Tropical stratosphere-troposphere coupling through cirrus and its role in climate change

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K03977
• Research Institution: Japan, Meteorological Research Institute
• Principal Investigator: 吉田 康平 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 研究官 (10636038)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川合 秀明 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (40601688)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 熱帯成層圏対流圏結合 / 巻雲 / 雲放射効果 / 気候モデリング / 気候変動

Outline of Annual Research Achievements

熱帯の成層圏－対流圏結合変動メカニズムの解明は、1か月～1年程度先の気象・気候予測技術を次の段階に進めるための喫緊の課題であり、その地球温暖化影響も明らかにする必要がある。巻雲は放射過程を通して熱帯成層圏－対流圏結合変動を増幅する可能性があるが、気候予測モデル性能と観測データの不足もあり、その効果は未だ解明に至っていない。本研究課題は地球システムモデルの巻雲再現性を向上させ熱帯成層圏－対流圏結合変動に巻雲が及ぼす影響とそのメカニズムの解明し、その地球温暖化に伴う変化についても明らかにすることを目的としている。
本年度は主に以下のことを実施した。①現在気候実験と巻雲調整実験を遂行し、より堅牢な結果を得るため実験期間を延長した。②①の実験の解析を行い巻雲に伴う成層圏対流圏結合の変調について調査を行った。③大規模アンサンブルシミュレーションデータを用いて成層圏突然昇温の熱帯対流圏への影響を調査した内容での投稿論文について改定等の対応を行い受理された。
本研究課題関連研究として③を含めて5本の論文が受理・公開された。
本課題の遂行は世界の気象・気候予測モデルの巻雲表現を再考し、気象・気候予測技術を次の段階に進める契機となることが期待される。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本年度は、地球システムモデルの将来気候実験と雲物理過程の調整実験、それらの解析を実施する予定であったが、昨年度積み残しの現在実験の遂行とその解析にとどまっている。
その理由として新型コロナウィルス対応で全体の計画に遅れが生じたことと、当初研究計画になかった大規模アンサンブルシミュレーションデータを用いた成層圏突然昇温の熱帯対流圏への影響の研究と次世代地球システムモデル開発に時間を要したこと、現在気候実験の実験期間を延長したことがある。ただしこれらの実施によって得られた知見は本研究課題の成果に還元されるものである。特に、大規模アンサンブルシミュレーションデータの解析研究は本研究において、堅牢な結果を得るための有効サンプル数を確保する重要性を認識させ、実験期間を延長させることを判断する指標となった。

Strategy for Future Research Activity

本年度積み残した課題を遂行しつつ、成果を取りまとめて報告する。また温暖化気候実験については実験内容を絞り、現在気候実験での調査に集中することを検討する。場合によっては研究計画の再延長も検討する。

Causes of Carryover

新型コロナウィルス関連で旅費を使用する機会がなかったためと、計画の遅れに伴う成果発表関連費用を使用してないことにより、未使用額が生じた。
これらは成果発表のための学会参加費と旅費及び論文投稿関連費用に使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Influence of the solar cycle on the North Atlantic Oscillation (2022)
  • Author(s): Kuroda, Y., Kodera, K., Yoshida, K., Yukimoto, S., and Gray, L.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 127 Pages: e2021JD035519
  • DOI: 10.1029/2021JD035519
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Relationship between shortwave radiation bias over the Southern Ocean and the double-intertropical convergence zone problem in MRI-ESM2 (2021)
  • Author(s): Kawai, H., Koshiro, T., and Yukimoto, S.
  • Journal Title: Atmospheric Science Letters Volume: 22(12) Pages: e1064
  • DOI: 10.1002/asl.1064
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Brewer?Dobson circulation in CMIP6 (2021)
  • Author(s): Abalos, M., Calvo, N., Benito-Barca, S., Garny, H., Hardiman, S. C., Lin, P., Andrews, M. B., Butchart, N., Garcia, R., Orbe, C., Saint-Martin, D., Watanabe, S., and Yoshida, K.
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 21 Pages: 13571-13591
  • DOI: 10.5194/acp-21-13571-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Do sudden stratospheric warmings boost convective activity in the tropics? (2021)
  • Author(s): Yoshida, K., and Mizuta, R.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Pages: e2021GL093688
  • DOI: 10.1029/2021GL093688
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Teleconnections of the Quasi-Biennial Oscillation in a multi-model ensemble of QBO-resolving models (2021)
  • Author(s): Anstey, J.A., Simpson, I.R., Richter, J.H., Naoe, H., Taguchi, M., Serva, F., Gray, L.J., Butchart, N., Hamilton, K., Osprey, S., Bellprat, O., Braesicke, P., Bushell, A.C., Cagnazzo, C., Chen, C.-C., Chun, H.-Y., Garcia, R.R., Holt, L., Kawatani, Y., Yoshida, K. et al.
  • Journal Title: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society Volume: - Pages: 1-26
  • DOI: 10.1002/qj.4048
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Do sudden stratospheric warmings boost convective activity in the tropics? (2022)
  • Author(s): Yoshida, K., and Mizuta, R.
  • Organizer: AMS 102nd Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 気候モデルにおけるダブルITCZ問題はどうしたら緩和できるか？ (2022)
  • Author(s): 川合秀明, 神代剛, 行本誠史
  • Organizer: 第13回熱帯気象研究会
• [Presentation] 南大洋の雲は熱帯降水に影響するか？ (2022)
  • Author(s): 川合秀明, 神代剛, 行本誠史
  • Organizer: 2021年度エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
• [Presentation] 成層圏オゾンが季節内から季節スケールで対流圏循環に及ぼす影響について (2022)
  • Author(s): 出牛真
  • Organizer: 令和3年度日本気象学会長期予報研究連絡会
• [Presentation] Does the reduction in the Southern Ocean radiation bias alleviate the double-ITCZ problem? (2021)
  • Author(s): Kawai, H., Koshiro, T. and Yukimoto, S.
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Does the reduction in the Southern Ocean radiation bias alleviate the double-ITCZ problem? (2021)
  • Author(s): Kawai, H., Koshiro, T. and Yukimoto, S.
  • Organizer: CFMIP Meeting on Clouds
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 成層圏突然昇温は熱帯対流活動を励起するか？～大規模アンサンブルシミュレーションからの視座～ (2021)
  • Author(s): 吉田康平, 水田亮
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
  • Invited
• [Presentation] MRI-ESM2における南大洋の短波放射バイアスとダブルITCZ問題の関係 (2021)
  • Author(s): 川合秀明, 神代剛, 行本誠史
  • Organizer: 日本気象学会2021年度春季大会