2019 Fiscal Year Research-status Report
極域オゾンと中高緯度渦熱フラックスとの線形関係の理論的解明
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19K03961
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
長谷部 文雄 北海道大学, 地球環境科学研究院, 特任教授 (00261735)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋吉 英治 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 室長 (80211697)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 極域オゾン全量 / 渦熱フラックス / 線形性 / オゾン輸送 / オゾン光化学 / アンサンブル実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
主として熱帯域で生成される成層圏オゾンは、冬季に強化される極向き大循環により輸送され、高緯度に春季極大を形成する。この過程で極域に蓄積されるオゾン量と冬季中緯度の極向き渦熱フラックスとの間には高い線形性が存在する(Weber et al, 2011)。この線形性は、春季極域オゾン量に対する化学過程の寄与が無視できるなら容易に納得できるが、オゾンホールが発達する南半球においてはオゾン輸送量に対して化学的消失量が勝ると解釈されているにも関わらず、上記の線形性が南北半球の区別を要しない統合された形で成立する根拠は明らかにされていない。本研究では、国立環境研究所で開発されてきた化学気候モデルにより得られたオゾン変動の長期シミュレーションの結果の解析により、上記線形性に対する化学的消失過程の寄与を明らかにする。
オゾンホールとして顕在化する春季極域オゾン破壊は、オゾン破壊物質(ODS)量と極渦の安定性とに支配される。後者が大気の内部変動に依存して不規則変動するのに対して前者はゆるやかに経年変動するため、上記線形性のODS量依存性は期間を分割した解析により調べられてきた。我々の研究実施計画でも、現実の気象場を同化した化学気候モデルの出力を同様な手法で解析する予定であった。しかし、この方法では両者を完全に分離することができず、解析期間の細分化により統計的有意性が損なわれるという問題もある。一方、化学気候モデルの国際比較プロジェクトに参加している国立環境研究所には、ODS濃度と温室効果ガス(GHG)濃度とをいくつかのレベルに固定して510年間の連続計算を行った実験結果が存在する。そこで、当初の実施計画を変更し、これらの結果をODS濃度とGHG濃度を固定したアンサンブル実験とみなすことにより、現実場の解析より高い統計的有意性を担保しながら理想化された条件下で線形性の要因を考察することとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
6月に研究協力者を含む3名で研究推進に向けた議論を行い、「研究実績の概要」に記した計画変更を決定した。解析に用いる実験は、ODSを1960年レベル(オゾン破壊物質の成層圏負荷量(EESC) 1.4 ppbv)に固定した実験と2000年レベル(EESC 4.5 ppbv)に固定した実験の2種類である。前者は春季極渦内での人為的オゾン破壊が無視できる条件、後者は人為起源ODSによるオゾン破壊が極大となったレベルに相当する。GHGは両実験とも2000年レベル(二酸化炭素濃度 369 ppmv)で固定されている。この計画変更により、新たに長期シミュレーションを行う必要はなくなり、研究の進捗を当初の計画より早められることを期待したが、様々な事情が重なって期待したより進行が遅れている。現在までに得られた結果は以下のようにまとめられる。
Weber et al. (2011)の採用した解析条件を踏襲した場合の散布図は、両半球とも線形性を示すものの回帰直線の勾配は北半球の方が南半球より大きく、南北半球で統合された様相は再現されない。ただし、Weberらの結果(Fig. 4)も、南半球で成層圏突然昇温が起こった2002年の1例を除くと統合性は崩れ、本研究における結果と同様に、回帰直線の勾配は南半球の方が北半球よりも小さくなることが目視で確認できる。ODS量の相違は、南半球極域オゾン量の「春/秋」比の違いとして明瞭に現れるだけでなく、北半球の散布図の勾配にも変化をもたらす。成層圏の波の活動度が高い(低い)年には渦熱フラックスが大きく(小さく)極渦の安定性が低い(高い)ために極渦内部で進行するオゾン破壊が抑制(促進)されると考えられるので、ODS量が多いほど回帰直線の勾配は大きくなると予想される。本研究で得られた北半球の回帰直線のODS量依存性は、この解釈と整合的である。
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| Strategy for Future Research Activity |
「現在までの進捗状況」で述べたように、2種類のアンサンブル実験における化学気候モデルの振る舞いは、概ね期待通りということができる。ただし、モデルの基本性能や個性についての確認が必要である。現時点での知見は、北極の3月頃のオゾン全量が衛星観測値に対して負のバイアスをもつこと(秋吉ほか, 2019)である。また、本解析で得られた渦熱フラックスの値は、Weber et al. (2011)のFig. 4に示されているERA-Interimの解析値より2割程度小さい値となっている。これらの特徴は、モデルで表現される冬季成層圏の波動活動が過小評価気味であることを示唆しており、その影響の吟味が必要である。
本課題の主たる目標は、上記の線形性に対する化学的消失過程の寄与を明らかにすることである。渦熱フラックスに対する化学的消失過程の依存性は、冬季から春季にかけての極渦の安定性を介して現れるが、その依存性には、極成層圏雲の生成効率や化学反応係数の温度依存性という化学的要因だけでなく、活性塩素やオゾン破壊の進んだ大気の中緯度への漏出／極渦外との大気交換という極渦混合障壁の頑健性に依存する力学要因も関与するため、それぞれの要因についての個別評価とともに統合的な評価が必要である。
本研究は、2020年10月に予定されていた国際オゾンシンポジウムでの発表を一つの目標に進めてきたが、新型コロナウイルスの世界的蔓延により、このシンポジウムは1年延期されてしまった。このスケジュールのまま進めば、本課題の最終年度には間に合うが、論文発表を先に済ませるように研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じることとなった最大の理由は、次年度(2020年10月)に開催される予定だった国際オゾンシンポジウムに参加するための旅費を念頭に、本年度の支出を最小限に留めながら研究を進めてきたためである。前述のように、このシンポジウムは開催が1年延期されてしまったため、次年度の使用予定を1年先に延ばさざるを得ない。本課題の最終年度の予算枠は多くないため、参加旅費に相当する分の留保は続ける予定である。
新型コロナウイルス蔓延の影響は国内外を問わず、ほとんど全ての学会に及んでおり、残念ながら分担者や研究協力者との議論の機会も制約を受けざるを得ない。こうした状況は当分続くと考えられるため、旅費として今年度に計上していた予算は当初の計画通りには支出できない可能性が高い。その分を有効活用するために、研究成果の早期投稿を目指して努力したい。
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Research Products
(1 results)
