雲・エアロゾルを介した中緯度大気海洋相互作用

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 変わりゆく気候系における中緯度大気海洋相互作用ｈｏｔｓｐｏｔ
• 研究課題/領域番号: 19H05699
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小池 真 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00225343)
• 研究分担者: 鈴木 健太郎 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (00396946) ; 茂木 信宏 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20507818) ; 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) ; 松井 仁志 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (50549508) ; 金谷 有剛 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(地球表層システム研究センター), センター長 (60344305) ; 當房 豊 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (60572766) ; 岩渕 弘信 東北大学, 理学研究科, 准教授 (80358754)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: エアロゾル / 雲凝結核 / 氷晶核 / 雲微物理 / 大気海洋相互作用

研究実績の概要

本計画研究の目的は、西部北太平洋などの下層雲の変動を、海表面温度（SST）を含む気象場および海洋からのエアロゾル供給などの観点から、他の海域の下層雲との対比を含めて明らかにすることである。(i)現場観測研究、(ii)衛星データ・客観解析データの解析、(iii)数値モデル計算の３つの研究により実施してきている。
観測研究では、2022年夏の航空機観測・船舶観測で用いるためのエアロゾルや雲微物理観測装置を開発・整備した。氷晶核として重要な役割をはたす固体エアロゾルを、オンラインで粒子種ごとに選別し、その粒径分布を測定するための複素散乱振幅センシング法の開発などを行った。複素屈折率がわかっている鉱物粒子（シリカ）などの標準粒子の測定結果が理論計算と整合的であることを確認した。
人工衛星データ解析では、GCOM-C/SGLI衛星で得られた雲画像データから水と氷の相を判別する２つのアルゴリズムを開発した。２つのアルゴリズムの結果はお互いに整合的であり、またCALIPSO衛星観測ともある程度整合的であることが確認された。
数値モデル研究では、気象研究所の地球システムモデルを用い、南大洋の放射バイアス（短波放射の入射過剰）が大きいほど南半球の熱帯集束帯の降水の再現性が悪くなることなどを明らかにした。また名古屋大学のエアロゾルモデルを用い、鉱物粒子の氷晶核特性を観測に基づき改良することにより、雲の放射効果への影響などを評価した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

観測研究では、2021年夏に航空機と船舶による同時観測を計画していた。しかしながら新型コロナウィルスの影響により、航空機や船舶に搭載予定の測定器の整備や機体運航会社の準備が遅れているために、観測を2022年夏に延期することにした。観測内容は基本的に変更ないが、時間的余裕ができたために、一部の装置については計画以上の開発を進めることができつつあるなど、航空機・船舶観測に向けた準備を着実に進めている。衛星データ解析や数値モデル研究では、コロナウィルスの影響もなく、計画通りに順調に研究を進めている。これらの研究成果に基づき査読付き論文を１０編出版するなど、研究はおおむね順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

観測研究では、2022年7月に航空機と船舶による同時観測を計画している。このために5月末から観測航空機への観測機器の搭載および試験を実施する。また6月には観測船（新青丸）への観測機器の搭載と試験を実施する。観測期間中は日々の気象概況を把握し、適切な観測ができるように地上支援チームとオンラインでのミーティングを毎日実施する。観測終了後には観測データを共用データサーバに集め、解析を進めていく。
人工衛星データの解析研究では、複数の衛星センサから得られるデータを統合することにより雲微物理量の鉛直分布などを推定する解析を進める予定である。数値モデル研究では温暖化時の下層雲量の減少傾向を、雲頂でのエントレインメントにもとづく指標でどの程度説明できるかについて研究を進める予定である。

