A study of transport processes of water vapor and ozone depleting substances to the lower stratosphere by high-resolution models

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H01977
• Research Institution: National Institute for Environmental Studies
• Principal Investigator: 秋吉 英治 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, シニア研究員 (80211697)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷本 浩志 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 副領域長 (30342736) ; 塩竈 秀夫 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 室長 (30391113) ; 池田 恒平 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 主任研究員 (60726868) ; 山下 陽介 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 主任研究員 (40637766)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: オゾン層 / 高解像度モデル / 化学気候モデル / オゾン層破壊物質 / 温室効果ガス / 成層圏ー対流圏交換

Outline of Annual Research Achievements

昨年度、MIROC6をベースにした化学気候モデル（CCM、水平解像度T85（約140km））にオゾン化学を簡略化した修正チャップマン反応（Hartmann, 1978, J. Atmos. Sci.）と亜酸化窒素（N2O）を導入したが、今年度はそれに引き続きCFC-11、CFC-12、ハロン1301、ハロン1211等のオゾン層破壊物質の導入を行った。これらのオゾン層破壊物質（ODS）の分解に関わるすべての化学反応を導入することによるモデルの負荷の増大を避けるため（特にOHやClによる分解を考えるとOHやClの予測もしなければならなくなるため考慮すべき化学反応が格段に増大する）、N2Oと同様、これらのODSは光解離とO(1D)との反応だけによってのみ分解されると仮定したモデル化を進めた。モデルで計算されたオゾン層破壊物質が、対流圏上部から成層圏にかけて分解されそこで濃度が急激に減少するような鉛直分布が再現できた。
以上のMIROC6をベースにしたCCM開発においては、成層圏の化学過程を扱うのに必要な化学反応をほぼフルに導入したMMIROC3.2-CCMおよびMIROC5-CCMによるオゾン分布、N2O分布、ODS分布との比較を行いながら、簡略化した化学モデルの妥当性を確認した。
並行して、NICAMの成層圏拡張バージョン（top高度1hPa（～50km））に、MIROC6ベースCCMと同様に上記の簡略された化学反応を導入する作業を行った。しかしながらモデルを１年くらい安定して走らせるまでには至らなかった。したがって次年度にはその原因を取り除き、このNICAM成層圏拡張バージョンCCMの１年程度の計算を成功させ、計算された東西風、気温、オゾン、水蒸気、ODSの分布および季節変化を解析し、MIROC6-CCMによる結果との比較と考察を行う。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

令和4年度は、依然としてコロナ禍による様々な交流制限によって、研究分担者や研究協力者間の情報交換や一堂に会しての議論が困難であったことにより、数値モデルおよび数値実験設定に関する確認と修正、およびそれに関する議論、モデルの調整等に時間を要したことにより、研究の進捗は遅れ気味となった。

Strategy for Future Research Activity

新型コロナ感染はかなり落ち着いてきたので、リモート会議も利用しつつ、現地集合の会議なども行い、分担者・研究協力者との意思疎通と情報交換を図り、モデルの開発と調整を進め、実験を行い、結果を解析し、考察を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Universtiy of Cambridge/Lancaster University(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Universtiy of Cambridge/Lancaster University
• [Int'l Joint Research] NCAR/NASA Goddard Space Flight Center(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NCAR/NASA Goddard Space Flight Center
• [Int'l Joint Research] IAC ETH Zurich(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: IAC ETH Zurich
• [Int'l Joint Research] NIWA(ニュージーランド)
  • Country Name: NEW ZEALAND
  • Counterpart Institution: NIWA
• [Int'l Joint Research] Institut fur Physik der Atmosphare(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Institut fur Physik der Atmosphare
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 5
• [Journal Article] Dependence of column ozone on future ODSs and GHGs in the variability of 500-ensemble members (2023)
  • Author(s): Akiyoshi, H., M. Kadowaki, Y. Yamashita, T. Nagatomo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Pages: 320(1-12)
  • DOI: 10.1038/s41598-023-27635-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Theoretical foundation of the linear relationship between the midlatitude eddy heat flux and fall-to-spring polar ozone buildup (2023)
  • Author(s): Hasebe, F., S. Kodera, H. Akiyoshi
  • Journal Title: Journal of Atmospheric Sciences Volume: 80 Pages: 889-908
  • DOI: 10.1175/JAS-D-22-0023.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 中高緯度オゾン全量・極気温・極夜ジェットのODS・GHG濃度依存性の500アンサンブル実験 (2022)
  • Author(s): 秋吉英治、門脇正尚、山下陽介、長友利晴
  • Organizer: 日本気象学会2022春季大会
• [Presentation] Impact of unmitigated HFC emissions on stratospheric ozone at the end of the 21st century as simulated by chemistry-climate models (2022)
  • Author(s): 秋吉英治、Eric Dupuy、山下陽介
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] 大気化学の将来構想：成層圏・中間圏の大気化学の諸問題 (2022)
  • Author(s): 水野亮、長浜智生、江口菜穂、秋吉英治、斉藤拓也、杉田考史、山下陽介、坂崎貴俊
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Impact of unmitigated HFC emissions on stratospheric ozone at the end of the 21st century as simulated by chemistry-climate models (2022)
  • Author(s): Akiyoshi, H., E. Dupuy, Y. Yamashita
  • Organizer: 7th SPARC General Assembly
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CCMI-2022 Ref-D1 stratospheric ozone profiles: trends, natural variability and comparisons to observations and CCMI-1 Ref-C2 (2022)
  • Author(s): Tourpali, K., H. Akiyoshi, F. Dennison, A. Pfeiffer, B. Josse, F. Cheroux, D. Kinnison, P. Colarco, D. Plummer, E. Rozanov, O. Morgenstern, G. Zeng, J. Keeble, I. Petropavlovskikh, S. Godin-Beekmann, N. Azouz, V. Sofieva
  • Organizer: 7th SPARC General Assembly
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Assessment of transport in the latest chemistry climate model initiative (CCMI-2022) simulations (2022)
  • Author(s): Plummer, D., H. Akiyoshi, F. Dennisson, S. Frith, B. Josse, J. Keeble, D. Kinnison, M. Marchand,O. Morgenstern, A. Pfeiffer, E. Rozanov
  • Organizer: 7th SPARC General Assembly
  • Int'l Joint Research