光吸収性エアロゾルの混合状態を解像した全球エアロゾルモデルの開発と気候影響評価

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H04709
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 松井 仁志 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (50549508)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 気候変動 / 大気環境 / 大気化学 / エアロゾル / 光吸収性エアロゾル / 全球気候モデル / 混合状態

研究実績の概要

大気微粒子（エアロゾル）と放射・雲との相互作用（直接・間接効果）は、気候変動予測における最大の不確定要因の1つになっている。直接・間接効果の推定では、エアロゾルの粒径分布と光吸収性エアロゾルの混合状態の推定精度が鍵を握る。本課題では、この粒径・混合状態を十分に表現できる世界初の全球エアロゾルモデルを開発し、光吸収性エアロゾル各成分およびエアロゾル全体の直接・間接効果の推定精度を飛躍的に向上させることを目的とする。
令和2年度は、これまで開発してきた全球エアロゾルモデルCAM5-chem/ATRASを用い、ブラックカーボンの時空間分布と気候影響の不確定要因となるプロセスやパラメータを明らかにする研究を実施した。まず、積雲と混合相雲（水と氷が共存する雲）におけるエアロゾルの除去過程のモデル表現を改良した。この改良によって、モデル計算による熱帯域の上部対流圏でのブラックカーボンの質量濃度は約10倍減少し、北極域の下部・中部対流圏のブラックカーボン濃度は数倍程度増大した。これらの濃度の増減によって、熱帯域と北極域の両方の領域でのブラックカーボンの観測再現性は大きく改善し、モデル計算によるブラックカーボンの全球分布の推定精度が向上した。また、雲内での上昇流速度や最大過飽和度のモデル表現にも大きな不確定性があり、この不確定性の低減が、ブラックカーボンや他のエアロゾル成分の全球分布や北極域での濃度の推定において非常に重要になることを明らかにした。現状の雲内の上昇流の不確定性に伴うブラックカーボンの放射強制力の不確定性幅は、全球平均で0.31～0.43 W m-2、北極域では0.091～0.40 W m-2と推定された。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University/NOAA Earth System Research Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Cornell University/NOAA Earth System Research Laboratory
• [雑誌論文] 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 H. Matsui
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 126 ページ: e2020JD033890
  • DOI: 10.1029/2020JD033890
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Global-scale constraints on light-absorbing anthropogenic iron oxide aerosols (2021)
  • 著者名/発表者名: Lamb, K. D., H. Matsui, J, M. Katich, A. E. Perring, J. R. Spackman, B. Weinzierl, M. Dollner, and J. P. Schwarz
  • 雑誌名: npj Climate and Atmospheric Science 巻: 4 ページ: 15
  • DOI: 10.1038/s41612-021-00171-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Studies on Arctic aerosols and clouds during the ArCS project (2021)
  • 著者名/発表者名: Koike, M., K. Goto-Azuma, Y. Kondo, H. Matsui, T. Mori, N. Moteki, S. Ohata, H. Okamoto, N. Oshima, K. Sato, T. Takano, Y. Tobo, J. Ukita, and A. Yoshida
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 27 ページ: 100621
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100621
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraining the atmospheric limb of the plastic cycle (2021)
  • 著者名/発表者名: Brahney, J., N. Mahowald, M. Prank, G. Cornwell, Z. Klimont, H. Matsui, and K. A. Prather
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 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] Radiative forcings induced by the substantial changes in anthropogenic emissions over China during 2008-2016 (2021)
  • 著者名/発表者名: Liu, M. and H. Matsui
  • 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] Abundances and microphysical properties of light-absorbing iron oxide and black carbon aerosols over East Asia and the Arctic (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, A., N. Moteki, S. Ohata, T. Mori, M. Koike, Y. Kondo, H. Matsui, N. Oshima, A. Takami, and K. Kita
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 ページ: e2019JD032301
  • DOI: 10.1029/2019JD032301
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal variation of wet deposition of black carbon in Arctic Alaska (2020)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Y. Kondo, S. Ohata, Y. Zhao, P. R. Sinha, N. Oshima, H. Matsui, N. Moteki, and M. Koike
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 ページ: e2019JD032240
  • DOI: 10.1029/2019JD032240
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High sensitivity of Arctic black carbon radiative effects to sub-grid vertical velocity in aerosol activation (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsui, H. and N. Moteki
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 ページ: e2020GL088978
  • DOI: 10.1029/2020GL088978
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recent (1980-to-2015) trends and variability in daily-to-interannual soluble iron deposition from dust, fire, and anthropogenic sources (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamilton, D. S., R. A. Scanza, S. D. Rathod, L. Li, T. C. Bond, J. Kok, H. Matsui, S. Tilmes, and N. M. Mahowald
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 ページ: e2020GL089688
  • DOI: 10.1029/2020GL089688
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A global model-measurement evaluation of particle light scattering coefficients at elevated relative humidity (2020)
  • 著者名/発表者名: Burgos, M. A., E. Andrews, G. Titos, A. Benedetti, H. Bian, V. Buchard, G. Curci, A. Kirkevag, H. Kokkola, A. Laakso, M. Lund, H. Matsui, G. Myhre, C. Randles, M. Schulz, T. van Noije, K. Zhang, L. Alados-Arboledas, U. Baltensperger, A. Jefferson, J. Sherman, J. Sun, E. Weingartner, and P. Zieger
