高解像度気候計算のための広帯域放射伝達モデルの革新的研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K17759
• Research Institution: Tokyo University of Marine Science and Technology
• Principal Investigator: 関口 美保 東京海洋大学, その他部局等, 准教授 (00377079)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 気象学 / 大気放射 / 温室効果気体 / 放射伝達モデル

Outline of Annual Research Achievements

本年度は気体吸収過程の吸収データの更新と精度の確認および非球形粒子の散乱特性の導入を行った。
放射コード比較プロジェクトCIRCで複数の放射伝達モデルが比較されたことを受け、広帯域放射伝達モデルmstrnXで計算した結果を提出した結果について精査したところ、二酸化炭素４倍増の大気状態での再現性が悪いことが判明した。気体吸収テーブルは各バンドで相関k-分布法を採用し、これの積分点と重みについて最適化を行っているが、最適化の基準値として使用する大気状態は標準状態と温暖化状態としていた。ここでいう温暖化状態においては二酸化炭素の濃度は倍増状態であったため、４倍増状態には対応できていないのではないかと推察された。これを踏まえ、気体吸収テーブルの更新を試みた。本更新ではこれまでの標準状態、温暖化状態に加え、二酸化炭素４倍増の大気状態に合わせて行ったが、フラックスの誤差が大きいバンドもあったため、二酸化炭素の吸収帯を含むバンドだけではなく、近赤外〜赤外領域のバンドについて更新を行った。
この更新において、気体吸収線データベースをHITRAN2004からHITRAN2012に更新した。最適化の手法においては、設定する初期値を二通り（completely および uncompletely correlated）、最適化中に積分点を減らしていく方法と増加させる方法の二通り、計四通り行い、最も差の少ないものを選択した上で、放射強制力の誤差が0.1W/m2以下の結果を採用した。大規模な更新も検討したが、バンド数を変更すると波及する影響が大きいことから今回は見送った。これより、気体吸収テーブルは29バンド111点から、29バンド144点に更新された。
また、氷粒を球形近似ではなく六角柱として計算できるよう散乱過程の改良を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究課題では飛躍的に発展を遂げる全球気候モデルに対応する放射伝達モデルの開発を主目的としている。
本年度においては吸収データの更新、温室効果気体の吸収による放射強制力の精度の確認、および非球形粒子の散乱特性の導入を行った。これにより、より精度の良い近似手法の導入が進み、先進的な放射伝達モデルの開発がなされたと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

本年度中に行う予定であった連続吸収のプログラムの更新は２月であったため、この導入を来年度に行う。これにより、本年度見送られた紫外〜近赤外領域の吸収過程の更新が可能となると考えられる。
また、一度の計算する波長範囲の分割について、他機関と共同で行う温暖化実験において分割の導入は延期されたため、本年度は近赤外領域における雲水・雲氷粒の吸収が大きく変化する波長領域においての分割手法について検討を行ったが、導入は見送った。本件については、来年度導入を図る。

Causes of Carryover

AER Inc. が提供している連続吸収プログラムの更新が２月となったため、吸収過程の更新に遅滞が生じ、比較対象として購入予定であった放射伝達モデルMODTRAN5の購入を見合わせたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

放射伝達モデルMODTRAN5を購入予定。