オゾンの衛星観測データ均質化とマルチセンサ長期再解析

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03748
• 研究機関: 気象庁気象研究所
• 研究代表者: 直江 寛明 気象庁気象研究所, 気候・環境研究部, 室長 (70354511)
• 研究分担者: 眞木 貴史 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 室長 (50514973)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: オゾン長期再解析 / オゾン全量 / Level 2の衛星観測オゾン / バイアス補正

研究実績の概要

気象庁第３次長期再解析 (JRA-3Q) の境界条件として使用する再解析オゾンの精度を科学的に評価した。
JRA-3Qの境界条件として使用している日別３次元オゾン分布は、現業紫外線予測の化学輸送モデルを再解析の気象場で駆動し、衛星観測オゾン全量データをナッジングして作成している。JRA-3Qで使用するモデルから改善点は、化学輸送モデルを駆動する大気モデルを10年ほど新しいモデルへの更新、モデルの解像度化 (水平格子300km から水平格子110km へ)、駆動する気象場はJRA-25からJRA-55へ、海面水温及び海氷はこれまでの気候値から長期再解析で使用しているものと同じ日別値、などである。
オゾン生成に関する改善点は、以下のとおりである。これまでオゾン破壊物質はJRA-25と同様に別のオゾン鉛直1次元モデルを用いて作成し、それを全球一律鉛直プロファイルであたえ、2005年以降は2004年で固定としていた、これをオゾンモデル比較実験 (CCMVal, CCMI)で推奨されているようにオゾン破壊物質を最下層に与え、モデル内で十分な年数を経て整合的拡散させた３次元分布へと改善した。また、オゾン衛星観測データはLevel 3 データから Level 2データをバイアス補正して結合させて作成した独自のLevel3データへ、1978年以前は気候値オゾンから、気象場で駆動したモデル出力値にスケーリングファクタで補正した日別値へ、などである。
これらの変更により、JRA-3Qで用いられている成層圏オゾンはJRA-55と比べて大幅に改善し、品質として一貫している。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究で目標としていた、バイアス補正を施して作成したオゾン観測データセットを化学気候モデルでデータ同化し、オゾン長期再解析の作成はは既に完了した。
中間圏オゾンは、オゾン全量で同化してもモデルのバイアスがそのまま反映されるため、オゾン観測の気候値と再解析オゾンの比（スケーリングファクター）を求め、中間圏オゾンのバイアス補正を行った。また、オゾン衛星観測がない時代のオゾンは気象場から駆動したモデルオゾンの出力値しか存在しないため、衛星時代の再解析オゾンとデータ同化なしのオゾンから比を算出し、別のスケーリングファクターを用いることで、非衛星時代オゾンのバイアス補正を行った。
これらの変更、及び、モデルの改善、整合性のあるオゾン破壊物質の与え方、海面水温の気候値からの変更などにより、JRA-3Qで境界条件として使用している成層圏オゾンはJRA-55と比べて大幅に改善し、品質として一貫していることがわかった。よって、本研究は計画以上に進行している。

今後の研究の推進方策

これまで、マルチセンサーの衛星観測オゾン全量 Level 2 データを地上観測との比較によりバイアス補正し、時間方向に一様かつ高分解能な結合データセットを作成した。また得られた観測データと最先端の化学気候モデルによるデータ同化・オゾン長期再解析を行い、各予報機関で作成しているオゾンの長期再解析データと比較することで品質評価を行った。
今後は品質評価で得られた成果のとりまとめや、バイアス補正をして作成した高精度なデータセットを用いて、これまで統計的有意性が低く未解明であった熱帯QBOがオゾン層変動に及ぼしうる影響を解明する計画である。

次年度使用額が生じた理由

令和２年度に、結合した観測データセットと最先端の化学気候モデルを用いてデータ同化を実施し、オゾン長期再解析をシンポジウムにおいて発表する予定であったが、非衛星期間の長期再解析がまだ未実施のため、計画を変更し全期間の長期再解析について解析を行うこととした。このため、オゾン長期再解析のとりまとめとシンポジウムでの発表を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。

研究成果

• [雑誌論文] An evaluation of tropical waves and wave forcing of the QBO in the QBOi models (2020)
  • 著者名/発表者名: Holt, LA, F Lott, RR Garcia, GN Kiladis, Y‐M Cheng, JA Anstey, P Braesicke, AC Bushell, N Butchart, C Cagnazzo, C-C Chen, H-Y Chun, Y Kawatani, T Kerzenmacher, Y-H Kim, C McLandress, H Naoe, SM Osprey, JH Richter, AA Scaife, J Scinocca, F Serva, S Versick, S Watanabe, K Yoshida, S Yukimoto
  • 雑誌名: Q. J. R. Meteorol. Soc. 巻: - ページ: 1-27
  • DOI: 10.1002/qj.3827
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Prediction of the quasi-biennial oscillation with a multi-model ensemble of QBO-resolving models (2020)
  • 著者名/発表者名: Stockdale,T.N., Y.-H. Kim, J.A. Anstey, F. Palmeiro, N. Butchart, A.A. Scaife, M. Andrews, A.C. Bushell, M. Dobrynin, J. Garcia-Serrano, K. Hamilton11, Y. Kawatani, F. Lott, C. McLandress, H. Naoe, S. Osprey, H. Pohlmann, J. Scinocca, S. Watanabe, K. Yoshida and S. Yukimoto
  • 雑誌名: Q. J. R. Meteorol. Soc. 巻: - ページ: 1-22
  • DOI: 10.1002/qj.3919
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Seasonal to decadal predictions with MIROC6: Description and basic evaluation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, T., H. Tatebe, H. Koyama, T. Mochizuki, K. Ogochi, H. Naoe, Y. Imada, H. Shiogama, M. Kimoto, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Advances in Modeling Earth Systems 巻: 12 ページ: 1-25
  • DOI: 10.1029/2019MS002035
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マルチセンサの衛星観測によるオゾン全量のバイアス補正 (2020)
  • 著者名/発表者名: 直江寛明, 松本隆則, 上野圭介, 眞木貴史, 出牛真, 竹内綾子
  • 学会等名: 日本気象学会2020年度春季大会
• [学会発表] Bias correction of satellite multi-sensor total column ozone datasets and their merged ozone dataset (2020)
  • 著者名/発表者名: Naoe, H., T. Matsumoto, K. Ueno, T. Maki, M. Deushi, A. Takeuchi
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [備考] 気象研究所 直江寛明
  • URL: https://www.mri-jma.go.jp/Member/clg/kinaoehiroakina.html
• [備考] NAOE Hiroaki, Meteorological Research Institute
  • URL: https://www.mri-jma.go.jp/Member/clg/kinaoehiroakina.html