CMIP3データ概論
2009年7月14日、 DIAS (データ統合解析システム) のドキュメント・メタデータツールに関する会合で増田が説明したときに使った資料を、少し再構成したものです。
今後、CMIP3データについてわかったことを補足していく予定です。他方では、これを参考にして、CMIP5のデータの説明を書く予定です。
概略
名称
世界気候研究計画(World Climate Research Program)の 第3次結合モデル比較実験 (the 3rd phase of Coupled Model Intercomparison Project)。 しかし「IPCCの第4次報告書(AR4)のための実験」という表現のほうがよく使われる。 なお、次のAR5のための実験は、4をとばしてCMIP5と呼ばれることになった。
ウェブサイト
http://www-pcmdi.llnl.gov/ipcc/about_ipcc.php
( 2009年9月、http://cmip-pcmdi.llnl.govのウェブサイトができたが、そこから「CMIP3 home」を選択すると上記のページへ行く。)
文献
- Meehl G.A., Covey C., Delworth T., Latif M., McAveney B., Mitchell J.F.B., Stouffer R. and Taylor K.E., 2007: The WCRP CMIP3 multimodel dataset. Bulletin of American Meteorological Society, 88, 1383 - 1394. (PDF版無料公開。
http://ams.allenpress.com/perlserv/?request=get-abstract&doi=10.1175%2FBAMS-88-9-1383 【[2015-10-14変更] http;//doi.org/10.1175%2FBAMS-88-9-1383】 のアブストラクトからリンクがある。)
- 木本昌秀, 2007: 将来の気候変化に関する予測。 科学, 77 (7月号), 696 - 701. (この号にはほかにも関連記事がある。)
- Solomon S., Qin D., Manning M., Marquis M., Averyt K., Tignor M.M.B., Miller H.L. and Chen, Z. eds., 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Cambridge Univ. Press. IPCC第4次第1部会報告書。 PDF版がhttp://www.ipcc.ch/のサイトにある。
IPCC 4th Assessment Model Output Database (Entry ID: IPCC_AR4_MODEL_OUTPUT)
気候モデル出力データに共通する特徴と CMIP3の場合
- 空間3次元または2次元、時間次元ももつ格子型データ
- 時間が必ずしも現実世界の時間と一致しない。
- グレゴリオ暦のほかに、理想化された暦 (1年が365日、360日など)も使われる。
- 時間軸の原点も西暦紀元と関係づけられない場合もある。(20世紀再現実験、SRESシナリオ実験、AMIP実験は関係づけられるが、その他はつけられない。)
- データ欠損に出会うことは、観測データの場合よりもずっと少ない。
- 変数が定義されないことによる欠損はある。地下にあたる格子点の大気の変数など。
- まとまった欠損はある。シミュレーションの際の書き出し失敗など。
- 空間格子は、モデル作成の都合または分野の慣例による。地理情報としては特殊。
- 水平格子は緯度経度であることが多い。CMIP3ではすべて緯度経度。
- CMIP3では水平格子間隔は統一せず各モデルの解像度を保つ。
- モデルの格子は、経度は等間隔がふつうだが、緯度は等間隔でないことが多い。
- 大気モデルでは、「ガウス緯度」(球面調和関数展開の精度がよい座標値)
- 海洋モデルでは、赤道付近を細かくする。
- 鉛直座標変数は長さ(高さ、深さ)とは限らない。
- 気象分野の慣例では気圧。大気モデルでは気圧を地表面気圧で割ったものなど。
- 鉛直格子間隔は等間隔ではない。
- CMIP3の鉛直格子は比較解析優先、大気は標準気圧面、海洋はLevitusデータの深さ。
- ただし、雲に関する多層データに限って、モデルの層での出力。
- 座標軸上の点に対応する値と区間に対応する値がある。
モデル比較実験プロジェクトであることからくるCMIP3の特徴
- 複数のモデル実験チームからデータが提出される。仕様が厳密には統一されていない。
- 実験設定(Scenario)が(ほぼ)統一されている。
- 「モデル」×「実験設定」の表の形で整理可能。
- 出力変数とその時間間隔が(ほぼ)統一されている。(CMIP3の仕様文書がある。)
- データフォーマットが(ほぼ)統一されている。
netCDF (network common data form)
CF Convention (climate and forecast)
CMIP3のデータ仕様文書
CMOR (Climate Model Output Rewriter)
- CF Conventionに従った形で書き出すためのソフトウェア。CMIP用にPCMDIが提供。
このツールはXML形式メタデータ(ISO19139準拠)とHTML、PDFのドキュメントを作ることができるが、ここではそのHTML出力を示す。ただし、DIAS内のcontact personの個人名を省略してある。また、割りつけを整形したところもある。
ドキュメントツール入力を考えたとき迷うこと
(この部分は、DIASのドキュメントツールを知らない人には説明不充分だが、当面このままにしておく。)
粒度の選択
- CMIP3全体ならば情報はある (ウェブサイト、文献、GCMD)。
- 各ファイルならば情報はCF Conventionで書きこまれている。
- 同一モデルでは共通の要素、モデル、シナリオ、ランを限定すれば共通の要素を多く含む。
- CMIP3全体に関する情報は各ファイルにはない。
CMIP3全体について入力することを想定して、疑問あるいは暫定的判断
- Identificationおよびcontactにだれを書くか? Dataset CreatorはPCMDIの代表者か?
