マルチスケール大気放射モデルを用いた全球雲解像放射エネルギー収支の定量化

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03729
• Research Institution: Japan, Meteorological Research Institute
• Principal Investigator: 太田 芳文 気象庁気象研究所, 気象衛星・観測システム研究部, 研究官 (70442697)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石田 春磨 気象庁気象研究所, 気候研究部, 研究官 (90374909) ; 岩渕 弘信 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80358754) ; 櫻井 篤 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (20529614) ; 関口 美保 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 准教授 (00377079)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 気象学 / 大気放射 / 放射エネルギー収支 / モデル化

Outline of Annual Research Achievements

雲を解像する空間スケールでは雲の不均質性と三次元放射伝達の効果が顕著であり、雲・放射相互作用のメカニズムを理解する上で重要性が認識されつつある。本研究課題では、高効率のマルチスケール大気放射モデルを開発し、放射エネルギー収支の観点から雲の三次元放射効果を定量化することを目指している。平成２７年度はモデル中核部分の開発・高度化と、衛星観測データおよび気象再解析データの整備・予備解析に重点を置いた。
（１）明示的一次元放射伝達モデルにアジョイント放射伝達スキームを導入し、高効率の感度解析計算を可能とする基盤モデルの構築を行った。さらに、より汎用的かつ実用的な明示的計算手法への改良のため、特に赤外域での放射伝達における計算効率化に関して調査・検討を行った。加えて、モンテカルロ法における領域分割法（空間並列化法）について文献調査を行い、その特徴と性能を把握した。
（２）明示的解法に基づいた三次元放射伝達モデルとモンテカルロ放射伝達モデルをCubic cloudのシーンに適用し、明示的解法の計算精度を検証した。その結果、明示的解法の計算精度は角度近似に大きく依存するものの、粗い近似（P1近似相当）の計算でも有意な計算結果が得られることがわかった。
（３）衛星観測データを用いた雲の水平不均質性の実態把握のため、CloudSat/CALIPSOによる雲プロダクトを用いて初期解析を行い、雲タイプ別に幾何学的および光学的な不均質性を定量的に求めた。この結果、特に積雲型の境界層雲と巻雲の不均質性を考慮することが重要であることがわかった。また、静止気象衛星ひまわり8号による高頻度観測データを定量的に解析することを目指して、サポートベクターマシンに基づいた雲判別アルゴリズムの活用方法を検討するとともに、ひまわり８号の観測バンドに対応したガス吸収モデルを開発した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題ではマルチスケール大気放射モデルの開発・高度化を行い、雲の三次元放射効果を定量化することを主目的としている。今年度は、モデル中核部分であるガス吸収モデルの開発と一次元放射伝達モデルの高度化、および衛星観測データや気象再解析データの整備と予備解析を行った。これにより三次元放射効果の見積もりを行うために必要なモデルの基本要素とデータが着実に整った。

Strategy for Future Research Activity

これまでの進捗状況を踏まえて、本研究課題の中核部分であるマルチスケール大気放射モデルの開発・高度化を進めるとともに、引き続き衛星観測データ等の整備と解析を進めて現実的な雲場（水平-鉛直二次元、または三次元）の構築を試みる。また、モデルの高度化や衛星データの解析結果について、国内外の学会・学術論文等での研究発表と、最新の学術情報の収集に努める。