飛沫拡散予測で活躍中の「富岳」を豪雨予測にも!

写真説明:本格運用が始まったスーパーコンピューター「富岳」(神戸市中央区で)

スパコンとしての実力

理化学研究所のスーパーコンピューター「富岳(ふがく)」の本格運用が2021年3月に始まった。2020年6月と11月、スパコン性能の世界ランキングの主要4部門で世界一を獲得。試運転段階から、新型コロナウイルス感染症の飛沫(ひまつ)拡散予測で注目された。今後は豪雨が降る地域を予測して、避難に結びつけるなどの成果にも期待がかかる。

2020年の九州豪雨を富岳を使って検証すると

「富岳で計算したら、半日前には豪雨になる確率が高いと予測できた」。気象庁気象研究所の川畑拓矢室長はそう語る。2020年7月の九州豪雨では、4日午前6時ごろに熊本県人吉市で球磨(くま)川が氾濫するなど、大きな被害が出た。気象庁はこの豪雨や氾濫を事前に予測できず、結果的に住民らの避難の遅れにつながった。

川畑室長のチームは富岳を使い、氾濫の約12時間前の3日午後6時の気象データから、気温や風、水蒸気量などを様々に設定した1000パターンの降水量を計算した。

西日本各地を2km四方に区切り、12時間後に3時間あたり50mm以上の大雨となる確率が高い(下の図では赤が最も高い)場所を調べたところ、人吉市などが最大90%以上となった。球磨川が過去最大水位を越える確率は約60%で、氾濫も予測可能とわかった。

◆富岳で検証した九州豪雨の確率予測

富岳で検証した九州豪雨の確率予測

 

(画像は川畑室長提供)

従来の予測手法との比較

従来の気象庁の手法は、5km四方に区切って21パターンを計算して予測する。3日午後9時の気象データで9時間後を予測すると、人吉市などに大雨が降る確率は最大でも30%以下となった。富岳の高い計算能力は、予測の精度を一気に向上させるようだ。

◆気象庁の従来手法による九州豪雨の確率予測

気象庁の従来手法による九州豪雨の確率予測

(画像は川畑室長提供)

首都圏の豪雨予測に使えたら

理研の三好建正チームリーダーらは、埼玉県にある気象レーダーの観測データから、首都圏で局地豪雨を予測する研究に取り組む。2020年夏の実験では、筑波大と東京大が運用するスパコンで50パターンを計算し、30分後までの豪雨の予測を30秒ごとに更新した。富岳なら1000パターンを瞬時に計算し、より高精度で詳細な予測をはじき出せる。早めの避難による被害の軽減が期待されている。

◆首都圏の局地豪雨予測

首都圏の局地豪雨予測

説明:スマホアプリ「3D雨雲ウォッチ」で雨雲を3次元で表示(2020年8月、エムティーアイ提供)

京の後継機、使いやすさを追求

スパコン「京(けい)」の後継機である富岳の計算速度は毎秒44・2京回(京は1兆の1万倍)。社会の様々な課題の解決に幅広く利用されるよう、使いやすさを追求して開発された。

試運転中に注目を集めたのは、新型コロナウイルスを含む唾液の飛沫の拡散状況の予測だ。理研チームリーダーの坪倉誠・神戸大教授は「通常、新しい計算機を使う際は調整に数か月かかるが、富岳は既存のソフトウェアをそのまま使えるため、すぐに計算を始められた」と話す。

不織布マスクの鼻の部分の金具を曲げて密着させた場合、飛沫数の85%をマスクがキャッチした。不織布マスクの上にウレタンマスクを重ねた場合は89%で、さほど変わらない。

マスクをせずに会話をしながら歩いている人の後ろは要注意だ。ウイルスが多く含まれる直径10µm以上の飛沫は、静止時はすぐに落下するが、歩行中は長く空中を漂い、2~3m後ろまで届くという。

◆富岳による飛沫拡散予測

(画像はいずれも理研・神戸大提供)

飛沫拡散以外にも

飛沫拡散以外のコロナ関連研究も進む。中でも注目が集まっているのが、新型コロナウイルスの表面にある鎖状の糖分子「糖鎖」の研究だ。理研は2021年2月、富岳による計算で、ウイルスが人間の細胞の中に入り込んで感染する際に、糖鎖が重要な役割を果たすことを発見したと発表した。

糖鎖の動きを制御できる物質を見つければ、新型コロナ感染を防ぐ薬になる可能性がある。

(読売新聞 2021年4月2日掲載 科学医療部・東礼奈)

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