JP2002202383A - 気体状況予測方法 - Google Patents

気体状況予測方法

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JP2002202383A JP2001321455A JP2001321455A JP2002202383A JP 2002202383 A JP2002202383 A JP 2002202383A JP 2001321455 A JP2001321455 A JP 2001321455A JP 2001321455 A JP2001321455 A JP 2001321455A JP 2002202383 A JP2002202383 A JP 2002202383A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 気体状況を短時間で演算する。 【解決手段】 気体GPVデータ等の空間的にも時間的
にも粗い気象観測データから、空間的にも時間的にも密
な気体状況(風向,風速)を求めるため、気象観測デー
タから求めた初期条件と境界条件を、大気現象を解析す
る偏微分方程式に取り込んで、並列計算機11にて演算
をする。この演算の際に、演算期間を例えば4分割す
る。そして、各演算分割期間の演算を、4つの演算装置
CPU♯1〜♯4に振り分けて同時並行して進める。そ
して、各演算装置CPU♯1〜♯4の演算結果を結合し
て、全演算期間における、空間的にも時間的にも密な気
体状況(風向,風速)を求めることができる。この場
合、期間を分割して、並列演算をしているため、分割す
るに応じて演算期間が短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体状況予測方法
に関し、空間的にも時間的にも粗い気象観測データか
ら、空間的にも時間的にも密な気体状況(風向,風速
等)を短時間で正確に求めることができるようにしたも
のである。本発明により求めた気体状況(風速場デー
タ)を利用して、拡散源から放出された拡散物質の拡散
状況(拡散範囲,拡散濃度)を演算により予測すること
ができる。
【0002】
【従来の技術】核物質を扱う施設から、事故により放射
性物質が外部に放出された場合には、放射性物質の拡散
範囲や各地点での放射性物質の濃度を予測し、放射性物
質による危険を受ける恐れがある地域を予測する拡散状
況予測システムが開発されつつある。
【0003】この拡散状況予測システムにおいては、ま
ず、気体状況を演算により予測し、この気体状況を基に
拡散状況を予測している。更に詳述すると、放射性物質
の拡散状況を調べるには、まず、気象GPV(Grid Poi
nt Value)データやAMEDAS等の気象観測データを
基にして、大気現象を解析する偏微分方程式を演算する
ことにより、事象発生(例えば核物質の外部放出)時点
から所定時間先の時点まで、一定時間刻み毎(例えば1
0分毎)の時点における、多数の評価地点(格子点位
置)の風向・風速を演算により求める。つまり、一定時
間刻み毎の風速場データをを表す気体状況を求める。次
に、放出された拡散物質の濃度や性状ならびに前記風速
場データを、物質の拡散状態を演算する拡散方程式に代
入することにより、各時間刻み毎の各格子点位置におけ
る拡散物質の濃度を演算する。このようにして、放出さ
れた放射性物質の拡散範囲や各地点での放射性物質の濃
度を予測することができる。
【0004】気象観測データ、例えば気象GPVデータ
は、気象業務支援センターから12時間ごとに配信され
る。この気象GPVデータは、地球の表面を南北方向に
沿い伸びると共に東西方向の相互の離間距離が規定距離
(2Km)となっている複数の緯度仮想線と、地球の表
面を東西方向に沿い伸びると共に南北方向の相互の離間
距離が規定距離(2Km)となっている複数の経度仮想
線とが交差する地点(これを「親格子点位置」と称す
る)における、複数の標高(地表から上空10Kmまで
の間の20ポイントの標高)の気象データ(風速ベクト
ル(風向,風速),気圧,温度,水分量)を示すもので
ある。しかも、気象GPVデータは、各親格子点位置の
気象データとして、配信時点,配信時点から3時間先、
6時間先,9時間先,というように3時間間隔の51時
間分のデータが一括して配信される。
【0005】上述した気象GPVデータの親格子点位置
の気象データは、空間的には親格子点位置の相互間距離
が2Kmと広く、しかも、時間的には3時間間隔と長い
ため、この親格子点位置の気象データにより示される気
体状況(風向,風速)データのみでは、拡散物質の拡散
濃度を演算することはできない。
【0006】このため、空間的に粗く、且つ、時間的に
も粗い気象観測データから、空間的にも時間的にも密な
気体状況(風向,風速等)を、大気現象を解析する偏微
分方程式を演算することにより求める必要がある。
【0007】ここで、大気現象を解析する偏微分方程式
を演算することにより、空間的に粗く、且つ、時間的に
も粗い気象観測データから、空間的にも時間的にも密な
気体状況(風向,風速等)を求める従来の気体状況予測
方法を説明する。
【0008】従来技術では、図8に示すように、計算す
べき計算領域(地球の表面のなかで予め設定した特定領
域)に設定された親格子点位置(図中で○で示す位置)
の間に、子格子点位置(図中で□及び■で示す)を設定
する。親格子点位置は、前述したように、地球の表面を
南北方向に沿い伸びると共に東西方向の相互の離間距離
が2Kmとなっている複数の緯度仮想線と、地球の表面
を東西方向に沿い伸びると共に南北方向の相互の離間距
離が2Kmとなっている複数の経度仮想線とが交差する
地点に配置されている。
【0009】一方、子格子点位置は、地球の表面を南北
方向に沿い伸びると共に東西方向の相互の離間距離が一
定距離(50m)となっている複数の緯度仮想線と、地
球の表面を東西方向に沿い伸びると共に南北方向の相互
の離間距離が一定距離(50m)となっている複数の経
度仮想線とが交差する地点に配置されている。
【0010】なお、図8では4つの親格子点位置のみを
示しているが、この親格子点位置は計算領域の全ての領
域に亘って分布配置するように設定している。また、図
8では、4つの親格子点位置で囲まれる領域にのみ子格
子点位置を示しているが、この子格子点位置は計算領域
の全ての領域に亘って分布配置するように設定してい
る。
【0011】ここでは一例として、図9に示すように、
気象GPVデータが配信された時点から10分後に演算
を開始した場合について説明する。
【0012】〔1〕演算開始時点の気象データの演算は
次のようにして行う。
【0013】〔1−1〕親格子点位置Iの気象データ
は、演算開始時点から10分前(気象GPVデータの配
信時点)における親格子点位置Iの気象GPVデータ
と、演算開始時点から2時間50分先(気象GPVデー
タの配信から3時間先)における親格子点位置Iの気象
GPVデータとを、時間内挿補間演算をすることにより
求めている。時間内挿補間演算とは、配信時点の気象G
PVデータと配信から3時間先の気象GPVデータを基
に、時間的に中間(配信から1時間30分先)のデータ
は両気象GPVデータの平均値とし、時間的に配信時に
近づくほど配信時の気象GPVデータ値に近くなり、時
間的に3時間先に近づくほど3時間先の気象GPVデー
タ値に近づくように時間に応じてデータを求める手法で
ある。同様に、親格子点位置IIの気象データは、演算開
始時点から10分前(気象GPVデータの配信時点)に
おける親格子点位置IIの気象GPVデータと、演算開始
時点から2時間50分先(配信から3時間先)における
親格子点位置IIの気象GPVデータとを、時間内挿補間
演算をすることにより求めている。親格子点位置III,IV
の気象データも同様に、時間内挿補間演算により求めて
いる。
【0014】〔1−2〕子格子点位置(図8では□と■
で示している位置)の気象データは、親格子点位置の気
象GPVデータを、空間内挿補間演算をすることにより
求めている。例えば、子格子点位置aの気象データは、
