IPSLにおける標準インタフェースの取り決め

　この文書は， IPSL モデルにおける一般的インタフェース(Polcher et al. 1998)を記述するものです．

　ORCHIDEEで用いられたドライバプログラム（ dim2_driver.f90, readdim2.f90, )およびインタフェースルーティン（ intersurf.f90 ）も公開していますので，実装の実態がおわかりになるでしょう．このドライバは現在はALMA対応netCDFファイルを直接読むようになっています．

「ドライバ」はフォーシング（外力）データを読み込み，それをLand Surface Scheme（LSS）用に調整するコードです．一方，「インタフェース」はLSSに関する情報を含み，フォーシングデータをLSSにあわせる役目をします．

おそらくは，LSS本体にこれら二つのプログラムをつける形でプログラムを提供するほうがはるかによいでしょう．こうすると，インタフェースの働きがよりよく理解できるからです．私はこのドライバと組み合わせることができるバケツモデルを持ってはおりませんが，どなたかが手助けしてくれることでしょう．

さて，ドライバプログラムdim2_driver.f90はポイントスケールから全球まで，どんな空間スケールのフォーシングデータをも読むことができます．これはFortran90のallocate命令と，汎用データフォーマットnetCDFの使用により可能となりました．ここで，フォーシングデータに求められる要件は，「netCDFに格納されていること」だけです．ORCHIDEEのWWWサイトに，いくつかのデータセットからこれらのフォーシングデータファイルを作るプログラムを公開しています．また，ISLSCP CDROMとCabauwデータをnetCDFに変換するプログラムも公開しています(訳注：2000年9月段階でバグあり．修正法は後日公開します)．ここ数ヶ月のうちに，新しいデータセットが使用可能となります（訳注：ISLSCP IIのことか？）．もし読者の方で，ご自分のデータセットを同じような形式で配布したい方がいらっしゃれば，ぜひ私たちにコンタクトを取ってください．

基本的な考え方

　インタフェースの開発に当たっては，次のような基本理念に従っています：

• インタフェースは2つのモデル，つまり２つのモデルパーツ(component)を接続するものです：
  1. 大気モデルプログラム・ドライバプログラムはインタフェースを呼び出します．このいずれのコードにおいても，私たちはこの呼び出しをLSSに依存したくはありません．LSS非依存にすることによって，呼び出し側のルーチンを一行も変えることなくLSSを取り替えるようになります．一方，こちらも重要な点ですが，LSSに与えるフォーシングデータを，他の大気モデルの出力あるいは観測データに，LSS自体を全く変えることなく，変更できるのです．
  2. インタフェースは，大気モデルのデータ規約をLSSのデータ規約に変換する作業をすべて行います．これにより，フォーシングデータの構造・アイテムの順番・変数の単位が影響を受ける場合もあります．このサブルーチンでは，一般的な大気フォーシングをLSSに必要な変数に格納します．この変換はLSSに依存しますので，変換部分はLSS自体に付属して配布すべきものであり，またフォーシングデータ形式に依存しないものとします．
• インタフェースは大気のグリッド上で働きます．つまり，地表のサブグリッドバリエーションやその他細かい変動については扱う（トランスファーする）必要はありません．ただしその一方で，大気データが境界層(PBL)のサブグリッド属性を持っている場合，インタフェースはそれら各点のデータを独立して処理しなければなりません．これはインタフェースで処理される（通過する）数々の点はどれも同じ座標系をもち，そしておそらくいくつかの大気フォーシング変数については同じ値を持つということを意味するだけです．(It only means that a number of data points passed through the interface will have the same physical coordinates and perhaps the same value for some atmospheric forcing variables.)
• LSSおよびドライバで用いられるデータフォーマットは，GDT規約に従ったnetCDFファイルです．その例は，たとえば，ORCHIDEEのWWWサイト で見ることができます．

インタフェースに関する現時点での仕様と制約

汎用インタフェースの実装をすることは，LSSならびに大気モデルに対して，データマネジメントに関する何らかの仮定を設けてしまうことに他なりません．この問題を克服するためにはまだまだ作業が必要ですが，しかし私たちだけではなかなか難しいことです．というのは，私たちは他の大気モデルやLSSがどのようにしてデータを取り扱っているかという知識がないためです．ですから，もし読者の方がこのインタフェースを実装することに困難を感じていたら，ぜひ私たちにコンタクトをとってください．私たちはインタフェースを改良する方策を探ります．

さて，インタフェースならびにドライバの，すべての入出力にかかわる部分はパブリックドメインのパッケージである IOIPSL（IPSLで開発されています）により行われています．このパッケージはIPSLの全てのモデルで使用されています．もし読者の方が，私たちが開発したデータハンドリング技法に興味をお持ちなら，ぜひIOIPSLをダウンロードしてください(訳者注：2000年8月の段階では，ダウンロードにはCVSのインストールが必要です)．

