高分解能大気大循環化学モデルの開発と成層圏物質循環の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11219202
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高橋 正明 東京大学, 気候システム研究センター, 教授 (70188051)
• 研究分担者: 佐藤 薫 国立極地研究所, 助教授 (90251496) ; 秋吉 英治 独立行政法人・国立環境研究所, 主任研究員 (10270589) ; 中島 映至 東京大学, 気候システム研究センター, 教授 (60124608)
• キーワード: 成層圏オゾン / 動力波 / 大気大循環モデル / 化学反応 / オゾンホール / 硫酸エアロゾル / オゾンQBO / 梅雨前線

研究概要

成層圏オゾン変動とその気候に及ぼす影響を見ることを目的とする。そのことを研究するためにはいろいろの方法があるが、我々の班では主に大気大循環モデル(GCM)をもちいて研究をおこなっている。
具体的には、1:複雑な化学反応系をモデルに組み込み、成層圏オゾン変動を調べること、2:高分解能のモデルによる力学、輸送過程と化学過程の関係性を調べること、等を行い、問題を考察した。
南極域成層圏オゾンホールが最近は温度のより高い北極域にも起こりつつあり、それのメカニズム解明および将来予測が必要になってきたことにより、成層圏オゾン等化学物質の変動も含めてモデル研究の視野に入ってきている。化学モデルに硫酸エアロゾルが導入された。つぎに、オゾンホールに重要な極成層圏雲をモデルに導入することで、オゾンホールの実験をおこない、観測と比較した。また、オゾンホールの将来予測実験をおこなった。我々のモデルではこのままのフロン規制が続くと仮定して、2040年ころにオゾンホールがなくなるであろう結果を示している。
CCSR/NIESナッジングCTMを用いて北極渦崩壊後の夏の下部成層圏におけるオゾン濃度の変動を計算し、ILASによるオゾンデータと比較してよい一致を得た。また、そのオゾン変動に対するプラネタリースケールの波動とNOxケミストリーの相互作用の影響を明らかにした。その他の研究として、オゾンQBOのピナツボ噴火の影響実験、太陽11年変動にともなうオゾン変動などを具体的研究としておこなった。
高分解能のGCMによる重力波の生成問題、重力波による物質輸送混合や成層圏変動の役割を調べている。梅雨前線の実験をおこない、梅雨前線を再現した。気候モデルで梅雨前線を再現したことは世界的に始めてうまくいったと思われる。
中緯度大型大気レーダーの観測データとの比較により現実的な重力波が表現されていると確認できた高分解能全球水惑星モデルによる時系列データ(Sato et al.,1999)を用いて、観測、数値モデル研究とも殆どなされていない極域成層圏の重力波力学特性の解析を行った。極夜ジェットの曲率の大きなところから重力波が発生している様子が明らかとなった(Sato,2000)。局所的ロスビー数が大きいことから,地衡風調節過程による発生と考えられた.これは,南極昭和基地の定常ラジオゾンデデータ解析により明らかになった成層圏で下向き重力波の割合が大きくなる事実と調和的である(Yoshiki and Sato,2000).。また、対流圏上部の地衡風調節過程により発生した重力波に伴う温度擾乱により、局所的に低温域ができ、極成層圏雲を生成している事実も南極昭和基地マイクロパルスライダーと定常ラジオゾンデ観測データの解析により明らかとなった(Shibata et al.,2003)。

研究成果

• [文献書誌] Sudo, K., M.Takahashi, J.Kurokawa, H.Akimoto: "CHASER: A global chemical model of the troposphere 1. Model description"J.Geophys.Res.. 107. 10.1029/2001JD001113 (2002)
• [文献書誌] T.Shibata, K.Sato, H.Kobayashi, M.Yabuki, M.Shiobara: "The Antarctic polar stratospheric clouds under the temperature perturbation by non-orographic inertia-gravity waves observed by micro pulse lidar"J.Geophys.Res.. (in press).
• [文献書誌] M.Yoshiki, K.Sato: "A statistical study of gravity waves in the polar regions based on operational radiosonde data"J.Geophys.Res.. 105. 17995-18011 (2000)
• [文献書誌] K.Sato: "Sources of gravity waves in the polar middle atmosphere"Adv.Polar Upper Atmos.Res.. 14. 233-240 (2000)
• [文献書誌] Akiyoshi, H.: "Chemistry and temperature perturbations calculated by a chemical-radiative coupled 1-D model due to Pinatubo aerosols"J.Meteor.Soc.Japan. 80. 361-385 (2002)
• [文献書誌] Akiyoshi, H., S.Sugata, T.Sugita, H.Nakajima, H.Hayashi, J.Kurokawa, M.Takahashi: "A low-N20 airmass simulated by the CCSR/NIES nudging CTM and observed by ILAS in 1997"J.Meteor.Soc.Japan. 80. 451-463 (2002)
• [文献書誌] Nagashima, T., M.Takahashi, M.Takigawa, H.Akiyoshi: "Future development of the ozone layer calculated by a general circulation model with fully interactive chemistry"Geophys.Res.Letters. 29(8). 3.1-3.4 (2002)
• [文献書誌] Takigawa, M., M.Takahashi, H.Akiyoshi: "Simulation of stratospheric sulfate aerosols using a Center for Climate System Research / National Institute for Environmental Studies atmospheric GCM with coupled chemistry, Part I : nonvolcanic simulation"J.Geophys.Res.. (in press). (2003)
• [文献書誌] Kawatani, Y., M.Takahashi: "Simulation of the Baiu front in a high resolution AGCM"J.Meteor.Soc.Japan. 81(in press). (2003)
• [文献書誌] Chen, W., H.-F.Graf, M.Takahashi: "Observed interannual oscillations of planetary wave forcing in the northern hemisphere"Geophys.Res.Letters. 4091-4094 (2003)