based on the CSIRO Mark 3.5 (See Gordon et al. (2002), Gordon et al. (2010))
    • Spectral model (For CMIP5: T63L18. 1.875 x 1.875 degree in horizontal, 18-layer); top level = ?? km.
    • Cumulus convection: NOT checked yet.
    • Radiation: hoge
    • Cloud and cloud microphysics: hoge
    • Turbulence: hoge
    • Aerosols: interactive aerosol treatment (See Rotstayn et al. (2010))
    • hoge
  • Ocean component: ver. 2.2 of the Modular Ocean Model (MOM2.2; see Pacanowski 1996)
    • lon x lat = 1.875 x 0.9375, 31-level
  • Land surface component: Same as Mk3.5
    • hoge
  • Sea ice component: See O'Farrell (1998). Gordon et al. (2010) にて更新情報を説明．
    • hoge

 CMCC-CM

  • CMCC-CM web
  • Modeling group: Centro Euro-Mediterrraneo sui Cambiamenti Climatici, Italy
  • Description paper of the CMIP5 model vesion = Scoccimarro et al. 2011 JC
    • title: Effects of tropical cyclone on ocean heat transport in a high-resolution coupled general circulation model.
CMCC-CM
Scoccimarro et al. (2011, JC)

Under const.

  • Atmospheric component: ECHAM5 (Roeckner et al. (2003, MPI report vol. 349; Roeckner et al. (2006, JC))
    • Spectral model (For CMIP5: T159L31. 0.75 x 0.75 degree in horizontal, lon x lat = 480 x 240 grids, 31-layer); top level = 10-hPa.
    • Cumulus convection: Tiedtke (1989, MWR), modified by Nordeng (1994)
    • Radiation: hoge
    • Cloud and cloud microphysics: hoge
    • Turbulence: hoge
    • hoge
  • Ocean component: OPA8.2 (Madec et al. 1998)
    • lon x lat = 2.0 x (0.5 to 2.0) deg., 31-level (10 levels lie within the upper 100 m)
  • Land surface (w/ vegetation): SILVIA
    • hoge
  • Carbon cycle component: ICC (See Vichi et al. 2011 Clim. Dyn.; Patala et al. 2011 JGR)
    • The biogeochemical system includes land and vegetation (SILVIA) and ocean biogeochemistry (PELAGOS)
  • Sea ice component: ORCA2 (Fichefet and Morales-Maqueda 1999)
    • hoge
  • Coupler: the Ocean Atmosphere Sea Ice Soil ver. 3 (OASIS3; Valcke 2006)
    • hoge

 CNRM-CM5

  • CNRM-CM5 web
  • Modeling group: Centre National de Recherches Meteorologiques / Centre European de Recherche et Formation Advancees en Calcul Scientifique, France
  • Description paper of the CMIP5 model vesion = Voldoire et al. 2011 Clim. Dyn.
    • title: The CNRM-CM5.1 global climate model: description and basic evaluation.
CNRM-CM5

Under const.

  • Atmospheric component: ARPEGE-Climate ver. 5.2
    • 元々はECMWFにて，現業の数値予報モデルとして使われていたもの． 1990年代に気候モデルとして発展系が作成され，ARPEGE-Climate となった (see ARPEGE-Climate Description)．
    • GCMであるが，研究対象地域のみを拡大 (一部地域のみを高解像度化) 可能な『伸縮グリッド』を設定できる(らしい)．
    • Spectral model (For CMIP5: T127L31. approx. 1.5 x 1.5 degree in horizontal, lon x lat = 256 x 128 grids, 31-layer); top level = 10-hPa.
    • Cumulus convection: ???
    • Radiation: hoge
    • Cloud and cloud microphysics: hoge
    • Turbulence: hoge
    • hoge
  • Ocean component: NEMO 3.2.1
    • lon x lat = 1.0 x 1.0 deg., 42-level
  • Land surface component: ISBA
    • hoge
  • River routing component: TRIP (Oki and Sud 1998)
    • hoge
  • Sea ice component: GELATO v5
    • hoge
  • Coupler: the Ocean Atmosphere Sea Ice Soil ver. 3 (OASIS3; Valcke 2006)
    • hoge

 EC-EARTH

  • EC-EARTH web
  • Description paper of the CMIP5 model vesion = ??
    • title: ??
EC-EARTH

Under const.

下記情報は，EC-Earth ver. 2.2 の場合 (のはず)． CMIP5 に提供されたバージョンと整合しているか，未確認(2013-08-01 時点)．

  • Atmospheric component: ECMWF's Integrated Forecast System (IFS)
    • 元々はECMWFにて，現業の数値予報モデルとして使われていたものらしい． このあたりの経緯は CNRM-CM5 と同様．
    • Spectral model (For CMIP5: CY31r1 (?), approx. ?? x ?? degree in horizontal, lon x lat = ?? x ?? grids, ??-layer); top level = ??-hPa.
    • Cumulus convection: ???
    • Radiation: hoge
    • Cloud and cloud microphysics: hoge
    • Turbulence: hoge
    • hoge
  • Ocean component: NEMO 2 (?)
    • lon x lat = ?? x ?? deg., ??-level
    • NEMO について:
    • Land surface component: ??
      • hoge
    • River routing component: ??
      • hoge
    • Sea ice component: LIM2
      • hoge
    • Coupler: the Ocean Atmosphere Sea Ice Soil ver. 3 (OASIS3; Valcke 2006)
      • hoge

    リンク

    • CMIP5: Top page of the CMIP5 data archive cite (PCMDI)
    • Description paper of the CMIP5 (experimental design): See Taylor et al. (2012, BAMS)
    • RCP schenario data group:
      • いわゆる温暖化予測で入力データとして用いられる，温室効果ガス排出シナリオのデータ作成グループのページ．
      • RCP3PD, RCP4.5, RCP6, RCP8.5 の4種が存在．See Meinshausen et al. 2011, Clim. Dyn.
    • European Earth System Models and their environment(European Network for Earth System Modeling (ENES), EU):
      • EU諸国の地球システムモデル(ESM)に関するポータルサイト．
      • 各モデルのスペック，大気・海洋・海氷など ESM を構成するコンポーネントの概要などをまとめてある． 最近の GCM, ESM に関する情報収集場所として，非常に有益なサイトの一つだった．
    • GCM Family Tree(GFDL, USA): 世界中の GCM の「家系図」ないし「系統樹」． ただし，1990年代頃までのものであり，全てのGCMが網羅されているわけではない． CMIP5 のモデルたちをこの「家系図」に入れたらどうなるのか? 地球環境の再現性の良し悪しは，「血筋」に依存する可能性は無いか?

    更新履歴

    2013-08-05
    情報の記載ミス修正． SPRINTERS じゃなく SPRINTARS，MATSHIRO じゃなくて MATSIRO だった． 開発者の方々，ごめんなさい． モデル・モジュールに関連する文献(メインの description paper)へのリンクを追加．
    2013-08-01
    取りあえず，CMIP5 モデル群のうち比較的高解像度のモデルに focus する．
    CSIRO, CMCC-CM, CNRM-CM5, EC-EARTH に関する情報を追加． 間違いありそうなので，しばらく非公開にして手元で利用する，
    2013-07-23
    将来予測データ(CMIP5関連)のPHPファイルをコピー，MIROC & MRI-GCM 関連情報の記録開始．

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