2022 Fiscal Year Annual Research Report
Assessment on climate impacts of short-lived climate forcers by composition and region with hierarchical numerical models
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19H05669
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
竹村 俊彦 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (90343326)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
須藤 健悟 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (40371744)
鈴木 健太郎 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (00396946)
五藤 大輔 国立研究開発法人国立環境研究所, 地域環境保全領域, 主幹研究員 (80585068)
道端 拓朗 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (30834395)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 短寿命気候強制因子 / 気候モデル / 気候変動 / 大気汚染 / エアロゾル / 雲 / 降水 / 微量気体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高い水平解像度で計算することが可能な気象シミュレーション基盤ライブラリSCALEに、本研究グループにて開発してきたエアロゾルモジュールSPRINTARSと大気化学モジュールCHASERを組み込むモデルの開発を進めている。今年度は、SCALE-SPRINTARSを用いたアジア域の通年計算を実施し、結果の検証を行った。
NICAM-Chemを用いた研究では、これまでに水平14km鉛直38層の全球高分解能エアロゾルシミュレーションを実施してきたが、今年度はスーパーコンピュータ「富岳」を利用して、鉛直層数を78に増やして鉛直高分解能化を進めた。その結果、エアロゾルの発生源付近での水平方向の広がりが鉛直高分解能化によって抑制され、エアロゾル濃度が衛星観測や地上観測のデータと整合的になった。
全球大気化学モデルMIROC-CHASERでは、雷からのNOx生成に関するスキームの開発・改良や、揮発性有機化合物（VOCs）に関する化学反応スキームの精緻化を実施した。代替フロン（HFCs）濃度の再現実験を行い、観測による詳細な検証の後、排出量の経年変化の推定も行った。また、領域ごとの排出量削減に対する気候感度を定量化する実験にも着手し、放射強制力変化などについて解析を行った。
気候モデルMIROCとNICAMを用いた、異なる種類の短寿命気候強制因子（SLCFs）の排出量を地域ごとに抑制した感度実験のデータを解析し、全球平均エネルギー収支変化と地域ごとの水収支変化を調べた。また、地域スケールでの降水変動の再現性の向上のために、モデルの物理素過程の改良を継続し、精度向上把握のための感度実験を実施した。さらに、SCALE-LESモデルを用いて混合相雲の場へ点源排出エアロゾルを与える実験を実施し、雲の応答の相割合・環境場・空間解像度への依存度を調べた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
超高空間分解能で短寿命気候強制因子（SLCFs）の動態を計算することを可能とするSCALE-SPRINTARS/CHASERの開発は、研究計画を遙かに超えるものである。当初は、「研究実績の概要」の最後に記したような、SCALEによるLES実験から得られる雲・降水過程に関する知見を活用するのみの計画であったが、エアロゾル関連過程を扱うモジュールSPRINTARSと詳細な化学過程を扱うモジュールCHASERを直接組み込むこととした。これにより、例えば、雲力学を直接表現できるモデルによる雲・エアロゾル相互作用の表現を目指すことが可能となった。すでに本研究課題以外での活用も計画されており、波及効果も拡大していくことが見込まれる。
NICAM-Chemにおいては、高分解能エアロゾルシミュレーションにて良好な結果が得られ、モデル高度化を順調に進められた。さらに、高度化された雲微物理モジュールを用いたシミュレーションにも着手し、地上・衛星観測データとの比較を通じた検証を進めている。
MIROC-CHASERにおいては、複数の化学スキームの新規導入や改良が行われ、各種観測データを用いた詳細な検証・調整により化学気候モデルとしての精度の大幅な向上が実現された。また、SLCFsの重要成分であるメタンと代替フロン類HFCsについても、その変動要因の解明に迫る実験・解析を実施し、今後の地球温暖化緩和策の検討に資する重要な知見を得ることができた。
雲・降水過程については、雹・あられを陽に予報する新しいパラメタリゼーションの構築が完了し、モデリング手法の高度化が大きく前進した。また、SLCFsの種類・排出抑制領域ごとに大気エネルギー収支変化の内訳が異なっていることや、降水量応答の空間分布が大気水収支を介して水蒸気輸送変化の空間分布に対応することを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画にはなかった超高分解能シミュレーションが可能なSCALE-SPRINTARS/CHASERの実用化を目指す。多くの研究者による利用が可能となるように、観測データとの比較を通じて計算精度の向上を図る。
また、SLCFsの気候・水循環への影響評価をさらに進めるために、MIROCの実験結果で行ってきたエネルギー収支解析と水収支解析を組み合わせた解析をNICAMの実験結果データに対しても行い、領域スケールでの両者の関係性を解析することで、SLCFsによる気候・水循環の応答の形成の理解を進める。そして、地域ごとの影響評価を実施するという研究目的のために、地域別や起源別のSLCFs排出の気候影響を評価する感度実験を継続して、その結果を解析する。
本研究課題の成果は、気候変動緩和へ向けた国際的な潮流が加速しつつある中で、SLCFsによる気候変動に関する科学的知見を提供するという観点でも活用していく。例えば、研究代表者の竹村は、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）第7次サイクルで作成することが確定しているSLCFs排出インベントリ方法論に関する報告書の作成ついて、政府からの推薦およびIPCCによる選出を経て、準備段階から貢献している。また、SLCFsに関わる気候モデル相互比較プロジェクトと連携して、研究成果を国際コミュニティに提示していく。
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[Journal Article] Satellite-based evaluation of AeroCom model bias in biomass burning regions2022
Author(s)
Zhong Qirui、Schutgens Nick、van der Werf Guido、van Noije Twan、Tsigaridis Kostas、Bauer Susanne E.、Mielonen Tero、Kirkevag Alf、Seland Oyvind、Kokkola Harri、Checa-Garcia Ramiro、Neubauer David、Kipling Zak、Matsui Hitoshi、Ginoux Paul、Takemura Toshihiko、Le Sager Philippe、Remy Samuel、Bian Huisheng、et al.
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 22
Pages: 11009～11032
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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