親格子点位置Iの気象GPVデータと親格子点位置IIの
気象GPVデータを空間内挿補間演算することにより求
めている。空間内挿補間演算とは、親格子点位置Iの気
象GPVデータと親格子点位置IIの気象GPVデータを
基に、空間的に中間(親格子点位置から1Km離れた位
置)のデータは両気象GPVデータの平均値とし、空間
的に親格子点位置Iに近づくほど親格子点位置Iの気象
GPVデータ値に近くなり、空間的に親格子点位置IIに
近づくほど親格子点位置IIの気象GPVデータ値に近づ
くように空間距離に応じて気象データを求める手法であ
る。他の子格子点位置(図8では□と■で示している位
置)の気象データも、親格子点位置I,II,III,IV の気象
データを空間内挿補間演算をすることにより求めてい
る。
【0015】〔2〕演算開始から10分先の気象データ
の演算は次のようにして行う。
【0016】〔2−1〕演算開始から10分先の親格子
点位置I,II,III,IVの気象データは、演算開始時点から
10分前(気象GPVデータの配信時点)における親格
子点位置I,II,III,IVの気象GPVデータと、演算開始
時点から2時間50分先(配信から3時間先)における
親格子点位置I,II,III,IVの気象GPVデータとを、時
間内挿補間演算することにより求める。
【0017】〔2−2〕演算開始から10分先の子格子
点位置のうち、図中で□で示すもの、即ち、親格子点位
置I,II,III,IVに挟まれているものは、時間内挿補間演
算により求めた演算開始から10分先の親格子点位置
I,II,III,IVの気象データを、空間内挿補間演算するこ
とにより求めている。
【0018】〔2−3〕演算開始から10分先の子格子
点位置のうち、図中で■で示すもの、即ち、親格子点位
置及び、図中で□で示す子格子点位置により囲まれた範
囲内に位置する子格子点位置の気象データは、大気現象
を解析する偏微分方程式を差分解析演算することにより
求める。大気現象を解析する偏微分方程式としては、コ
ロラド州立大学とMission Research社で開発されたRA
MS(Regional Atmospheric Modeling System)コード
で示されている、風速場解析の基本方程式を用いること
ができる。
【0019】このRAMSコードで示されている風速場
解析の基本方程式は、運動方程式,熱エネルギ方程式,
水分の拡散方程式及び連続の式からなり、次のような式
(1)〜(6)で表される。
【0020】
【数1】
【0021】例えば、演算開始から10分先の子格子点
位置αの気象データは、演算開始時点での子格子点位置
αの気象データを初期条件値とし、演算開始から10分
先における親格子点位置及び図中で□で示す子格子点位
置の気象データを境界条件値として取り込んで、RAM
Sコードで示されている風速場解析の基本方程式(1)
〜(6)を差分解演算して差分解として求める。図中で
■で示す他の子格子点位置も同様にして、RAMSコー
ドで示されている風速場解析の基本方程式(1)〜
(6)を差分解演算して差分解として求められる。
【0022】〔3〕演算開始から20分先の気象データ
の演算は、演算開始から10分先の気象データの演算と
同様にして行う。
【0023】〔3−1〕即ち、演算開始から20分先の
親格子点位置I,II,III,IVの気象データは、演算開始時
点から10分前(気象GPVデータの配信時点)におけ
る親格子点位置I,II,III,IVの気象GPVデータと、演
算開始時点から2時間50分先(配信から3時間先)に
おける親格子点位置I,II,III,IVの気象GPVデータと
を、時間内挿補間演算することにより求める。
【0024】〔3−2〕演算開始から20分先の子格子
点位置のうち、図中で□で示すもの、即ち、親格子点位
置I,II,III,IVに挟まれているものは、時間内挿補間演
算により求めた演算開始から20分先の親格子点位置
I,II,III,IVの気象データを、空間内挿補間演算するこ
とにより求めている。
【0025】〔3−3〕演算開始から20分先の子格子
点位置のうち、図中で■で示すもの、即ち、親格子点位
置及び、図中で□で示す子格子点位置により囲まれた範
囲内に位置する子格子点位置の気象データは、大気現象
を解析する偏微分方程式を差分解析演算することにより
求める。大気現象を解析する偏微分方程式としては、コ
ロラド州立大学とMission Research社で開発されたRA
MS(Regional Atmospheric Modeling System)コード
で示されている、風速場解析の基本方程式を用いること
ができる。
【0026】例えば、演算開始から20分先の子格子点
位置αの気象データは、演算開始時点での子格子点位置
αの気象データを初期条件値とし、演算開始から20分
先における親格子点位置及び図中で□で示す子格子点位
置の気象データを境界条件値として取り込んで、RAM
Sコードで示されている風速場解析の基本方程式(1)
〜(6)を差分解演算して差分解として求める。図中で
■で示す他の子格子点位置も同様にして、RAMSコー
ドで示されている風速場解析の基本方程式(1)〜
(6)を差分解演算して差分解として求められる。
【0027】〔4〕以降、同様にして演算開始から30
分先,40分先,50分先と、10分間の時間刻み毎の
気象データを、演算開始から12時間先まで求める。
【0028】このようにして演算開始から10分刻み毎
における、各親格子点位置における複数の標高の気象デ
ータと、各子格子点位置における複数の標高の気象デー
タが求められたら、物質の拡散状態を演算する拡散方程
式(7)に、10分刻み毎の各親格子点位置及び各子格
子点位置の気象データ(風向,風速)を、次々に代入し
て、拡散範囲や拡散濃度を演算して予測することができ
る。
【0029】
【数2】
【0030】前述したRAMSコードで示されている風
速場解析の基本方程式などの大気現象を解析する偏微分
方程式を、コンピュータを用いて差分解析演算すること
により、図8において■で示す子格子点位置の気象デー
タを求める計算システムを、力学系のシステムとして表
現すると、図10のようになる。
【0031】この計算システムでは、図10に示すよう
に、初期条件が与えられた時点(t=t0)から、時間
(t)と共に変化する境界条件の基で、偏微分方程式を
微小な時間刻み(δt)づつ進めながら非定常的に差分
計算し、各時刻(ti=t0+n×δt :n=0〜
N)の変数(vi:風向,風速,気温,水分量)を数値
解として出力する。
【0032】更に具体的に説明すると、図10では、初
期条件入力系であるブロックB1から、計算系であるブ
ロックB2に初期条件が入力される。図9の例では、気
象GPVデータが配信されてから10分後に演算が開始
されているので、この演算開始時点における初期条件
(親格子点位置及び子格子点位置の気象データ)が計算
系に入力される。なお、初期条件(演算開始時点におけ
る親格子点位置及び子格子点位置の気象データ)は、前
述したように、気象GPVデータを時間内挿補間演算,
空間内挿補間演算をすることにより求めている。タイマ
系であるブロックB3は、計算系であるブロックB2に
よる1演算時間刻みでの演算が終わると、演算時刻を1
演算時間刻み(図8,図9の例では10分間)進める。
【0033】境界条件入力系であるブロックB4は、一
定時間刻み毎(図8,図9の例では10分間隔毎)の境
界条件(親格子点位置および図8で□で示す子格子点位
置の気象データ)を、計算系B2に入力する。なお、境
界条件(親格子点位置および図8で□で示す子格子点位
置の気象データ)は、前述したように、気象GPVデー
タを時間内挿補間演算,空間内挿補間演算をすることに
より求めている。
【0034】大気条件を解析する偏微分方程式(RAM
Sコードで示されている風速場解析の基本方程式)の数
値解析は、初期条件と境界条件が決まれば一義的に決定
されるので、計算系であるブロックB2は、初期条件と
境界条件を取り込んで各子格子点位置(図8で■で示す
子格子点位置)毎に差分解析をして、出力系B5に、各
子格子点位置(図8で■で示す子格子点位置)の気象デ