- 各ファイルにある情報は各モデルチームのcontact person
- Date of Datasetは判断むずかしい。各ファイルならばフォーマット変換日付がある。
- Topic Category: GCMDにならってclimatology/meteorology/atmosphereとoceansとしたい。
- Temporal extent: 1850-2300年でよいか? 理想化した時間軸の実験が表現しきれない。
- Grid : 概括的説明を文章で書けるが、数値の欄を埋める形では書けない。
- 各ファイルならば数値を書けるがドキュメントツールのわくにおさまらない場合がある。
- モデルや分野慣例の座標変数の説明も必要。
- Dataset Keywords: 変数名はGCMDに大まかに対応するものがあるが全部は書ききれない。
- GCMDのProjectsをあげるならば、WCRPとIPCCをあげることができる。
- Data Environmental Information: データ総量は調べられそうだが、ほかに何を書くか?
- Data Processing: CMIP3全体の流れを書く。各ファイルの処理経過とはギャップがある。
- Use Constraints
CMIP3データの基本構成: モデルと実験設定の表
http://www-pcmdi.llnl.gov/ipcc/data_status_tables.htm
PCMDIによるCMIP3データ(「IPCC」の部分)の存在目録の図示 (Meehlほか2007の図1aもほぼ同じ)
縦:モデル(model)、横:実験(scenario)。
各升目の中が、データの時間間隔(frequency)とモデルの部分領域(submodel)によって細分されている。
CMIP3データの部分を示す用語は必ずしも統一されていない。ここでかっこ内に示した用語model, scenario, frequency, submodelは、次に述べるFTPサイトの説明に合わせた。 (その後のプロジェクトであるCMIP5では事前に用語が決められている。CMIP5 データの部分の呼びかた・CMIP3との対比のページ参照。)
CMIP3データのディレクトリ構成(FTPサイトの場合)
ここで示すのは、PCMDIのFTPサイトのディレクトリ構成である。https://esg.llnl.gov:8443/about/ftp.doによる。
/project/scenario/submodel/frequency/variable/model/run
実際のファイル名の例 /ipcc/sresa1b/atm/mo/rsds/miroc3_2_medres/run1/rsds_A1.nc
- project: モデル比較プロジェクト 例 ipcc (CMIP3の主要部分はこの名前で記録されている)
- scenario: シナリオ・実験設定 例 sresa1b (SRES A1Bシナリオ)
- submodel: モデルの部分(圏) 例 atm (大気)
- frequency: データの時間間隔 例 mo (月ごと)
- variable: 変数 例 rsds (地表での下向き短波放射フラックス)
- model: モデル 例 miroc3_2_medres (MIROC 3.2 中解像度版)
- run: ラン (同一実験設定の多重実行) 例 run1 (1つめのラン)
個々のファイル 例 rsds_A1.nc (rsdsは変数名、 A1はCMIP3の変数表の名前(シナリオ名ではない)、ncはNetCDFであることを示す拡張子)
このディレクトリ構成は、利用者が同じシナリオ・同じ部分(圏)・同じ時間間隔・同じいくつかの変数の多数のモデルのデータを使うことが多いと想定して、それに便利なように考えられたようだ。
上位4階層の内わけ
- project: モデル比較プロジェクト
- scenario: シナリオ・実験設定
- submodel: モデルの部分(圏)
- frequency: データの時間間隔
項目間の関係の補足説明
- モデル比較プロジェクトの基本構造は、上に述べたscenario×modelの表と考えるのがよい。
- Scenario×modelの組(表のます目)は、submodelとfrequencyとで分類された多数のvariableを含む。
- (各variableはひとつのsubmodelに属する。)
- (各variableは複数のfrequencyに含まれることがある。)
- Scenario×modelの組の内容は、原則として、複数のrunからなるアンサンブル実験である。Run間の結果のばらつきを用いてシミュレーションの不確かさを評価することが意図されている。
- (同じscenario×modelの組のうちでは、run番号が同じものどうしの対応には意味がある。Scenario×modelの組が違えば、run番号の対応は意味を持たない。)
- モデルが違えば、原則として、モデル計算を実行した研究チームも違う。ただし、同じチームが旧版と新版、空間解像度の違う版などを別のモデルとして提出することもある。
