2020 Fiscal Year Research-status Report

マルチスケール二酸化炭素逆解析のための長期４次元変分法システムの開発

Research Project

Project/Area Number	19K03976
Research Institution	National Institute for Environmental Studies
Principal Investigator	丹羽洋介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, 主任研究員 (70588318)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	二酸化炭素 / 逆解析 / 温室効果ガス / 物質循環 / データ同化
Outline of Annual Research Achievements	炭素循環には未解明なメカニズムが多く存在し、温暖化予測に大きな不確定性が生じている。本研究では、大気の二酸化炭素(CO2)濃度観測データから、大気と陸域・海洋間の CO2フラックスを定量的に推定する逆解析という手法を用いることにより、炭素循環メカニズムの理解深化を目指している。CO2などの長寿命の温室効果ガスの逆解析は、長期の解析期間を要することが一つの特徴である。この解析期間には様々な時間スケールのフラックス変動が存在するが、それぞれのスケールを同時に最適に推定する手法はまだ確立されていない。そこで本研究では、短期(数時間)から長期(数年)のスケールまで幅広くカバーすることのできるマルチスケール最適化手法の開発を目的としている。本年度は、実際の解析で用いる４次元の逆解析システムに対して、陸域生態系フラックスの日変化を再現しつつ長期の逆解析を可能とするフラックスモジュールを導入した。さらに、擬似観測データを用いたシステムの検証、感度実験の結果から、海洋のフラックスについては、初期推定データが持つ月毎の時間ステップではなく、年毎のステップに時間解像度を粗くして最適化した方が、総合的な精度が向上することがわかったた。そのため、最適化対象のフラックスを年毎の解像度とし、異なる時間解像度で最適化を実施可能とするシステムを構築した。以上のシステムを用いて、実際の大気のCO2観測データを用いて、30年間にわたる長期逆解析を実施した。得られた結果はGlobal Carbon Projectが主導する世界的な炭素収支評価レポート「Global Carbon Budget 2020」に採用された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は、４次元システムで実際の観測データを使った長期逆解析を実施するところまで達成することができたため、概ね順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	2年目で行った長期逆解析について詳細に記述した論文をまとめ、成果をまとめる。また、長期逆解析の結果を踏まえて、マルチスケール最適化に関する技術向上をさらに目指す。
Causes of Carryover	学会が全てオンライン開催となり、旅費が必要なくなったこと、また、参加費用も通常開催より低額であったため。次年度、論文掲載の際、追加で発生するオープンアクセス料などに充てる。