ータである差分解を出力する。
【0035】ところで、広い計算領域(例えば図11の
大領域A1)の全てに、離間距離を短い状態にして(例
えば50mにして)子格子点位置を配置し、この全ての
子格子点位置の気象データを1台のコンピュータで演算
処理すると、極めて長い時間がかかる。そこで、計算時
間を短縮する方法として、次に述べる多重ネスティング
法(多重格子法)が採用されている。なお、緻密な気象
データが必要な領域は、例えば図11の小領域A3のみ
であるが、気象現象は、必要な小領域A3の周りの領域
の状況によって変化するので、小領域A3よりも広い大
領域A1を設定して大領域A1の全ての格子点位置の気
象データを求め、拡散状態を演算する拡散方程式の演算
には、大領域A1の中から小領域A3の格子点位置の気
象データ(風速場データ)のみを用いて演算をしてい
る。
【0036】多重ネスティング法では、図11に示すよ
うに、計算領域として、大領域(例えば本州の中央部)
A1と、中領域(例えば東京地区)A2と、小領域(例
えば東京湾近隣地区)A3を設定する。緻密な気象デー
タが必要な領域は、小領域A3であるが、気象現象は、
必要な領域の周りの領域の状況によって変化するので、
小領域A3よりも広い、中領域A2,大領域A1を設定
している。
【0037】そして、大領域A1には、図12に示すよ
うに、離間距離が例えば4Kmの親格子点位置(図中に
○で示す)と、離間距離が例えば800mの子格子点位
置(図中に□で示す)を設定する。中領域A2には、図
13に示すように、離間距離が例えば2Kmの親格子点
位置(図中に○で示す)と、離間距離が例えば400m
の子格子点位置(図中に□で示す)を設定する。最終的
に緻密な気象データを求める小領域A3には、図8に示
すように、離間距離が例えば2Kmの親格子点位置(図
中に○で示す)と、離間距離が例えば50mの子格子点
位置(図中に□と■で示す)を設定する。
【0038】そして図10に示す計算システムにより、
まず、大領域A1に設定した、離間距離が4Kmの親格
子点位置と、離間距離が800mの子格子点位置の気象
データを演算する。
【0039】次に、図10に示す計算システムにより、
中領域A2に設定した、離間距離が2Kmの親格子点位
置と離間距離が400mの子格子点位置の気象データを
演算する。なお、中領域A2に設定した親格子点位置の
うち、大領域A1に設定した親格子点位置と同じ位置に
あるものは、大領域A1の演算において既に求められて
いるので、その気象データをそのままシフトしてくる。
また、離間距離が400mの子格子点位置のうち、大領
域A1に設定したものと同じ位置にあるものは、大領域
A1の演算において既に求められているので、その気象
データをそのままシフトしてくる。
【0040】更に、図10に示す計算システムにより、
小領域A3に設定した離間距離が50mの子格子点位置
の気象データを演算する。なお、小領域A3に設定した
親格子点位置の気象データは、大領域A1及び中領域A
2の演算において既に求められているので、その気象デ
ータをそのままシフトしてくる。また、離間距離が50
mの子格子点位置のうち、大領域A1及び中領域A2に
設定したものと同じ位置にあるものは、大領域A1及び
中領域A2の演算において既に求められているので、そ
の気象データをそのままシフトしてくる。
【0041】このように、最終的に緻密な気象データを
求める小領域A3にのみ、離間距離が短い(例えば50
m)の子格子点位置を設定しているので、大領域A1の
全面に離間距離が短い(例えば50m)の子格子点位置
を設定して演算する場合に比べて、演算時間が短縮され
る。
【0042】また更に演算時間を短縮するため、多段ネ
スティング法を採用した場合において、複数の演算装置
(CPU)を結合した並列計算機により並列演算をする
ことが行われている。
【0043】例えば4台のCPUを用いて並列演算をす
る場合には、図14に示すように、大領域A1を4つの
分割領域A1−1,A1−2,A1−3,A1−4に分
割し、中領域A2を4つの分割領域A2−1,A2−
2,A2−3,A2−4に分割し、小領域A3を4つの
分割領域A3−1,A3−2,A3−3,A3−4に分
割する。
【0044】大領域A1に配置された各格子点位置の気
象データ(例えば演算開始時点から12時間先の時点ま
でにおける例えば10分毎の気象データ)を演算するに
は、第1のCPUは、分割領域A1−1に配置された各
格子点位置の気象データを演算し、第2のCPUは、分
割領域A1−2に配置された格子点位置の気象データを
演算し、第3のCPUは、分割領域A1−3に配置され
た格子点位置の気象データを演算し、第4のCPUは、
分割領域A1−4に配置された格子点位置の気象データ
を演算する。
【0045】また、大領域A1に対する演算が終了し
て、中領域A2に配置された各格子点位置の気象データ
(例えば演算開始時点から12時間先の時点までにおけ
る例えば10分毎の気象データ)を演算するには、第1
のCPUは、分割領域A2−1に配置された各格子点位
置の気象データを演算し、第2のCPUは、分割領域A
2−2に配置された格子点位置の気象データを演算し、
第3のCPUは、分割領域A2−3に配置された格子点
位置の気象データを演算し、第4のCPUは、分割領域
A2−4に配置された格子点位置の気象データを演算す
る。
【0046】更に、中領域A2に対する演算が終了し
て、小領域A3に配置された各格子点位置の気象データ
(例えば演算開始時点から12時間先の時点までにおけ
る例えば10分毎の気象データ)を演算するには、第1
のCPUは、分割領域A3−1に配置された各格子点位
置の気象データを演算し、第2のCPUは、分割領域A
3−2に配置された格子点位置の気象データを演算し、
第3のCPUは、分割領域A3−3に配置された格子点
位置の気象データを演算し、第4のCPUは、分割領域
A3−4に配置された格子点位置の気象データを演算す
る。
【0047】なお、上述した気体状況予測方法により求
めた風速場データを利用して、物質の拡散状況を予測す
る拡散状況予測システムは、火山が爆発したときに発生
する噴煙の拡散状況や、タンカーが座礁して漏洩油から
蒸発した揮発性ガスの拡散状況を予測する場合にも利用
することができる。
【0048】更に、この拡散状況予測システムは、事象
(例えば核物質の外部放出事故)が発生してから直ちに
演算をして予測する場合のみならず、事象発生後に事後
的に状況を解析するために、拡散状況を予測する場合に
も利用することができる。例えば核物質の外部放出事故
が発生した場合には、数日経過しても現場に立ち入るこ
とはできないが、このシステムを利用して拡散状況を予
測し、この予測した拡散状況を基に適切な対策をとるこ
とができる。
【0049】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の気体
状況予測方法では、演算時間を短縮するため、複数のC
PUを結合した並列計算機を用い、計算領域をCPUの
個数と同じ数の領域に分割して、各CPUで各分割領域
毎の計算をして、各時刻(ti)毎に変数(vi)を差
分解として出力している。しかし、CPUの数を増加す
ると、各分割領域間でのデータ転送時間が増加するた
め、全体の計算時間は、CPUの数に応じて(反比例し
て)減少するわけではなかった。つまり、例えばCPU
を4台にしても、全体の計算時間は、CPUが1台のと
きの時間の1/4になるわけではなく、データ転送時間
等の時間が必要となり、全体の計算時間は、CPUが1
台のときの時間の1/4よりも長くなってしまう。
【0050】本発明は、上記従来技術に鑑み、演算装置
(CPU)の個数の増加に応じて計算時間を短縮するこ
とができると共に、複数の演算装置により求めた気体状
況データの連続性を確保して正確な気体状況を求めるこ
とができる気体状況予測方法を提供することを目的とす
る。
【0051】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の気体状況予測方法は、地球の表面を南北方向に伸び
ると共に東西方向の相互の離間距離が規定距離となって