研究成果

• [国際共同研究] ノルウェー極地研究所(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: ノルウェー極地研究所
• [国際共同研究] ケルン大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ケルン大学
• [国際共同研究] ストックホルム大学(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: ストックホルム大学
• [国際共同研究] オスロ大学(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: オスロ大学
• [国際共同研究] コロラド州立大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: コロラド州立大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Contributions of Anthropogenic Aerosol Forcing and Multidecadal Internal Variability to Mid‐20th Century Arctic Cooling?CMIP6/DAMIP Multimodel Analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Aizawa Takuro、Oshima Naga、Yukimoto Seiji
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 ページ: e2021GL097093
  • DOI: 10.1029/2021GL097093
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dominance of the residential sector in Chinese black carbon emissions as identified from downwind atmospheric observations during the COVID-19 pandemic (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanaya Yugo、Yamaji Kazuyo、Miyakawa Takuma、Taketani Fumikazu、Zhu Chunmao、Choi Yongjoo、Ikeda Kohei、Tanimoto Hiroshi、Yamada Daichi、Narita Daiju、Kondo Yutaka、Klimont Zbigniew
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 23378
  • DOI: 10.1038/s41598-021-02518-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Temperature‐Independent Cloud Phase Retrieval From Shortwave‐Infrared Measurement of GCOM‐C/SGLI With Comparison to CALIPSO (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagao Takashi M.、Suzuki Kentaroh
  • 雑誌名: Earth and Space Science 巻: 8 ページ: e2021EA001912
  • DOI: 10.1029/2021EA001912
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measuring the complex forward-scattering amplitude of single particles by self-reference interferometry: CAS-v1 protocol (2021)
  • 著者名/発表者名: Moteki Nobuhiro
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 29 ページ: 20688～20714
  • DOI: 10.1364/OE.423175
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Relationship between shortwave radiation bias over the Southern Ocean and the <scp>double‐</scp> intertropical convergence zone problem in <scp>MRI‐ESM2</scp> (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai Hideaki、Koshiro Tsuyoshi、Yukimoto Seiji
  • 雑誌名: Atmospheric Science Letters 巻: 22 ページ: e1064
  • DOI: 10.1002/asl.1064
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improved SST-shortwave radiation feedback using an updated stratocumulus parameterization. (2021)
  • 著者名/発表者名: Chiba, J., and H. Kawai
  • 雑誌名: CAS/JSC WGNE Research Activities in Earth System Modelling/WMO 巻: 51 ページ: 403-404
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Oceanic Supply of Ice‐Nucleating Particles and Its Effect on Ice Cloud Formation: A Case Study in the Arctic Ocean During a Cold‐Air Outbreak in Early Winter (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue Jun、Tobo Yutaka、Taketani Fumikazu、Sato Kazutoshi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: e2021GL094646
  • DOI: 10.1029/2021gl094646
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Estimates of mass absorption cross sections of black carbon for filter-based absorption photometers in the Arctic (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohata Sho、Mori Tatsuhiro、Kondo Yutaka、Sharma Sangeeta、Hyvarinen Antti、Koike Makoto、Kanaya Yugo、Yoshida Atsushi、Moteki Nobuhiro、Zhao Yongjing、Tobo Yutaka、Matsushita Junji、Oshima Naga,Et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 14 ページ: 6723～6748
  • DOI: 10.5194/amt-14-6723-2021
• [雑誌論文] Application of cloud particle sensor sondes for estimating the number concentration of cloud water droplets and liquid water content: case studies in the Arctic region (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue Jun、Tobo Yutaka、Sato Kazutoshi、Taketani Fumikazu、Maturilli Marion
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 14 ページ: 4971～4987
  • DOI: 10.5194/amt-14-4971-2021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High Potential of Asian Dust to Act as Ice Nucleating Particles in Mixed‐Phase Clouds Simulated With a Global Aerosol‐Climate Model (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai Kei、Matsui Hitoshi、Tobo Yutaka
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 126 ページ: e2020JD034263
