2020 Fiscal Year Research-status Report
数値モデルに適用する雲氷・降雪粒子の新スキーム開発による気候予測の高精度化
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19K14795
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
道端 拓朗 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (30834395)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | エアロゾル・雲相互作用 / 全球気候モデル / 降水 / 放射強制力 / 微物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全球気候モデルが苦手とする雲・降水過程の中でも、雲氷・降雪粒子の成長過程の表現は特に不確実性の大きいプロセスの一つである。今年度は、降雨・降雪予報型のパラメタリゼーションを用いた大気海洋結合実験を開始した。昨年度までに実施してきた非結合実験とは、気候場や雲場の再現性が異なる振る舞いを見せるため、衛星観測データを用いながら、性能向上のための調整を実施した。
また、大気海洋結合実験による初期解析結果として、二酸化炭素濃度が倍増した際の気候応答を調査し、気候感度の定量化に着手した。気候感度そのものは、従来型モデルと新型モデルとでほぼ同程度であったが、雲フィードバックの強さにおいて、短波放射・長波放射ともに顕著な差異が見られた。これは、雲内部で生じる微物理過程および放射過程が大きく関わっているためと考えられる。この原因を調査するためには、より詳細な微物理過程の感度実験が必要になるため、次年度以降も継続して調査を実施する予定である。
また、昨年度の研究成果を発展させ、新型モデルによる人為起源エアロゾル放射強制力の緩和メカニズムについて、主要因として考えられる水雲および氷雲の特徴をそれぞれ取りまとめた。新型モデルで明らかになった、雲内部で生じる粒子間相互作用や相変化によってもたらされる放射特性の変化は、従来型モデルでは再現することが極めて困難であり、雲・降水スキームの高度化の有効性を強調する成果が得られた。これらの研究成果は、2編の筆頭論文として国際学術誌に掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度に大幅に開発・改良を実施した数値モデルが安定して動作するようになり、それを用いた研究成果も順調に得られている。また、気候感度や放射強制力の定量化にも着手することができており、研究計画に沿って順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
降雨・降雪を予報しない従来型スキームと比較し大幅に計算コストが増加してしまった点は、長期間の気候変動予測の研究を実施する上で大きな障害となりうる。計算コストを多く占めているのは降雨・降雪粒子の落下過程を表現するプロセスであり、粒子の落下速度が大きく鉛直分解能も細かい大気境界層付近で短い時間ステップがCFL条件により要求されるためであることがわかっている。この問題は、将来高解像度化がさらに進むことを考えると問題がさらに顕在化することが予想されるため、この問題に優先的に対処する必要がある。
次年度以降は、この問題を解決するために現状の降水落下スキームを見直し、低い計算コストで安定して計算可能なラグランジュスキームの実装を検討している。降水落下スキームの変更に伴い、特に大気下層での水蒸気分布や降水強度の変化などが見込まれるため、スキームの更新に伴うモデルの結果への感度を特に注視して開発を進める。それと同時に、現在非常に簡素化しているサブグリッドの降水の取り扱いも、併せて見直しを行う。
さらに、降雪のバイアスが従来型モデルからどのように改善されたのか、衛星観測と比較した定量的評価が必要となる。現在考慮していない、あられ・雹を予報する新しい微物理スキームの構築に取り組み、局地的な強い降雪イベントを再現可能かどうか検討する。それにより、降水の頻度や強度といった素過程の情報が観測による拘束条件と整合的なモデル開発を推進する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響により、当初予定していた旅費の使用が困難となり、未使用額が生じた。次年度以降、繰越し額の旅費を使用する計画であるが、状況によっては物品費およびその他の経費に充てる予定である。
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