いる複数の仮想線と、地球の表面を東西方向に伸びると
共に南北方向の相互の離間距離が規定距離となっている
複数の仮想線とが交差する位置である親格子点位置にお
ける規定時間間隔毎の気象観測データから、地球の表面
を南北方向に伸びると共に東西方向の相互の離間距離が
前記規定距離よりも短い一定距離となっている複数の仮
想線と、地球の表面を東西方向に伸びると共に南北方向
の相互の離間距離が前記規定距離よりも短い一定距離と
なっている複数の仮想線とが交差する位置である子格子
点位置における、前記規定時間間隔よりも短い一定時間
刻み毎の気象データを求めるため、複数の演算装置を備
えた並列計算機により大気現象を解析する偏微分方程式
を演算する際に、地球の表面のなかで予め設定した特定
領域内の親格子点位置の気象観測データから初期条件と
境界条件とを求め、求めた初期条件と境界条件を前記偏
微分方程式に取り込んで演算をすることにより、特定領
域内の子格子点位置の気象データを求める気体状況予測
方法であって、演算開始から所定時間先までの演算期間
を、複数の分割演算期間に分割し、各分割演算期間の演
算を前記複数の演算装置に振り分けて同時並行して進め
ることを特徴とする。
【0052】また本発明の気体状況予測方法は、地球の
表面を南北方向に伸びると共に東西方向の相互の離間距
離が規定距離となっている複数の仮想線と、地球の表面
を東西方向に伸びると共に南北方向の相互の離間距離が
規定距離となっている複数の仮想線とが交差する位置で
ある親格子点位置における規定時間間隔毎の気象観測デ
ータから、地球の表面を南北方向に伸びると共に東西方
向の相互の離間距離が前記規定距離よりも短い一定距離
となっている複数の仮想線と、地球の表面を東西方向に
伸びると共に南北方向の相互の離間距離が前記規定距離
よりも短い一定距離となっている複数の仮想線とが交差
する位置である子格子点位置における、前記規定時間間
隔よりも短い一定時間刻み毎の気象データを求めるた
め、複数の演算装置を備えた並列計算機により大気現象
を解析する偏微分方程式を演算する際に、地球の表面の
なかに、特定領域及びこの特定領域を内部に含むと共に
特定領域よりも面積が段階的に広がっている複数の拡大
領域を予め設定し、拡大領域内及び特定領域内の親格子
点位置の気象観測データから各拡大領域及び特定領域に
おける初期条件と境界条件とを求め、求めた初期条件と
境界条件を前記偏微分方程式に取り込んで演算をするこ
とにより子格子点位置の気象データを求める演算を、最
大面積の拡大領域から最小面積の拡大領域において順次
実行した後に、特定領域において実行する気体状況予測
方法であって、演算開始から所定時間先までの演算期間
を、複数の分割演算期間に分割し、各分割演算期間の演
算を前記複数の演算装置に振り分けて同時並行して進め
ることを特徴とする。この場合、各分割演算期間の演算
を前記複数の演算装置に振り分けて同時並行して進める
際に、拡大領域及び特定領域を更に複数に分割し、分割
した領域の演算を複数の演算装置により振り分けて同時
並行して進めることもできる。
【0053】また本発明の気体状況予測方法は、地球の
表面を南北方向に伸びると共に東西方向の相互の離間距
離が規定距離となっている複数の仮想線と、地球の表面
を東西方向に伸びると共に南北方向の相互の離間距離が
規定距離となっている複数の仮想線とが交差する位置で
ある親格子点位置における規定時間間隔毎の気象観測デ
ータから、地球の表面を南北方向に伸びると共に東西方
向の相互の離間距離が前記規定距離よりも短い一定距離
となっている複数の仮想線と、地球の表面を東西方向に
伸びると共に南北方向の相互の離間距離が前記規定距離
よりも短い一定距離となっている複数の仮想線とが交差
する位置である子格子点位置における、前記規定時間間
隔よりも短い一定時間刻み毎の気象データを求めるた
め、複数の演算装置を備えた並列計算機により大気現象
を解析する偏微分方程式を演算する際に、地球の表面の
なかに、特定領域及びこの特定領域を内部に含むと共に
特定領域よりも面積が段階的に広がっている複数の拡大
領域を予め設定し、拡大領域内及び特定領域内の親格子
点位置の気象観測データから各拡大領域及び特定領域に
おける初期条件と境界条件とを求め、求めた初期条件と
境界条件を前記偏微分方程式に取り込んで演算をするこ
とにより子格子点位置の気象データを求める演算を、最
大面積の拡大領域から最小面積の拡大領域において順次
実行した後に、特定領域において実行する気体状況予測
方法であって、最大面積の拡大領域の演算においては、
演算開始から所定時間先までの演算期間を通して演算を
進め、最大面積より小さい面積の拡大領域及び特定領域
の演算においては、演算開始から所定時間先までの演算
期間を、複数の分割演算期間に分割し、各分割演算期間
の演算を前記複数の演算装置に振り分けて同時並行して
進めることを特徴とする。この場合、最大面積の拡大領
域の演算において、演算開始から所定時間先までの演算
期間を通して演算を進める際に、この拡大領域を更に複
数に分割し、分割した領域の演算を複数の演算装置によ
り振り分けて同時並行して進め、また最大面積より小さ
い面積の拡大領域及び特定領域の演算において、各分割
演算期間の演算を前記複数の演算装置に振り分けて同時
並行して進める際に、最大面積より小さい面積の拡大領
域及び特定領域を更に複数に分割し、分割した領域の演
算を複数の演算装置により振り分けて同時並行して進め
ることもできる。
【0054】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。
【0055】<第1の実施の形態>第1の実施の形態で
は、気象観測データ(例えば気象GPVデータ)から、
子格子点位置の気象データを求めるため、大気現象を解
析する偏微分方程式であるRAMSコードで示されてい
る風速場解析の基本方程式(前述した(1)〜(6)の
式)を、複数の演算装置を備えた並列計算機により演算
する場合において、演算期間を分割し、分割した各分割
演算期間の演算を複数の演算装置により振り分けて同時
並行して進めるものである。
【0056】図1に示すように、並列計算機11には4
台の演算装置(CPU)♯1〜♯4が備えられている。
計算領域には、相互の離間距離が2Kmとなっている親
格子点位置と、相互の離間距離が50mとなっている子
格子点位置が設定されている。また、ここでは、演算開
始時点から12時間先までの演算期間(t=0〜12時
間先)において、10分間隔毎(一定時間刻み毎)の子
格子点位置の気象データを演算する。
【0057】この並列計算機11では、気象GPVデー
タを時間内挿補間演算と空間内挿補間演算をすることに
より、計算領域の境界条件を求める。また、気象GPV
データを時間内挿補間演算と空間内挿補間演算をするこ
とにより、演算開始時点,演算開始から3時間先、演算
開始から6時間先、演算開始から9時間先の各時点にお
ける初期条件を求める。ここでの境界条件,初期条件の
演算手法は、従来技術で示したものと同様である。
【0058】更に演算期間(12時間)を、4分割す
る。そして、RAMSコードで示されている風速場解析
の基本方程式(前述した(1)〜(6)の式)の演算
を、4台のCPU♯1〜♯4により行う演算期間を、下
記〜のように振り分け、4台のCPU♯1〜♯4の
演算を同時並行して行なう。 演算開始時点から3時間先までの第1の分割演算期間
における演算は、第1のCPU♯1で行い、第1の演算
期間における10分時間刻み毎の各子格子点位置の気象
データを求める。 演算開始時点から3時間先の時点と、演算開始時点か
ら6時間先の時点との間の第2の分割演算期間における
演算は、第2のCPU♯2で行い、第2の演算期間にお
ける10分時間刻み毎の各子格子点位置の気象データを
求める。 演算開始時点から6時間先の時点と、演算開始時点か
ら9時間先の時点との間の第3の分割演算期間における
演算は、第3のCPU♯3で行い、第3の演算期間にお
ける10分時間刻み毎の各子格子点位置の気象データを
求める。 演算開始時点から9時間先の時点と、演算開始時点か
