FPGAによる混合精度浮動小数点演算を用いた数値気象モデルの実証研究

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本研究課題の要諦は、『ユーザー側で制御可能な演算加速装置』といえるFPGAを用いて、データが肥大化しがちな数値気象モデルの演算をより効率的に行うことである。前年度では2次元浅水波モデルに実装していた演算精度エミュレータを、数値気象モデルを作成するための気象基盤ライブラリ『SCALE』に改めて実装し直し、現実的な条件下での気象現象の再現実験を行えるように調整したが、今年度はそれを用いた局所アンサンブル変換カルマンフィルタ（LETKF）によるデータ同化実験をSCALEで実施した。これにより、再現実験によるアンサンブル確率予測手法について、現業の気象予測と同様の評価手法を利用することが可能となる。実験の性能比較においては、気象庁研究ノート201号（2002）のR指数を計算し、条件の異なる複数の実験の性能比較を行った。数値実験は2019年10月15日、22日、29日0UTCの気象状態を初期条件とし、10メンバーの5日積分を行って500hPa面高度におけるジオポテンシャルのばらつきをR指数で評価した。その結果、従来の初期値アンサンブル手法と演算精度エミュレータによる数値誤差アンサンブル手法とを組み合わせたものが最も良い指数を示した。すなわち本研究で実施している数値誤差アンサンブル手法はその手法単体では従来の初期値アンサンブル手法に及ばないものの、それを補完して気象予報の精度向上に寄与する可能性があることを示している。本研究成果については年度後半に開催される理化学研究所の国際シンポジウムでの発表する予定であったが、諸事情により上記の結果についての発表を取りやめ、次年度に延期することとした。その他、コロナ禍による半導体不足により導入が遅れていたFPGAサーバについて、今年度後半に納入が完了、稼働させることができた。FPGAテストプログラムを実行し、問題なく動作することも確認した。