エアロゾルによるグローバル大気環境変動の予測モデルと高速演算手法の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09558069
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 植田 洋匡 京都大学, 防災研究所, 教授 (70026186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北田 敏廣 豊橋技術科学大学, エコロジー工学系, 教授 (40093231) ; 烏谷 隆 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (30150527) ; 辰野 正和 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (70038553) ; 堀口 光章 京都大学, 防災研究所, 助手 (60190253) ; 石川 裕彦 京都大学, 防災研究所, 助教授 (60263159)
• Keywords: 物質輸送モデル / グローバル大気環境 / 黄砂 / エアロゾル / 温室効果気体 / 地球寒冷化 / パラレルプロセッシング / 土壌飛散

Research Abstract

本研究の第1の目的は、大気大循環モデルGCMと対をなすべきグローバル大気環境変動の数値モデル(大気中化の3次元輸送・反応・沈着モデル)を確立することにある。第2の目的は、数値モデルを東アジアに適用して、黄砂と長距離輸送、それによる中和作用を考慮した酸性雨の解明を行うことにある。
本研究では、現有の各素過程の数値モデルを「グローバル大気環境変動モデル」に統合し、さらに「球面座標系」元モデルを構築した。また、エアロゾルのモデルの不確定性はガス状大気微量成分に比べてはるかに大きいことからロゾルのモデルリングに重点を置き、エアロゾルと温室効果気体およびそれらの相互作用を含む総合モデルを確立しこでは、モデルの簡略化は二義的なものとし、むしろ、ベクトル化のほかに、パラレルプロセッシングなどの分散処を実用化して、計算時間の大幅な短縮を図った。
エアロゾルの素過程として、「ソース・シンク」、「反応」、「方射フォーシング」の3つを重点課題とし、室内実験、ータとの比較からモデルの精緻化を図った。「ソース・シンク」のサブモデルとして、黄砂などの土壌粒子の飛散機構ルの精緻化を行った。「反応・粒子成長」のサブモデルとして、硝酸、アンモニア、塩酸など環境酸性化にとって重要性成分について、ガスーエアロゾル平衡モデルを構築し、さらに平衡に達する速度、粒子成長のモデル化を行った。さ「放射フォーシング」のサブモデルとして、雲、降水生成などによる間接的なフォーシングのモデルの精緻化を行った。
この数値モデルを用いたケーススタディとして、東アジア酸性雨の数値予測を行い、黄砂による酸性雨の中和効果量増大に伴うて酸性雨の年々変動が的確に予測できることを示した。

Research Products

• [Publications] Sha W.: "An accurate secone-order approximation factorization method for time-dependent imcompressible Navier-Stokes equation in spherical polar coordinates"J. Compt. Physics. Vol.142. 47-66 (1998)
• [Publications] Ueda H.: "Photochemical formation and stratospheric intrusion in tropospheric oxidants budget in East Asia"Proc of Workshop on Transport of Air pollutants in Asia. 131-140 (1999)
• [Publications] Sha W.: "Numerical study on flow pass of a three-dimensional obstacle under a strong stratification condition"J. Appl. Meteorol.. Vol.37, No.10. 1047-1054 (1998)
• [Publications] 薩摩林 光: "秋季および春季の中部山岳地帯における大気中酸性、酸化性生物の挙動"大気汚染学会誌. Vol.34, No.3. 219-236 (1999)
• [Publications] 植田 洋匡: "大気境界層中の乾性沈着"エアロゾル研究. Vol.14, No.4. 309-316 (1999)