ら12時間先の時点との間の第4の分割演算期間におけ
る演算は、第4のCPU♯4で行い、第4の演算期間に
おける10分時間刻み毎の各子格子点位置の気象データ
を求める。
【0059】即ち、CPU♯1には、演算開始時点の初
期条件と、演算開始時点から3時間先までの第1の分割
演算期間における10分時間刻み毎の境界条件が入力さ
れる。そして、大気現象を解析する偏微分方程式である
RAMSコードで示されている風速場解析の基本方程式
が、差分解演算され、変数(vi)を差分解(つまり、
10分時間刻み毎の各子格子点位置の気象データ)とし
て出力する。
【0060】同様に、CPU♯2,♯3,♯4には、そ
れぞれ演算開始から3時間先、演算開始から6時間先、
演算開始から9時間先の各時点における初期条件と、第
2〜第4の各分割演算期間における10分時間刻み毎の
境界条件が入力される。そして、大気現象を解析する偏
微分方程式であるRAMSコードで示されている風速場
解析の基本方程式が、差分解演算され、変数(vi)を
差分解(つまり、第2〜第4の各分割演算期間における
10分時間刻み毎の各子格子点位置の気象データ)とし
て出力する。
【0061】そして、各CPU♯1〜♯4により得られ
た気象データを、結合して演算開始時点から12時間先
までの12時間分の演算期間における、10分時間刻み
毎の各子格子点位置の気象データを求めることができ
る。
【0062】このように、演算期間をCPUの設置台数
に応じて4分割し、4分割した各分割演算期間の演算を
複数のCPU♯1〜♯4に振り分けて同時並行して進め
るため、1台のCPUにより演算する時間に比べて、演
算時間を1/4にすることができる。
【0063】勿論、CPUの設置台数を多くして、演算
期間の分割数を多くすればするほど、演算時間が短くな
る。例えばCPUの設置台数をM台とし、演算期間の分
割数をMとして並列演算すれば、演算時間が1/Mとな
る。なお気象観測データとしては、気象GPVデータの
他に、AMEDAS等の他の気象観測データを採用する
こともできる。また、親格子点位置の相互の離間距離
や、子格子点位置の相互の離間距離も、他の値に設定す
ることができる。更に、大気現象を解析する偏微分方程
式としは、RAMSコードで示されている風速場解析の
基本方程式の他に、他の偏微分方程式を採用することも
できる。かかる事情は、他の実施の形態でも同様であ
る。
【0064】<第2の実施の形態>第2の実施の形態
は、第1の実施の形態を発展させたものであり、各CP
U♯1〜♯4の計算に多段ネスティング法を採用したも
のである。そして、気象観測データ(例えば気象GPV
データ)から、多段ネスティング法により設定した各領
域の子格子点位置の気象データを求めるため、大気現象
を解析する偏微分方程式であるRAMSコードで示され
ている風速場解析の基本方程式(前述した(1)〜
(6)の式)を、複数の演算装置を備えた並列計算機に
より演算する場合において、演算時間を分割し、分割し
た各分割演算時間の演算を複数の演算装置により振り分
けて同時並行して進めるものである。
【0065】第2の実施の形態では、図2に示すよう
に、計算領域として、最大の面積となっている拡大領域
である大領域(例えば本州の中央部)R1と、大領域R
1よりも狭い面積となっている拡大面積である中領域
(例えば東京地区)R2と、特定領域である小領域(例
えば東京湾近隣地区)R3を設定する。領域R3は、領
域R2の内部に含まれ、領域R2は領域R1の内部に含
まれるように、面積が段階的に広がっている。
【0066】この第2の実施の形態では、図3に示すよ
うに、並列計算機11には4台の演算装置(CPU)♯
1〜♯4が備えられている。そして、大領域R1には、
離間距離が例えば4Kmの親格子点位置と、離間距離が
例えば800mの子格子点位置を設定し、中領域R2に
は、離間距離が例えば2Kmの親格子点位置と、離間距
離が例えば400mの子格子点位置を設定し、最終的に
緻密な気象データを求める小領域R3には、離間距離が
例えば2Kmの親格子点位置と、離間距離が例えば50
mの子格子点位置を設定している。また、ここでは、演
算開始時点から12時間先までの演算期間(t=0〜1
2時間先)において、10分間隔毎(一定時間刻み毎)
の子格子点位置の気象データを演算する。
【0067】この並列計算機11では、気象GPVデー
タを時間内挿補間演算と空間内挿補間演算をすることに
より、領域R1,R2,R3の境界条件を求める。ま
た、気象GPVデータを時間内挿補間演算と空間内挿補
間演算をすることにより、領域R1,R2,R3におけ
る演算開始時点,演算開始から3時間先、演算開始から
6時間先、演算開始から9時間先の各時点における初期
条件を求める。
【0068】更に演算期間(12時間)を、4分割す
る。そして、多段ネスティング法にて設定した各領域R
1,R2,R3内のデータ演算を、4台のCPU♯1〜
♯4により行う演算期間を、下記〜のように振り分
け、4台のCPU♯1〜♯4の演算を同時並行して行な
う。
【0069】演算開始時点から3時間先までの第1の
分割演算期間における演算は、第1のCPU♯1で行
い、第1の演算期間における大領域R1での10分時間
刻み毎の各子格子点位置の気象データを求めた後に、第
1の演算期間における中領域R2での10分時間刻み毎
の各子格子点位置の気象データを求め、その後に、第1
の演算期間における小領域R2での10分時間刻み毎の
各子格子点位置の気象データを求める。
【0070】演算開始時点から3時間先の時点と、演
算開始時点から6時間先の時点との間の第2の分割演算
期間における演算は、第2のCPU♯2で行い、第2の
演算期間における大領域R1での10分時間刻み毎の各
子格子点位置の気象データを求めた後に、第2の演算期
間における中領域R2での10分時間刻み毎の各子格子
点位置の気象データを求め、その後に、第2の演算期間
における小領域R2での10分時間刻み毎の各子格子点
位置の気象データを求める。
【0071】演算開始時点から6時間先の時点と、演
算開始時点から9時間先の時点との間の第3の分割演算
期間における演算は、第3のCPU♯3で行い、第3の
演算期間における大領域R1での10分時間刻み毎の各
子格子点位置の気象データを求めた後に、第3の演算期
間における中領域R2での10分時間刻み毎の各子格子
点位置の気象データを求め、その後に、第3の演算期間
における小領域R2での10分時間刻み毎の各子格子点
位置の気象データを求める。
【0072】演算開始時点から9時間先の時点と、演
算開始時点から12時間先の時点との間の第4の分割演
算期間における演算は、第4のCPU♯4で行い、第4
の演算期間における大領域R1での10分時間刻み毎の
各子格子点位置の気象データを求めた後に、第4の演算
期間における中領域R2での10分時間刻み毎の各子格
子点位置の気象データを求め、その後に、第4の演算期
間における小領域R2での10分時間刻み毎の各子格子
点位置の気象データを求める。
【0073】即ち、CPU♯1には、各領域R1,R
2,R3における演算開始時点の初期条件と、演算開始
時点から3時間先までの第1の分割演算期間における1
0分時間刻み毎の境界条件が入力される。そして、大領
域R1でのデータ演算をするため、大気現象を解析する
偏微分方程式であるRAMSコードで示されている風速
場解析の基本方程式が、差分解演算され、変数(vi)
を差分解(つまり、10分時間刻み毎の各子格子点位置
の気象データ)として出力、その後に、同様にして、中
領域R2でのデータを差分解演算して、変数(vi)を
差分解(つまり、10分時間刻み毎の各子格子点位置の
気象データ)として出力し、最後に小領域R1でのデー
タを差分解演算して、変数(vi)を差分解(つまり、
10分時間刻み毎の各子格子点位置の気象データ)とし
て出力する。
【0074】同様に、CPU♯2,♯3,♯4には、そ
れぞれ演算開始から3時間先、演算開始から6時間先、
演算開始から9時間先の各時点における初期条件と、第
2〜第4の各分割演算期間における10分時間刻み毎の
境界条件が入力される。そして、領域R1,R2,R3
