台風は、直径がおよそ1000kmもある巨大な渦です（図1）。この大きな渦の中に小さな雲がたくさんあり、これらが影響しあう中で台風が成長していきます。成長の鍵となるのが、中心の「眼」とその周りを囲むドーナツ状の厚い雲です。この雲の大部分が積乱雲と似た性質をもつ雲でできているといわれています。そこで、宮本さんたちは「積乱雲1個を再現できるまでシミュレーションの解像度を高めれば、台風の渦全体をより正確に表現できる」と考えました。

連続的に動く大気をシミュレーションする場合、空間を格子状に分割します。各格子に温度や風の強さなどの初期値を与え、これらが時間とともにどう変化していくのかを、モデル（「スパコンのことば」参照）とよばれる物理学の方程式系に従って計算します。格子の間隔は狭いほど気象現象を詳細に再現できます。積乱雲は、温かく湿った空気が強い上昇気流に乗って垂直方向に10～15kmも発達した雲で、強い雨を降らせたあと衰えます。「積乱雲1個の広がりは1㎞程度なので、それより狭い水平方向870mの格子間隔で地球全体の大気をシミュレーションすることにしました（図2）」と宮本さん。これまでの最高解像度は3.5㎞でしたが、「京」を利用して、これを大幅に上回るシミュレーションに挑戦しました。

結果は驚くべきものでした。2012年8月25日00時（世界標準時）の気象データを初期値として12時間の変化をシミュレーションした結果は、実際のデータと比較しても、地球全体の大気の流れを精度よく再現しました。しかも、台風15号が発達するようすや、積乱雲の一つひとつまでを再現できたのです（図3）。宮本さんは「実際の台風15号は、バウムクーヘンのように眼が3重になっている珍しいものでしたが、シミュレーションでも2重の眼が確認できました」と語ります。このように、“過保護”台風でも表現されていないレベルの詳細な結果を得ることができました。

しかし、地球全体について870mという高解像度で、1秒ごとの変化をシミュレーションすることは、容易ではありません。宮本さんたちは、「京」の82,944の計算ノードのうち約20,000ノードを使用しました。

「12時間の変化を再現するための『京』での実計算時間は60時間程度ですが、シミュレーション完了までには9ヵ月かかりました」と宮本さん。初期の段階ではデータやプログラムの不備を修正する必要もあり、また、計算途中でデータが消えてしまうリスクを低減するため、12時間を2時間ごとに区切って計算するなど、苦労したそうですが、現在では2日間分の変化のシミュレーションにも成功しています。

さらに、宮本さんたちは、シミュレーションで計算された積乱雲について、詳細な解析もしました。例えば、台風、温帯低気圧、前線などの特徴的な現象（雲擾乱[じょうらん]）に含まれる積乱雲を一定の基準で取り出して比べたところ、温帯低気圧や前線に比べ台風の積乱雲は背が高いなど、雲擾乱の種類によって積乱雲の性質が異なることが明らかになりました（図4）。

また、別の解析から、これまでのシミュレーションでは積乱雲の中の上昇気流が1点のデータで表現されていたのが、今回は複数の点で表現されていることがわかりました。格子間隔が積乱雲より小さく、1個の雲をきちんと捉えているためと考えられました。そこで何通りか格子間隔を変えて調べてみると、約2㎞以下なら複数の点で表現されることがわかりました。積乱雲1個を再現するのに最低限必要な格子間隔は、研究者の間でも関心の高い点でしたが、明確な基準を示すことができました。

このように、「京」によって実現した地球大気全体の詳細なシミュレーションは、これまでとは質を異にするものでした。しかし宮本さんは「台風の眼がどのように形成され保持されるかなど、科学的な問題はまだまだ山積みです。メカニズムの解明にはさらなる知見と詳細な計算が必要なのです」と語ります。例えば、台風の中心部分だけを取り出して“過保護”なシミュレーションを行い、成長の鍵である台風の眼を削るような大気の流動を確認した先行研究などもあります。「我々のチームではこれまでの経験と将来の発展のスピードから、ポスト『京』ではさらに細かな解像度の計算も可能になると期待しています」と宮本さん。さらに高い解像度のシミュレーションによって、新たなブレイクスルーをもたらすことが期待されます。