大気化学-気候結合モデルを用いた熱帯対流圏界面領域における輸送・光化学過程の研究

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19740283
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 気象・海洋物理・陸水学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 藤原 正智 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究院, 准教授 (00360941)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 熱帯 / 対流圏界面 / 輸送 / 光化学 / 数値モデル

研究概要

熱帯の対流圏界面領域の気温や風速等には、数日から数十日の時間スケールで非常に大きな変動がある。これは主として熱帯の組織化した積雲群から励起される各種赤道波や季節内振動である。これら熱帯圏界面擾乱は、成層圏対流圏間の輸送過程や成層圏水蒸気濃度決定過程に主要な役割を果たしていると考えられる。したがって、成層圏オゾンの将来予測をおこなう数値モデル(大気化学-気候結合モデル、Chemistry Climate Model)は、こうした擾乱活動度を適切に表現している必要がある。本研究では、世界の4機関のCCM(CCSRNIES, CMAM, MRI, WACCM)と5つの全球再解析データ(ERA40, ERA-Interim, JRA25, NCEP/NCAR (NCEP1), NCEP-DEO AMIP-II (NCEP2))について、熱帯100hPaの気温・水平風速における波動活動度を、赤道対称-非対称分解による時空間スペクトル解析により調べ、比較した。
全てのデータセットについて、赤道ケルビン波、混合ロスビー重力波が見い出された。いわゆる季節内振動(振動数0.05cycle/day以下)は、今回の手法ではほとんど統計的に有意なシグナルとしては取り出せなかったが、全てのデータセットにおいてこの振動数領域が最も大きなパワーを持っていた。気温データにおける、赤道ケルビン波、混合ロスビー重力波、季節内振動(赤道対称・東進のみ)について、パワースペクトル密度の領域積分として活動度を定義し、9つのデータセット間で比較した。その際赤道ケルビン波と混合ロスビー重力波については統計的有意性を考慮した。一方、季節内振動の活動度は上限値である。その結果、まず5種の全球再解析データ間で波動・擾乱活動度に大きな違いがあることが判明した。ERA40/ERA-Interimにおける赤道ケルビン波と混合ロスビー重力波の活動度は、NCEP1/NCEP2の2-3倍であり、JRA25はそれらの中間に位置する。季節内振動の活動度(の上限値)については、全球再解析データ間で大きな違いはない。一方、4種のCCMは基本的には全球再解析データ間のばらつきの範囲内に収まっていた。WACCMは赤道ケルビン波と混合ロスビー重力波の活動度が最大で、ERA40/ERA-Interimのそれと同程度であった。CCSRNIESは赤道ケルビン波活動度が最小で、MRIは混合ロスビー重力波活動度が最小であった。季節内振動の活動度については、CCSRNIES以外のCCMはいずれも全球再解析データよりも大きかった。
つまり、CCMの検証をおこなうべき全球再解析データに大きなばらつきがあり、現実がどの程度なのか現在利用可能な全球再解析データの範囲では判断がつかないということが分かった。今後、ラジオゾンデデータやGPS掩蔽による気温データなどの観測データに立ち返って、現実の波動・擾乱活動度を調べる必要がある。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis of the tropical tropopause layer using the Nonhydrostatic ICosahedral Atmospheric Model (NICAM): Aqua-planet experiments, Journal of Geophysical Research (2010)
  • 著者名/発表者名: Kubokawa, H., M. Fujiwara, T. Nasuno, M. Satoh
  • 雑誌名: (in press)
• [雑誌論文] SPARC CCMVal Report on the Evaluation of Chemistry-Climate Models, V. Eyring, T.G. Shepherd, D.W. Waugh (Eds. ), SPARC Report No. 5, WCRP-X, WMO/TD-No. X, available online at (2010)
  • 著者名/発表者名: SPARC CCMVal
  • 雑誌名: 藤原はChapter 7のco-authorのひとり
• [雑誌論文] Cirrus observations in the tropical tropopause layer over the western Pacific, Journal of Geophysical Research (2009)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, M., S. Iwasaki, A. Shimizu, Y. Inai, M. Shiotani, F. Hasebe, I. Matsui, N. Sugimoto, H. Okamoto, N. Nishi, A. Hamada, T. Sakazaki, K. Yoneyama
  • 雑誌名: 114 ページ: D09304
• [雑誌論文] Correction of radiosonde pressure and temperature measurements using simultaneous GPS height data, Scientific Online Letters on the Atmosphere (2009)
  • 著者名/発表者名: Inai, Y., F. Hasebe, K. Shimizu, M. Fujiwara
  • 雑誌名: 5 ページ: 109-112
• [雑誌論文] Multi-model assessment of the upper troposphere and lower stratosphere: Tropics and trends, Journal of Geophysical Research, submitted (2009)
  • 著者名/発表者名: Gettekman, A., M. I. Hegglin, S-W. Son, J. Kim, M. Fujiwara, T. Birner, S. Kremser, M. Rex, J. A. Anel, J. Austin, J. F. Lamarque, H. Akiyoshi, D. Plummer, T. G. Shepherd, J. Scinocca, M. Michou, H. Teyssedre, M. Dameris, H. Garny, C. Bruhl, P. Jockel. S. Pawson, S. Bekki, K. Shibata, D. Smale, E. Rozanov, E. Mancini, G. Pitari, O. Morgenstern, M. Chipperfield, S. Dhomse, W. Tian, N. Butchart, S. C. Hardiman, P. Braesike, J. A. Pyle, D. E. Kinnison
• [雑誌論文] Correction for radiation dry bias found in RS92 radiosonde data during the MISMO field experiment, Scientific Online Letters on the Atmosphere (2008)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama, K., M. Fuj i ta, N. Sato, M. Fuj iwara, Y. Inai, F. Hasebe