のデータに対して順次演算をするため、大気現象を解析
する偏微分方程式であるRAMSコードで示されている
風速場解析の基本方程式が、差分解演算され、領域R
1,R2,R3毎に、変数(vi)を差分解(つまり、
第2〜第4の各分割演算期間における10分時間刻み毎
の各子格子点位置の気象データ)として順次出力する。
【0075】そして、各CPU♯1〜♯4により得られ
た気象データを、結合して演算開始時点から12時間先
までの12時間分の演算期間における、10分時間刻み
毎の各子格子点位置の気象データを求めることができ
る。
【0076】このように、多段ネスティング法を採用し
たため、正確な気象データを短時間で得ることができ
る。しかも、演算期間をCPUの設置台数に応じて4分
割し、4分割した各分割演算期間の演算を複数のCPU
♯1〜♯4に振り分けて同時並行して進めるため、演算
時間を更に短縮することができる。
【0077】<第3の実施の形態>第3の実施の形態
は、第2の実施の形態を発展させたものであり、演算期
間を分割し、分割した演算期間において多段ネスティン
グ法を適用した場合において、多段ネスティング法にて
設定した領域R1,R2,R3を更に分割し、分割した
領域の計算を複数のCPUにて同時並行して行うように
したものである。
【0078】この第3の実施の形態における演算手法自
体は、第2の実施の形態と同様であるため、第3の実施
の形態において特徴的な部分のみを説明する。
【0079】図4に示すように、第3の実施の形態で
は、16台のCPUCPU♯1〜♯16を採用してい
る。そして、多段ネスティング法で設定した大領域R1
を領域R1−1,R1−2,R1−3,R1−4に4分
割し、中領域R2を領域R2−1,R2−2,R2−
3,R2−4に4分割し、小領域R3を領域R3−1,
R3−2,R3−3,R3−4に4分割している。
【0080】第1グループのCPU♯1〜♯4は、第1
の分割期間(演算開始時点から3時間先まで)の演算を
担当し、第2グループのCPU♯5〜♯8は、第2の分
割期間(演算開始時点から3時間先の時点から、演算開
始から6時間先までの時点の期間)の演算を担当し、第
3グループのCPU♯9〜♯12は、第3の分割期間
(演算開始時点から6時間先の時点から、演算開始から
9時間先までの時点の期間)の演算を担当し、第4グル
ープのCPU♯13〜♯16は、第4の分割期間(演算
開始時点から9時間先の時点から、演算開始から12時
間先までの時点の期間)の演算を担当する。勿論、第1
〜第4の分割期間の演算は、第1グループ〜第4グルー
プのCPUによって、同時並行して行われる。
【0081】しかも、第1グループのCPU♯1〜♯4
が、第1の分割演算期間において、大領域R1の演算を
するときには、領域R1−1の演算はCPU♯1が行
い、領域R1−2の演算はCPU♯2が行い、領域R1
−3の演算はCPU♯3が行い、領域R1−4の演算は
CPU♯4が行う。このように、CPU♯1〜♯4が同
時並行して演算を行うため、1台のCPUで演算を行う
場合に比べて、演算時間が1/4となる。
【0082】第1グループのCPU♯1〜♯4が、第1
の分割演算期間において、中領域R2の演算をするとき
には、領域R2−1の演算はCPU♯1が行い、領域R
2−2の演算はCPU♯2が行い、領域R2−3の演算
はCPU♯3が行い、領域R2−4の演算はCPU♯4
が行う。このように、CPU♯1〜♯4が同時並行して
演算を行うため、1台のCPUで演算を行う場合に比べ
て、演算時間が1/4となる。
【0083】第1グループのCPU♯1〜♯4が、第1
の分割演算期間において、小領域R3の演算をするとき
には、領域R3−1の演算はCPU♯1が行い、領域R
3−2の演算はCPU♯2が行い、領域R3−3の演算
はCPU♯3が行い、領域R3−4の演算はCPU♯4
が行う。このように、CPU♯1〜♯4が同時並行して
演算を行うため、1台のCPUで演算を行う場合に比べ
て、演算時間が1/4となる。
【0084】同様に、第2〜第4のグループのCPU
も、第2〜第4の各分割期間において、大領域R1,中
領域R2,小領域R3を演算する際に、各領域を空間的
に分割した領域を、4台のCPUにより同時並行して演
算することより、演算時間を1/4に短縮している。
【0085】<第4の実施の形態>第4の実施の形態
は、図5及び図6に示すように、大領域R1を演算する
場合には、第1のCPU♯1により演算期間(0〜12
時間先)の全てを連続して演算を行い、中領域R2,小
領域R3の演算をする場合には、演算期間を分割する。
そして、中領域R2の、第1の分割期間(0〜3時間
先)の演算は第1のCPU♯1にて行い、第2の分割期
間(3〜6時間先)の演算は第2のCPU♯2にて行
い、第3の分割期間(6〜9時間先)の演算は第3のC
PU♯3にて行い、第4の分割期間(9〜12時間先)
の演算は第4のCPU♯1にて行う。これに続いて、小
領域R3の、第1の分割期間(0〜3時間先)の演算は
第1のCPU♯1にて行い、第2の分割期間(3〜6時
間先)の演算は第2のCPU♯2にて行い、第3の分割
期間(6〜9時間先)の演算は第3のCPU♯3にて行
い、第4の分割期間(9〜12時間先)の演算は第4の
CPU♯1にて行う。
【0086】なお、演算手法自体は、第2の実施の形態
と同様であるので、省略する。
【0087】このように、第4の実施の形態では、大領
域R1の全演算期間(0〜12時間先)の演算を第1の
CPU♯1のみで連続して行い、この大領域R1の計算
結果を初期値として、中領域R2,小領域R3の演算
を、時間分割と多段ネスティング法により演算してい
る。このように、大領域R1の全演算期間(0〜12時
間先)の演算を第1のCPU♯1のみで連続して行い、
この大領域R1の計算結果を初期値としているため、中
領域R1,小領域R2にて時間分割して演算をしていて
も、時間の分割時点におけるデータが連続的となり、正
確に気象データの演算を行うことができる。
【0088】<第5の実施の形態>第5の実施の形態
は、第4の実施の形態を発展させたものであり、多段ネ
スティング法にて設定した領域R1,R2,R3を更に
分割し、分割した領域の計算を複数のCPUにて同時並
行して行うようにしたものである。
【0089】図7に示すように、第7の実施の形態で
は、16台のCPUCPU♯1〜♯16を採用してい
る。そして、多段ネスティング法で設定し大領域R1を
領域R1−1,R1−2,R1−3,R1−4に4分割
し、中領域R2を領域R2−1,R2−2,R2−3,
R2−4に4分割し、小領域R3を領域R3−1,R3
−2,R3−3,R3−4に4分割している。
【0090】第1グループのCPU♯1〜♯4は、領域
R1における全演算期間(0〜12時間先)までの演算
と、領域R2,R3における第1の分割期間(演算開始
時点から3時間先まで)の演算を担当し、第2グループ
のCPU♯5〜♯8は、領域R2,R3における第2の
分割期間(演算開始時点から3時間先の時点から、演算
開始から6時間先までの時点の期間)の演算を担当し、
第3グループのCPU♯9〜♯12は、領域R2,R3
における第3の分割期間(演算開始時点から6時間先の
時点から、演算開始から9時間先までの時点の期間)の
演算を担当し、第4グループのCPU♯13〜♯16
は、領域R2,R3における第4の分割期間(演算開始
時点から9時間先の時点から、演算開始から12時間先
までの時点の期間)の演算を担当する。勿論、領域R1
の演算が終了した後は、領域R2,R3の第1〜第4の
分割期間の演算は、第1グループ〜第4グループのCP
Uによって、同時並行して行われる。
【0091】しかも、第1グループのCPU♯1〜♯4
が、全演算期間(0〜12時間先)において、大領域R
1の演算をするときには、領域R1−1の演算はCPU
♯1が行い、領域R1−2の演算はCPU♯2が行い、
領域R1−3の演算はCPU♯3が行い、領域R1−4
の演算はCPU♯4が行う。このように、CPU♯1〜
♯4が同時並行して演算を行うため、1台のCPUで演
算を行う場合に比べて、演算時間が1/4となる。