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 20 ページ: 10231-10258
  • DOI: 10.5194/acp-20-10231-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Black carbon absorption efficiency under preindustrial and present-day conditions simulated by a size- and mixing-state-resolved global aerosol model (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsui, H.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 ページ: e2019JD032316
  • DOI: 10.1029/2019JD032316
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal trends of atmospheric ice nucleating particles over Tokyo (2020)
  • 著者名/発表者名: Tobo, Y., J. Uetake, H. Matsui, N. Moteki, Y. Uji, Y. Iwamoto, K. Miura, and R. Misumi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 ページ: e2020JD033658
  • DOI: 10.1029/2020JD033658
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Resolving aerosol mixing state increases accuracy of black carbon respiratory deposition estimates (2020)
  • 著者名/発表者名: Ching, J., M. Kajino, and H. Matsui
  • 雑誌名: One Earth 巻: 3 ページ: 763-776
  • DOI: 10.1016/j.oneear.2020.11.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] AeroCom phase III multi-model evaluation of the aerosol life cycle and optical properties using ground and space based remote sensing as well as surface in-situ observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Gliss, J., A. Mortier, M. Schulz, E. Andrews, Y. Balkanski, S. E. Bauer, A. M. K. Benedictow, H. Bian, R. Checa-Garcia, M. Chin, P. Ginoux, J. J. Griesfeller, A. Heckel, B. N. Holben, S. Kinne, Z. Kipling, A. Kirkevag, H. Kokkola, P. Laj, P. L. Sager. R. Levy, M. T. Lund, C. L. Myhre, H. Matsui, G. Myhre, et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 ページ: 87-128
  • DOI: 10.5194/acp-21-87-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] First global evaluation of the representation of water uptake within ten earth system models (2020)
  • 著者名/発表者名: Burgos, M. A., E. Andrews, G. Titos, A. Benedetti, H. Bian, V. Buchard, G. Curci, A. Kirkevag, H. Kokkola, A. Laakso, M. Lund, H. Matsui, G. Myhre, C. Randles, M. Schulz, T. van Noije, K. Zhang, L. Alados-Arboledas, U. Baltensperger, A. Jefferson, J. Sherman, J. Sun, E. Weingartner, and P. Zieger
  • 学会等名: EGU 2020 meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Black carbon and inorganic aerosols in Arctic snowpack (2020)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Y. Kondo, S. Ohata, Y. Zhao, P. R. Sinha, N. Oshima, H. Matsui, N. Moteki, and M. Koike
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 航空機を用いた東アジアおよび北極域における黒色炭素と酸化鉄エアロゾルの動態研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉田淳、茂木信宏、大畑祥、森樹大、小池真、近藤豊、松井仁志、大島長、高見昭憲、北和之
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] ニーオルスンに沈着した黒色炭素粒子濃度の季節変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森樹大、近藤豊、福田かおり、當房豊、東久美子、大畑祥、松井仁志、Sinha, P. R.、大島長、矢吹正教、茂木信宏、小池真
  • 学会等名: 日本エアロゾル学会
• [学会発表] AeroCom III multi-model comparison: Update on biomass burning emission injection height experiment (BBEIH) (2020)
  • 著者名/発表者名: Pan, X., R. Kahn, M. Chin, H. Matsui, T. Takemura, B. Xie, H. Zhang, and M. Val Martin
  • 学会等名: 19th AeroCom workshop and 8th AeroSAT workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Vertical profile: Are models getting better after all these years? (2020)
  • 著者名/発表者名: Chin, M., H. Bian, S. Bauer, P. Ginoux, A. Kirkevag, H. Kokkola, T. Kucsera, H. Matsui, G. Myhre, D. Neubauer, T. Takemura, K. Tsigaridis
  • 学会等名: 19th AeroCom workshop and 8th AeroSAT workshop
  • 国際学会
• [学会発表] First global overview on the representation of water uptake by ten global climate models (2020)
  • 著者名/発表者名: Burgos, M. A., E. Andrews, G. Titos, A. Benedetti, H. Bian, V. Buchard, G. Curci, A. Kirkevag, H. Kokkola, A. Laakso, M. Lund, H. Matsui, G. Myhre, C. Randles, M. Schulz, T. van Noije, K. Zhang, L. Alados-Arboledas, U. Baltensperger, A. Jefferson, J. Sherman, J. Sun, E. Weingartner, and P. Zieger
  • 学会等名: 19th AeroCom workshop and 8th AeroSAT workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 北極域のブラックカーボンの放射強制力に対する雲内上昇流の扱いの重要性について (2020)
  • 著者名/発表者名: 松井仁志、茂木信宏
  • 学会等名: 第25回大気化学討論会
• [学会発表] Seasonal variation of wet deposition of black carbon at Ny-Alesund, Svalbard (2020)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., S. Ohata, K. Goto-Azuma, Y. Kondo, K. Fukuda, Y., Ogawa-Tsukagawa, N. Moteki, A. Yoshida, M. Koike, P. R. Sinha, N. Oshima, H. Matsui, Y. Tobo, M. Yabuki, and W. Aas
  • 学会等名: The 11th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Atmospheric radiative and oceanic biological productivity responses to anthropogenic combustion-iron emission in the 1850-2000 period (2020)
  • 著者名/発表者名: Rathod, S., D. Hamilton, N. Mahowald, H. Matsui, J. Pierce, and T. Bond
  • 学会等名: 2020 AGU Fall Meeting
  • 国際学会