  • 雑誌名: 4 ページ: 13-16
• [雑誌論文] Ozonesonde observations at Christmas Island (2N, 157W) in the equatorial central Pacific, Journal of Geophysical Research (2008)
  • 著者名/発表者名: Takashima, H., M. Shiotani, M. Fujiwara, N. Nishi, F. Hasebe
  • 雑誌名: 113 ページ: D10112
• [雑誌論文] Correlation between equatorial Kelvin waves and the occurrence of extremely thin ice clouds at the tropical tropopause, Atmospheric Chemistry and Physics (2008)
  • 著者名/発表者名: Immler, F., K. Kruger, M. Fujiwara, G. Verver, M. Rex, O. Schrems
  • 雑誌名: 8 ページ: 4019-4026
• [雑誌論文] 成層圏対流圏結合 (2007)
  • 著者名/発表者名: 藤原正智, 山崎孝治
  • 雑誌名: 天気 54 ページ: 597-600
• [学会発表] Seasonal to decadal variations of water vapor in the tropical lower stratosphere observed with balloon-borne frost-point hygrometers (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Fujiwara, 他11名
  • 学会等名: IGAC-SPARC Joint Workshop
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 20091025-20091026
• [学会発表] Seasonal to long-term variations of water vapor in the tropical lower stratosphere observed with balloon傭orne hygrometers (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Fujiwara, 他11名
  • 学会等名: 17th Conference on Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics and 15th Conference on Middle Atmosphere
  • 発表場所: Stowe, VT, USA
  • 年月日: 20090608-20090612
• [学会発表] 気球搭載水蒸気計により観測された熱帯下部成層圏の水蒸気の季節～長期変動 (2009)
  • 著者名/発表者名: 藤原正智, 他12名
  • 学会等名: 第3回赤道大気レーダーシンポジウム・第129回生存圏シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学宇治
  • 年月日: 2009-09-11
• [学会発表] Observations of ozone, water vapor, and cirrus in the tropical tropopause layer over the Pacific (2009)
  • 著者名/発表者名: Fuiiwara, M.
  • 学会等名: SPARC 4th General Assembly
  • 発表場所: ボローニャ、イタリア
  • 年月日: 2009-09-04
• [学会発表] 気球搭載水蒸気計により観測された熱帯下部成層圏の水蒸気の季節～長期変動 (2009)
  • 著者名/発表者名: 藤原正智, 他11名
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2009年大会
  • 発表場所: 千葉市幕張メッセ
  • 年月日: 2009-05-21
• [学会発表] 熱帯下部成層圏における水蒸気の長期変動(1) (2008)
  • 著者名/発表者名: 藤原正智, 他8名
  • 学会等名: 日本気象学会2008年度秋季大会
  • 発表場所: 仙台国際センター(仙台市青葉区青葉山)
  • 年月日: 20081119-20081121
• [学会発表] 西太平洋の熱帯対流圏界層(TTL)におけるcirrusの観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 藤原正智, 他12名
  • 学会等名: 第2回赤道大気レーダーシンポジウム・第105回生存圏シンポジウム
  • 発表場所: 宇治市
  • 年月日: 20080925-20080926
• [学会発表] 熱帯西太平洋域における水蒸気・オゾンゾンデ観測キャンペーン(2007年1月・2008年1月) (2008)
  • 著者名/発表者名: 藤原正智, 他8名
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連舎2008年大会
  • 発表場所: 千葉市幕張メッセ
  • 年月日: 20080525-20080530
• [学会発表] SHADOZデータによる熱帯オゾンの季節変動と年々変動 (2008)
  • 著者名/発表者名: 森岡浩・藤原正智, 他4名
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2008年大会
  • 発表場所: 千葉市
  • 年月日: 20080525-20080530
• [学会発表] 熱帯西太平洋の対流圏界面領域におけるCirrusの観測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 藤原正智, 他13名
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20071014-20071016
• [学会発表] Cirrus observations in the tropical tropopause layer over the western Pacific (2007)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, M., 他13名
  • 学会等名: 14th Conference on the Middle Atmosphere
  • 発表場所: Portland, USA
  • 年月日: 20070820-20080824
• [学会発表] Cirrus observations in the tropical tropopause layer over the western Pacific (2007)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, M., 他13名
  • 学会等名: AGU fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2007-12-12
• [学会発表] Cirrus observations in the troPical troPoPause layer over the western Pacific (2007)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, M., 他14名
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2007年大会
  • 発表場所: 千葉市幕張メッセ
  • 年月日: 2007-05-30