【0092】第1グループのCPU♯1〜♯4が、第1
の分割演算期間において、中領域R2の演算をするとき
には、領域R2−1の演算はCPU♯1が行い、領域R
2−2の演算はCPU♯2が行い、領域R2−3の演算
はCPU♯3が行い、領域R2−4の演算はCPU♯4
が行う。このように、CPU♯1〜♯4が同時並行して
演算を行うため、1台のCPUで演算を行う場合に比べ
て、演算時間が1/4となる。
【0093】第1グループのCPU♯1〜♯4が、第1
の分割演算期間において、小領域R3の演算をするとき
には、領域R3−1の演算はCPU♯1が行い、領域R
3−2の演算はCPU♯2が行い、領域R3−3の演算
はCPU♯3が行い、領域R3−4の演算はCPU♯4
が行う。このように、CPU♯1〜♯4が同時並行して
演算を行うため、1台のCPUで演算を行う場合に比べ
て、演算時間が1/4となる。
【0094】同様に、第2〜第4のグループのCPU
も、第2〜第4の各分割期間において中領域R2,小領
域R3を演算する際に、各領域を空間的に分割した領域
を、4台のCPUにより同時並行して演算することよ
り、演算時間が1/4になる。
【0095】
【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように、本発明の気体状況予測方法では、地球の表面を
南北方向に伸びると共に東西方向の相互の離間距離が規
定距離となっている複数の仮想線と、地球の表面を東西
方向に伸びると共に南北方向の相互の離間距離が規定距
離となっている複数の仮想線とが交差する位置である親
格子点位置における規定時間間隔毎の気象観測データか
ら、地球の表面を南北方向に伸びると共に東西方向の相
互の離間距離が前記規定距離よりも短い一定距離となっ
ている複数の仮想線と、地球の表面を東西方向に伸びる
と共に南北方向の相互の離間距離が前記規定距離よりも
短い一定距離となっている複数の仮想線とが交差する位
置である子格子点位置における、前記規定時間間隔より
も短い一定時間刻み毎の気象データを求めるため、複数
の演算装置を備えた並列計算機により大気現象を解析す
る偏微分方程式を演算する際に、地球の表面のなかで予
め設定した特定領域内の親格子点位置の気象観測データ
から初期条件と境界条件とを求め、求めた初期条件と境
界条件を前記偏微分方程式に取り込んで演算をすること
により、特定領域内の子格子点位置の気象データを求め
る気体状況予測方法であって、演算開始から所定時間先
までの演算期間を、複数の分割演算期間に分割し、各分
割演算期間の演算を前記複数の演算装置に振り分けて同
時並行して進めるようにした。このため、演算時間は、
演算期間の分割数に応じて、即ち分割数に反比例して減
少させることができる。このため、並列計算機の演算装
置の設置台数を多くすればするほど、演算時間の短縮が
できる。
【0096】また本発明の気体状況予測方法は、地球の
表面を南北方向に伸びると共に東西方向の相互の離間距
離が規定距離となっている複数の仮想線と、地球の表面
を東西方向に伸びると共に南北方向の相互の離間距離が
規定距離となっている複数の仮想線とが交差する位置で
ある親格子点位置における規定時間間隔毎の気象観測デ
ータから、地球の表面を南北方向に伸びると共に東西方
向の相互の離間距離が前記規定距離よりも短い一定距離
となっている複数の仮想線と、地球の表面を東西方向に
伸びると共に南北方向の相互の離間距離が前記規定距離
よりも短い一定距離となっている複数の仮想線とが交差
する位置である子格子点位置における、前記規定時間間
隔よりも短い一定時間刻み毎の気象データを求めるた
め、複数の演算装置を備えた並列計算機により大気現象
を解析する偏微分方程式を演算する際に、地球の表面の
なかに、特定領域及びこの特定領域を内部に含むと共に
特定領域よりも面積が段階的に広がっている複数の拡大
領域を予め設定し、拡大領域内及び特定領域内の親格子
点位置の気象観測データから各拡大領域及び特定領域に
おける初期条件と境界条件とを求め、求めた初期条件と
境界条件を前記偏微分方程式に取り込んで演算をするこ
とにより子格子点位置の気象データを求める演算を、最
大面積の拡大領域から最小面積の拡大領域において順次
実行した後に、特定領域において実行する気体状況予測
方法であって、演算開始から所定時間先までの演算期間
を、複数の分割演算期間に分割し、各分割演算期間の演
算を前記複数の演算装置に振り分けて同時並行して進め
るようにした。このように、いわゆる多段ネスティング
法を採用しつつ、演算期間を分割し、分割演算期間を複
数の演算装置により同時並行して演算するため、演算時
間は、演算期間の分割数に応じて、即ち、分割数に反比
例して減少させることができると共に、正確な演算がで
きる。このため、並列計算機の演算装置の設置台数を多
くすればするほど、演算時間の短縮ができると共に演算
精度が向上する。
【0097】この場合、各分割演算期間の演算を前記複
数の演算装置に振り分けて同時並行して進める際に、拡
大領域及び特定領域を更に複数に分割し、分割した領域
の演算を複数の演算装置により振り分けて同時並行して
進めることもできる。このようにすることにより、更な
る演算時間の短縮化が実現できる。
【0098】また本発明の気体状況予測方法は、地球の
表面を南北方向に伸びると共に東西方向の相互の離間距
離が規定距離となっている複数の仮想線と、地球の表面
を東西方向に伸びると共に南北方向の相互の離間距離が
規定距離となっている複数の仮想線とが交差する位置で
ある親格子点位置における規定時間間隔毎の気象観測デ
ータから、地球の表面を南北方向に伸びると共に東西方
向の相互の離間距離が前記規定距離よりも短い一定距離
となっている複数の仮想線と、地球の表面を東西方向に
伸びると共に南北方向の相互の離間距離が前記規定距離
よりも短い一定距離となっている複数の仮想線とが交差
する位置である子格子点位置における、前記規定時間間
隔よりも短い一定時間刻み毎の気象データを求めるた
め、複数の演算装置を備えた並列計算機により大気現象
を解析する偏微分方程式を演算する際に、地球の表面の
なかに、特定領域及びこの特定領域を内部に含むと共に
特定領域よりも面積が段階的に広がっている複数の拡大
領域を予め設定し、拡大領域内及び特定領域内の親格子
点位置の気象観測データから各拡大領域及び特定領域に
おける初期条件と境界条件とを求め、求めた初期条件と
境界条件を前記偏微分方程式に取り込んで演算をするこ
とにより子格子点位置の気象データを求める演算を、最
大面積の拡大領域から最小面積の拡大領域において順次
実行した後に、特定領域において実行する気体状況予測
方法であって、最大面積の拡大領域の演算においては、
演算開始から所定時間先までの演算期間を通して演算を
進め、最大面積より小さい面積の拡大領域及び特定領域
の演算においては、演算開始から所定時間先までの演算
期間を、複数の分割演算期間に分割し、各分割演算期間
の演算を前記複数の演算装置に振り分けて同時並行して
進めるようにした。このため、分割演算期間の分割時点
におけるデータが連続となり、正確に気象データの演算
ができる。
【0099】この場合、最大面積の拡大領域の演算にお
いて、演算開始から所定時間先までの演算期間を通して
演算を進める際に、この拡大領域を更に複数に分割し、
分割した領域の演算を複数の演算装置により振り分けて
同時並行して進め、また最大面積より小さい面積の拡大
領域及び特定領域の演算において、各分割演算期間の演
算を前記複数の演算装置に振り分けて同時並行して進め
る際に、最大面積より小さい面積の拡大領域及び特定領
域を更に複数に分割し、分割した領域の演算を複数の演
算装置により振り分けて同時並行して進めることもでき
る。このようにすることにより、分割演算期間の分割時
点におけるデータが連続となり、正確に気象データの演
算ができ、更に、演算時間の短縮化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を実現する並列計算
機を示すシステム構成図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態における領域を示す