  • DOI: 10.1029/2020jd034263
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal Variation of Wet Deposition of Black Carbon at Ny‐Alesund, Svalbard (2021)
  • 著者名/発表者名: Mori Tatsuhiro、Kondo Yutaka、Ohata Sho、Goto‐Azuma Kumiko、Fukuda Kaori、Ogawa‐Tsukagawa Yoshimi、Moteki Nobuhiro、Yoshida Atsushi、Koike Makoto、Sinha P. R.、Oshima Naga、Matsui Hitoshi、Tobo Yutaka、Yabuki Masanori、Aas Wenche
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 126 ページ: e2020JD034110
  • DOI: 10.1029/2020jd034110
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of the seasonal shift of a variety of airborne pollens in western Tokyo (2021)
  • 著者名/発表者名: Uetake Jun、Tobo Yutaka、Kobayashi Satoshi、Tanaka Keisuke、Watanabe Satoru、DeMott Paul J.、Kreidenweis Sonia M.
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 788 ページ: 147623～147623
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.147623
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining the atmospheric limb of the plastic cycle (2021)
  • 著者名/発表者名: Brahney Janice、Mahowald Natalie、Prank Marje、Cornwell Gavin、Klimont Zbigniew、Matsui Hitoshi、Prather Kimberly Ann
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 ページ: e2020719118
  • DOI: 10.1073/pnas.2020719118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aerosol radiative forcings induced by substantial changes in anthropogenic emissions in China from 2008 to 2016 (2021)
  • 著者名/発表者名: Liu Mingxu、Matsui Hitoshi
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 ページ: 5965～5982
  • DOI: 10.5194/acp-21-5965-2021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Importance of Supersaturation in Arctic Black Carbon Simulations (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsui Hitoshi、Liu Mingxu
  • 雑誌名: Journal of Climate 巻: 34 ページ: 7843～7856
  • DOI: 10.1175/JCLI-D-20-0994.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Understanding Top‐of‐Atmosphere Flux Bias in the AeroCom Phase III Models: A Clear‐Sky Perspective (2021)
  • 著者名/発表者名: Su Wenying、Liang Lusheng、Myhre Gunnar、Thorsen Tyler J.、Loeb Norman G.、Schuster Gregory L.、Ginoux Paul、Paulot Fabien、Neubauer David、Checa‐Garcia Ramiro、Matsui Hitoshi、Tsigaridis Kostas、Skeie Ragnhild B.、Takemura Toshihiko、Bauer Susanne E.、Schulz Michael
  • 雑誌名: Journal of Advances in Modeling Earth Systems 巻: 13 ページ: e2021MS002584
  • DOI: 10.1029/2021MS002584
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aerosol absorption in global models from AeroCom phase III (2021)
  • 著者名/発表者名: Sand Maria、Samset B. H.、Myhre Gunnar、Gliss, Jonas、Bauer Susanne E.、Bian Huisheng、Chin Mian、Checa-Garcia Ramiro、Ginoux Paul、Kipling Zak、Kirkevag Alf、Kokkola Harri、Le Sager Philippe、Lund Marianne T.、Matsui Hitoshi、Et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 ページ: 15929～15947
  • DOI: 10.5194/acp-21-15929-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High Sensitivity of Asian Dust Emission, Transport, and Climate Impacts to Threshold Friction Velocity (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai Kei、Matsui Hitoshi、Kimura Reiji、Shinoda Masato
  • 雑誌名: SOLA 巻: 17 ページ: 239～245
  • DOI: 10.2151/sola.2021-042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] xamples of possible evaluation of GCMs using cloud radar and lidar satellite data (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawai, H., and T. Koshiro
  • 学会等名: EarthCAREモデリングワークショップ
  • 国際学会
• [学会発表] Significant Reduction of the Southern Ocean Radiation Bias in a Climate Model (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawai, H., S. Yukimoto, T. Koshiro, N. Oshima, T. Tanaka, H. Yoshimura, and R. Nagasawa
  • 学会等名: AMS 102nd Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 川合秀明, 神代剛, 行本誠史
  • 学会等名: 第13回熱帯気象研究会
• [学会発表] 南大洋の雲は熱帯降水に影響するか？ (2022)
  • 著者名/発表者名: 川合秀明, 神代剛, 行本誠史
  • 学会等名: 2021年度エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
• [学会発表] MOSAiCの期間におけるスヴァールバル諸島での氷晶核粒子の季節変動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 當房 豊, 松井 仁志, 河合 慶, 大畑 祥, 近藤 豊, Hermansen, O., 猪上 淳, 小池 真
  • 学会等名: 2021年度 エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
• [学会発表] 海洋地球研究船「みらい」による広域の海洋大気微小エアロゾル観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮川拓真、竹谷文一、駒崎雄一、角谷麻奈未、Choi Yongjoo, 滝川雅之、高島久洋、朱春茂、金谷有剛
  • 学会等名: 第26回大気化学討論会