実験設定の説明
http://data1.gfdl.noaa.gov/CM2.X/CM2.0/data/cm2.0_data.html#schematic
これはGFDLのCM2.0モデルの場合。 他のモデルの実験も大筋で同様。 (ただし他のモデルでは、+1%/yrの出発点が産業革命前ではなく現在の二酸化炭素濃度でのコントロール実験の場合もある。)
横軸が時間軸(年)、 縦軸が大気中二酸化炭素濃度(ppm)。 二酸化炭素濃度は実験ごとに変えた唯一の条件ではないが、最も重要な条件と言ってよいだろう。
実験名は次のように対応する。
| GFDLの図の凡例 | CMIP3のscenarioディレクトリ名 |
|---|
| +1%/yr to 4x | 1pctto4x |
| +1%/yr to 2x | 1pctto2x |
| 1860 control | picntrl |
| SRES A2 | sresa2 |
| SRES A1B | sresa1b |
| SRES B1 | sresb1 |
| Stabilized @ 2000 | commit |
| Historical | 20c3m |
Earth System GridでのCMIP3データのディレクトリ構成
PCMDIから会話型でデータを取得する場合、 PCMDIにあるEarth System Gridの入り口https://esg.llnl.gov:8443/index.jspから、「Browse Dataset Catalogs」を選択して、データディレクトリを見ていくことができる。 この場合のディレクトリ構成は次の4段階になっていて、FTPサイトとは用語が少し違っている。右側に、FTPサイトのディレクトリ構成で使われている名前を使って説明する(対応づけは増田による)。
- project ... project
- ensemble ... project/model/scenario
- simulation ... project/model/scenario/run
- dataset ... project/model/scenario/run/frequency
- 個々のファイル ... (同じdatasetの中に、多数のvariableのファイルが並ぶ。さらにファイルが時間座標によって細分されていることもある。なお、submodelによる分類はされていない。)
ディレクトリ構成をこのようにした理由はよくわからないが、データを入れていく立場ではこの構成が便利かもしれない。
Project
- id:pcmdi.ipcc4
- description: 4th Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change
- participant: llnl.pcmdi.KarlTaylor (Data Manager)
- reference: IPCC Home
- reference: PCMDI 4AR
- topic (GCMD): EARTH SCIENCE, ATMOSPHERE
- topic (AGU): Atmospheric Composition and Structure, Meteorology and Atmospheric Dynamics, Numerical modeling and data assimilation
- topic (LCC): Metereology and Climatology, Climatology and Weather
Ensembleの例
- id: pcmdi.ipcc4.mri.cgcm2_3_2a.20c3m
- description: Model: mri_cgcm_2_3_2a, Experiment: Climate of the 20th Century experiment (20c3m)
(この例は気象研究所モデルによる20世紀再現実験)
Simulationの例
- id: pcmdi.ipcc4.mri.cgcm2_3_2a.20c3m.run1
- description: Model: mri_cgcm_2_3_2a, Experiment: Climate of the 20th Century experiment (20c3m), Run 1
Datasetの例
- id: pcmdi.ipcc4.mri.cgcm2_3_2a.20c3m.run1.monthly
この下に、たとえば次のようなファイルがある(例の変数cltは全雲量)。
- clt_A1.1851-1900.nc
- clt_A1.1901-2000.nc
Wikiページ作成 2010-10-19, 最新更新2009-11-02
HTMLページ作成 2015-10-14
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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