説明図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態を実現する並列計算
機を示すシステム構成図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態における演算手法を
示す説明図である。
【図5】本発明の第4の実施の形態を実現する並列計算
機を示すシステム構成図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態における演算手法を
示す説明図である。
【図7】本発明の第5の実施の形態における演算手法を
示す説明図である。
【図8】小領域における親格子点位置及び子格子点位置
の配列状態を示す説明図である。
【図9】気象データの配信と演算との時間関係を示す説
明図である。
【図10】従来の演算手法を実現す計算機を示すシステ
ム構成図である。
【図11】大領域,中領域,小領域を示す説明図であ
る。
【図12】大領域における親格子点位置及び子格子点位
置の配列状態を示す説明図である。
【図13】中領域における親格子点位置及び子格子点位
置の配列状態を示す説明図である。
【図14】多段ネスティング法において領域分割して演
算する手法を示す説明図である。
【符号の説明】
11 並列計算機 R1,A1 大領域 R2,A2 中領域 R3,A3 小領域

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地球の表面を南北方向に伸びると共に東
    西方向の相互の離間距離が規定距離となっている複数の
    仮想線と、地球の表面を東西方向に伸びると共に南北方
    向の相互の離間距離が規定距離となっている複数の仮想
    線とが交差する位置である親格子点位置における規定時
    間間隔毎の気象観測データから、 地球の表面を南北方向に伸びると共に東西方向の相互の
    離間距離が前記規定距離よりも短い一定距離となってい
    る複数の仮想線と、地球の表面を東西方向に伸びると共
    に南北方向の相互の離間距離が前記規定距離よりも短い
    一定距離となっている複数の仮想線とが交差する位置で
    ある子格子点位置における、前記規定時間間隔よりも短
    い一定時間刻み毎の気象データを求めるため、 複数の演算装置を備えた並列計算機により大気現象を解
    析する偏微分方程式を演算する際に、地球の表面のなか
    で予め設定した特定領域内の親格子点位置の気象観測デ
    ータから初期条件と境界条件とを求め、求めた初期条件
    と境界条件を前記偏微分方程式に取り込んで演算をする
    ことにより、特定領域内の子格子点位置の気象データを
    求める気体状況予測方法であって、 演算開始から所定時間先までの演算期間を、複数の分割
    演算期間に分割し、各分割演算期間の演算を前記複数の
    演算装置に振り分けて同時並行して進めることを特徴と
    する気体状況予測方法。
  2. 【請求項2】 地球の表面を南北方向に伸びると共に東
    西方向の相互の離間距離が規定距離となっている複数の
    仮想線と、地球の表面を東西方向に伸びると共に南北方
    向の相互の離間距離が規定距離となっている複数の仮想
    線とが交差する位置である親格子点位置における規定時
    間間隔毎の気象観測データから、 地球の表面を南北方向に伸びると共に東西方向の相互の
    離間距離が前記規定距離よりも短い一定距離となってい
    る複数の仮想線と、地球の表面を東西方向に伸びると共
    に南北方向の相互の離間距離が前記規定距離よりも短い
    一定距離となっている複数の仮想線とが交差する位置で
    ある子格子点位置における、前記規定時間間隔よりも短
    い一定時間刻み毎の気象データを求めるため、 複数の演算装置を備えた並列計算機により大気現象を解
    析する偏微分方程式を演算する際に、地球の表面のなか
    に、特定領域及びこの特定領域を内部に含むと共に特定
    領域よりも面積が段階的に広がっている複数の拡大領域
    を予め設定し、拡大領域内及び特定領域内の親格子点位
    置の気象観測データから各拡大領域及び特定領域におけ
    る初期条件と境界条件とを求め、 求めた初期条件と境界条件を前記偏微分方程式に取り込
    んで演算をすることにより子格子点位置の気象データを
    求める演算を、最大面積の拡大領域から最小面積の拡大
    領域において順次実行した後に、特定領域において実行
    する気体状況予測方法であって、 演算開始から所定時間先までの演算期間を、複数の分割
    演算期間に分割し、各分割演算期間の演算を前記複数の
    演算装置に振り分けて同時並行して進めることを特徴と
    する気体状況予測方法。
  3. 【請求項3】 請求項2において、各分割演算期間の演
    算を前記複数の演算装置に振り分けて同時並行して進め
    る際に、拡大領域及び特定領域を更に複数に分割し、分
    割した領域の演算を複数の演算装置により振り分けて同
    時並行して進めることを特徴とする気体状況予測方法。
  4. 【請求項4】 地球の表面を南北方向に伸びると共に東
    西方向の相互の離間距離が規定距離となっている複数の
    仮想線と、地球の表面を東西方向に伸びると共に南北方
    向の相互の離間距離が規定距離となっている複数の仮想
    線とが交差する位置である親格子点位置における規定時
    間間隔毎の気象観測データから、 地球の表面を南北方向に伸びると共に東西方向の相互の
    離間距離が前記規定距離よりも短い一定距離となってい
    る複数の仮想線と、地球の表面を東西方向に伸びると共
    に南北方向の相互の離間距離が前記規定距離よりも短い
    一定距離となっている複数の仮想線とが交差する位置で
    ある子格子点位置における、前記規定時間間隔よりも短
    い一定時間刻み毎の気象データを求めるため、 複数の演算装置を備えた並列計算機により大気現象を解
    析する偏微分方程式を演算する際に、地球の表面のなか
    に、特定領域及びこの特定領域を内部に含むと共に特定
    領域よりも面積が段階的に広がっている複数の拡大領域
    を予め設定し、拡大領域内及び特定領域内の親格子点位
    置の気象観測データから各拡大領域及び特定領域におけ
    る初期条件と境界条件とを求め、 求めた初期条件と境界条件を前記偏微分方程式に取り込
    んで演算をすることにより子格子点位置の気象データを
    求める演算を、最大面積の拡大領域から最小面積の拡大
    領域において順次実行した後に、特定領域において実行
    する気体状況予測方法であって、 最大面積の拡大領域の演算においては、演算開始から所
    定時間先までの演算期間を通して演算を進め、 最大面積より小さい面積の拡大領域及び特定領域の演算
    においては、演算開始から所定時間先までの演算期間
    を、複数の分割演算期間に分割し、各分割演算期間の演
    算を前記複数の演算装置に振り分けて同時並行して進め
    ることを特徴とする気体状況予測方法。
  5. 【請求項5】 請求項4において、最大面積の拡大領域
    の演算において、演算開始から所定時間先までの演算期
    間を通して演算を進める際に、この拡大領域を更に複数
    に分割し、分割した領域の演算を複数の演算装置により
    振り分けて同時並行して進め、 また最大面積より小さい面積の拡大領域及び特定領域の
    演算において、各分割演算期間の演算を前記複数の演算
    装置に振り分けて同時並行して進める際に、最大面積よ
    り小さい面積の拡大領域及び特定領域を更に複数に分割
    し、分割した領域の演算を複数の演算装置により振り分
    けて同時並行して進めることを特徴とする気体状況予測
    方法。
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