JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)

報告書番号: R16J0090

• 責任者: 古川 欣司(第一宇宙技術部門 GPM/DPRプロジェクトチーム)
• 問い合わせ先: 南 貴博(minami.takahiro@jaxa.jp)
• メンバ: 北山雄一郎,菊地貴典,仁尾友美,小西利幸,金丸佳矢,南貴博,鳥居雅也,山本忠裕,石丸公基,河瀬祥子,大日向大地,伊藤俊,川島康弘
• 利用分類: 宇宙分野(衛星利用)

概要

近年,地球規模の環境変化を把握する必要性について,世界的な関心が高まりつつある.このような問題に対し,人工衛星による宇宙からの観測技術を利用した様々な取り組みが行われている.全球降水観測計画(GPM)は,そのような取り組みのひとつで,アメリカ航空宇宙局(NASA)や国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT)と協力して,全球規模での降水量分布を,高精度,高頻度で観測することを目的とする.全球降水観測計画(GPM)では,二周波降水レーダー(DPR:Dual-frequency Precipitation Radar)とマイクロ波放射計(GMI:GPM Microwave Imager)を搭載した主衛星と,マイクロ波放射計を搭載した複数の副衛星群を連携させることにより,全球の降水量の高精度かつ高頻度観測を実現している.

目的

全球降水観測計画(GPM)は,NASAと共同で実施した熱帯降雨観測衛星(TRMM)による熱帯の降雨量の観測計画の後継ミッションであり,地球規模の環境問題の解明や気象予報精度の向上に資する衛星データの提供を目的とする.特にTRMMでは達成できなかった,あるいは改善が期待された,①観測領域の拡大,②観測頻度の増大,③観測精度の向上 の実現を目指す.

目標

全球降水観測計画(GPM)では,1機の主衛星と8機の副衛星を連携させて,全球規模の降水量分布の観測データを約3時間毎に提供することを目標としている.このような広範囲,高頻度のデータ提供を可能とすることで,天気予報の精度向上,農業や漁業の計画管理,大雨や旱魃等の異常気象の予測や対策の技術の向上に寄与する.

参照URL

「JAXA | 全球降水観測計画/二周波降水レーダ「GPM/DPR」」参照。

スパコンの用途

人工衛星による地球観測のデータ処理は,日々の観測データを処理する'定常処理'と,解析アルゴリズムの改良が行われたときに実施する'再処理'に大きく分けられる.再処理の場合,これまでに蓄積された膨大な観測データ全ての処理をやり直すため,処理に要する時間は観測期間に比例し膨大なものとなる.このような大規模計算'再処理'をスパコンを活用することで計算時間の大幅な短縮,ひいては処理結果(プロダクト)の提供までの期間の早期化を実現している.

スパコンの必要性

筑波に設置されたGPM用処理計算機では,定常処理を優先して実行する必要がある.したがって,空き時間を利用した再処理は,数か月から1年といったかなりの時間を要する.これらの問題を解決するため,JAXA調布航空宇宙センターにあるJSS2(JAXAsupercomputer System2)を利用することにした.試験処理を実施した結果,2.5年分の再処理を数日から十数日で完了させる目処がたった.今後,ますます増大する再処理データの処理を考えるとスパコンの活用は必須となる.

今年度の成果

今年度実施したアルゴリズムの改良(DPR V5)では,校正精度の向上とそれに基づく降水推定アルゴリズムの改良により,DPRによる二周波観測データを用いた降水粒子情報の推定,地上降雪判別を可能とした.改良前後の降水量分布の比較結果を図1,図2に示す.青色の領域が降雪を示すが,ユーラシア大陸から北米大陸にかけて,明確な違いが確認できる.新アルゴリズムによる過去2.5年分の観測データのL1の再処理試験をJSS2を使用したことにより約17時間で完了した.アルゴリズム開発者への,この試験処理プロダクトの提供の早期化により,データ評価や高次プロダクトの改良に十分な時間をかけることができた.改良された高次アルゴリズムを用いて,年度内に引き続き,L2/L3高次処理を実施する計画である.

図1:旧バージョンでのGSMap_GMIによる降水量分布(2015年1月)(旧バージョンでは,ユーラシア大陸～北米大陸の降雪が検出できない)

図2:最新バージョンでのGSMap_GMIによる降水量分布(2015年1月)(最新バージョンでは,降雪が検出できている)

成果の公表

査読付論文

1) 宇宙科学情報解析論文誌(第6号)

査読なし論文

1) 雑誌FUJITSU 11月号

2) 宇宙航空研究開発機構特別資料(JAXA Special Publication)

口頭発表

1) 第48回流体力学講演会/第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム

計算情報

• 並列化手法: 非並列
• プロセス並列手法: 非該当
• スレッド並列手法: 非該当
• プロセス並列数: 30
• プロセスあたりのスレッド数: 30
• 使用ノード数: 30
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 0.0167
• 実行ケース数: 31058

利用量

総仮想利用経費(円): 515,369

内訳

注記: 仮想利用経費=2016年度設備貸付費用の単価を用いて算出した場合の経費

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)