• [学会発表] Process-oriented evaluation of warm rain in multiple global models: Early results from GEWEX PROES-WR (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., H. Takahashi, T. Michibata, A. Bodas-Salcedo, H. Guo, H. Zhang, M. Wang, D. Goto, T. Koshiro, and X. Jing
  • 学会等名: AGU Fall Meeting, Online
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-model evaluations of the warm rain process: Early results from GEWEX PROES-WR (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., H. Takahashi, and Co-authors
  • 学会等名: Aerosol-Cloud-Precipitation-Climate Workshop, Online
  • 国際学会
• [学会発表] Does the reduction in the Southern Ocean radiation bias alleviate the double-ITCZ problem? (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai, H., T. Koshiro, and S. Yukimoto
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Does the reduction in the Southern Ocean radiation bias alleviate the double-ITCZ problem? (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai, H., T. Koshiro, and S. Yukimoto
  • 学会等名: CFMIP Meeting on Clouds, Precipitation, Circulation, and Climate Sensitivity
  • 国際学会
• [学会発表] Do Low-level Clouds Strengthen Summertime Subtropical Highs? (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai, H., and T. Koshiro
  • 学会等名: International workshop for mid-latitude air-sea interaction
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Realities of Developing and Improving Parameterizations Related to Clouds in GCMs (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai, H., S. Yukimoto, T. Koshiro, N. Oshima, T. Tanaka, H. Yoshimura, and R. Nagasawa
  • 学会等名: モデルにおける雲の改良と較正に関するワークショップ
  • 国際学会
• [学会発表] 気候モデルにおける南大洋の雲 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川合秀明
  • 学会等名: 国立極地研究所気水圏コロキウム
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 川合秀明, 神代剛, 行本誠史
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度春季大会
• [学会発表] 北極の大気中でみられるバイオエアロゾルの起源について (2021)
  • 著者名/発表者名: 當房 豊
  • 学会等名: ROIS若手+ベテラン異分野クロストーク
• [学会発表] 北極域でのエアロゾル－雲相互作用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 當房 豊
  • 学会等名: 東京大学 地球惑星システム科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Year-round measurements of ice nucleating particles in Svalbard during MOSAiC 2019/20 (2021)
  • 著者名/発表者名: Tobo, Y., Matsui, H., Kawai, K., Ohata, S., Kondo, Y., Hermansen, O., Inoue, J., Koike, M.
  • 学会等名: 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Introduction of aerosol and cloud research contributors from Japan during MOSAiC (2021)
  • 著者名/発表者名: Tobo, Y.
  • 学会等名: Svalbard/MOSAiC workshop on snow, sea-ice and aerosol interactions in the Arctic
  • 国際学会
• [学会発表] Retrieval of ice cloud properties from Himawari-8 measurement with a deep neural network method (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang, X., H. Iwabuchi, T. Yamashita
  • 学会等名: JpGU Annual Meeting 2021 (online)
• [学会発表] 梅雨期の南西諸島付近における降水の日周期に対する力学的な効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山下尭也, 岩渕弘信, 岩崎俊樹
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度春季大会
• [学会発表] 混合相雲における氷晶核の全球数値シミュレーション：アジアダストの重要性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河合慶、松井仁志、當房豊
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度春季大会
• [学会発表] ニーオルスンにおける黒色炭素粒子の湿性沈着に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森樹大、近藤豊、大畑祥、東久美子、福田かおり、小川佳美、茂木信宏、吉田淳、小池真、Sinha, P、大島長、松井仁志、當房豊、矢吹正教、Aas, W
  • 学会等名: JpGU meeting 2021
• [学会発表] 全球モデルを用いたアジアダストの混合相雲における氷晶核としての重要性の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河合慶、松井仁志、當房豊
  • 学会等名: JpGU meeting 2021
• [学会発表] Improved simulations of global black carbon distributions by modifying wet scavenging processes in convective and mixed-phase clouds (2021)
  • 著者名/発表者名: Liu, M. and Matsui, H.
  • 学会等名: JpGU meeting 2021
• [学会発表] Seasonal variations of wet deposition of black carbon at Ny-Alesund in Svalvard and at Barrow in Alaska (2021)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Kondo, Y., Ohata, S., Goto-Azuma, K., Fukuda, K., Ogawa-Tsukagawa, Y., Moteki, N., Yoshida, A., Koike, M., Sinha, P. R., Oshima, N., Matsui, H., Tobo, Y., Yabuki, M., and Aas, W.
  • 学会等名: PACES 4th Open Science Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] アジアダストの氷晶核に関する全球数値シミュレーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 河合慶、松井仁志、當房豊
  • 学会等名: 2021年度エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
• [備考]
  • URL: https://researchmap.jp/yutaka.tobo/