• インタフェース呼び出しには，シングルコールのみを採用しました．初めてインタフェースがcallされたときは，インタフェース自身並びにLSSの初期化のみをおこない，計算自体はいっさいおこないません．こうすると，最初の(ステップでの)大気の計算に必要なLSS変数（たとえばアルビードや地表粗度）をLSS変数から取り出すことが可能となります(This allows to retrieve from the LSS variables which are needed for the first calculation of the atmosphere (Albedo or surface roughness for instance).
• LSSから診断用変数(diagnostic varables)を出力するのはLSS自身に任されています．こうすると，インタフェースはdiagnosticsを一切ハンドリングする必要がなく，構造が簡単になります．現時点では，この作業はIOIPSLのHISTモジュールで行われ，結果としてnetCDFファイルが生成されます．
• リスタートファイルに書かれる必要のある予知変数(prognostic variables)はLSS内で処理され，外部では扱われません．つまり，各LSSは固有のリスタートファイルおよびリスタート機構をもちます．これにより，すべての予知変数について扱う必要が全くなくなるので，インタフェースが大幅に簡略化されます．これらの予知変数は，極めてモデル依存性が強く，数々のLSSならびに大気モデルを統合する汎用インタフェースを構築するのはおそらく徒労に終わるでしょう．なお，AGCM,OGCM,LSSを別々かつ独立に扱うフレキシブルなリスタート機構は，確かにtrivialなものではありませんが，しかし読者の皆さんがアイデアを得たいときには，IOIPSLでどのようにしてそれがマネジメントされているかご覧になるといいでしょう．
• 正負規約は歴史的経緯を負っています．つまり論理的に定められているのではありません．これを議論し，標準を策定することはよいことでしょう．
• Fortran90インタフェースのおかげで，地表面インタフェースを2次元場を用いてもベクトルを用いてもcallすることができます．ただし，データは長方形グリッド上におかねばならないという制約はまだ存在しています．これは早いうちに改善しなければならない問題です．というのは全ての大気モデルがこのようなグリッドを用いているわけではないからです．
• ここでは，インタフェースを使用してデータをやり取りする二つのコンポーネント間においてuniversal constantsが一貫したものであるかということを確認する作業は一切行っていません(No attempt has been made here to ensure that universal constants are consistent on either side of the interface.)．これは蒸発潜熱については本質的に重要なことがらです．というのは，大気モデル並びにLSSにおいて同じ値が用いられるからです．
• 地形については，まだLSSに渡されるようになっていません．このデータは将来，地表粗度計算や雪もモデリングに必要になるでしょう．
• また，インタフェースは炭素フラックスを扱っていません．これについては多少の作業が必要でしょうが，しかしインタフェース自体にはあまり大きな影響はないでしょう．というのは現在インタフェースが扱っている水フラックスと全く同様の方式で炭素フラックスを扱うことができるからです．

インタフェースサブルーチン

以下に，ドライバプログラムdim2_driver.f90からインタフェースサブルーチンを呼ぶ方法および渡される変数を紹介します．これはPILPSやGSWPといった実験で用いられたドライバと同様の形式です．変数のサイズのみが変わっています．

    CALL intersurf_main &
         & (istp,  iim, jjm, nbindex,  kindex, &
         & dt,  first_call, last_call, coupling,  lon, lat,  date0, &
    ! first level conditions
         & zlev_vec, zlflu_vec, for_u, for_v, &
         & for_qair, for_tair, for_eair, for_ccanopy, &
    ! Variables for the implicit coupling
         &  for_cdrag,  petAcoef, peqAcoef, petBcoef, peqBcoef, &
    ! Rain, snow, radiation and surface pressure
         &  for_rain, for_snowf, &
         &  for_lwdown, for_swnet, for_swdown, for_psurf, &
    ! Output : Fluxes
         &  vevapp, fluxsens, fluxlat, run_off_tot,  &
    ! Surface temperatures and surface properties
         &  tsol_rad,  temp_sol_NEW, albedo, emis,  z0)

時間(input)

データのサイズ(input)

The list of land points (input)

LSSのlogical control(input)

グリッドの地理的分布 (input)

垂直方向のグリッド (input)

境界層からのフォーシングデータ (input)

地表抵抗Surface drag (input/output)

地表と境界層(PBL)の結合 (input)

降雨ならびに降雪 (input)

LSSの入力となる放射 (input)

地表気圧 (input)

LSSが計算したフラックス (output)

地表面からの放射特性 (output)

その他の地表面状態 (output)

原文：Last modified: Thu Sep 21 13:50:26 CEST 2000