巻雲を介した熱帯成層圏対流圏結合と気候変動影響の解明

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03977
• 研究機関: 気象庁気象研究所
• 研究代表者: 吉田 康平 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 研究官 (10636038)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 熱帯成層圏対流圏結合 / 巻雲 / 雲放射効果 / 気候モデリング / 気候変動

研究実績の概要

熱帯の成層圏－対流圏結合変動メカニズムの解明は、1か月～1年程度先の気象・気候予測技術を次の段階に進めるための喫緊の課題であり、その地球温暖化影響も明らかにする必要がある。巻雲は放射過程を通して熱帯成層圏－対流圏結合変動を増幅する可能性があるが、気候予測モデル性能と観測データの不足もあり、その効果は未だ解明に至っていない。本研究課題は地球システムモデルの巻雲再現性を向上させ熱帯成層圏－対流圏結合変動に巻雲が及ぼす影響とそのメカニズムの解明し、その地球温暖化に伴う変化についても明らかにすることを目的としている。
本研究課題の初年度にあたる本年度は主に以下のことを実施した。①地球システムモデルの薄い巻雲の再現と巻雲の雲頂・雲底での適切な放射過程を再現し、気温や循環、水蒸気量、エアロゾルを含めた化学場の高精度化を目的として熱帯対流圏界層を中心に鉛直解像度を増強し層間隔を100～200m程度にする鉛直高解像度化を行った。②巻雲を含む氷雲の生成消滅を扱う雲微物理スキームを改善する定式化の見直しを行った。③大規模アンサンブルシミュレーションデータを用いて成層圏突然昇温の熱帯対流圏への影響を調査した。③については結果をまとめ国際学会4件、国内研究会1件で発表を行い、論文投稿に向けて執筆を行っているところである。
本研究課題の遂行は世界の気象・気候予測モデルの巻雲表現を再考し、気象・気候予測技術を次の段階に進める契機となることが期待される。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度は、地球システムモデルの鉛直高解像度化、雲物理過程の改善と積雲パラメタリゼーションの調整による巻雲過程の改善を実施する予定であったが、モデルの鉛直高解像度化と雲物理過程の見直しの実施に留まり、見直した雲物理過程のモデル実装と積雲パラメタリゼーションの調整は完了しなかった。その理由として当初研究計画になかった大規模アンサンブルシミュレーションデータを用いた成層圏突然昇温の熱帯対流圏への影響の調査と次世代地球システムモデル開発に時間を要したことがある。ただしこれらの実施によって得られた知見は本研究課題の成果に還元されるものである。

今後の研究の推進方策

2年目は早い段階で見直した雲物理過程の地球システムモデル実装と積雲対流パラメタリゼーションのモデル調整を行い、その後、現在気候実験とその解析を行う。3年目に温暖化気候実験を実施し、成果を取りまとめて報告する。

次年度使用額が生じた理由

大規模ストレージ費用と旅費が見積より安価であったこと、ハードディスク費用の支弁が別予算から得られたことで未使用額が生じた。
これらはデータを保存する追加ストレージと成果発表に関わる旅費に使用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Enhanced new particle formation above the marine boundary layer over the Yellow Sea: Potential impacts on cloud condensation nuclei (2020)
  • 著者名/発表者名: Takegawa, N., T. Seto, N. Moteki, M. Koike, N. Oshima, K. Adachi, K. Kita, A. Takami, and Y. Kondo
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2019JD031448
  • 査読あり
• [雑誌論文] The equatorial stratospheric semiannual oscillation and time‐mean winds in QBOi models (2020)
  • 著者名/発表者名: Smith, A. K, L. A. Holt, R. R. Garcia, J. A. Anstey, F. Serva, N. Butchart, S. Osprey, A. C. Bushell, Y. Kawatani, Y.‐H. Kim, F. Lott, P. Braesicke, C. Cagnazzo, C.‐C. Chen, H.‐Y. Chun, L. Gray, T. Kerzenmacher, H. Naoe, J. Richter, S. Versick, V. Schenzinger, S. Watanabe, and K. Yoshida
  • 雑誌名: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 巻: - ページ: 1-17
  • DOI: 10.1002/qj.3690
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Response of the Quasi‐Biennial Oscillation to a warming climate in global climate models (2020)
  • 著者名/発表者名: Richter, J.H., K. Yoshida et al.
  • 雑誌名: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 巻: - ページ: 1-29
  • DOI: 10.1002/qj.3749
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of the Quasi‐Biennial Oscillation in global climate models for the SPARC QBO‐initiative (2020)
  • 著者名/発表者名: Bushell, A.C., K. Yoshida et al.
  • 雑誌名: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 巻: - ページ: 1-31
  • DOI: 10.1002/qj.3765
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Uncertainty in the response of sudden stratospheric warmings and stratosphere-troposphere coupling to quadrupled CO2 concentrations in CMIP6 models (2020)
  • 著者名/発表者名: Ayarzaguena, B., A. J. Charlton-Perez, A. H. Butler, P. Hitchcock, I. R. Simpson, L. M. Polvani6, N. Butchart, E. P. Gerber, L. Gray, B. Hassler, P. Lin, F. Lott, E. Manzini, R. Mizuta, C. Orbe, S. Osprey, D. Saint-Martin, M. Sigmond, M. Taguchi, E. M. Volodin, and S. Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2019JD032345
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of satellite observations on forecasting sudden stratospheric warmings (2020)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, S., Y. Kuroda, H. Mukougawa, R. Mizuta, and C. Kobayashi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2019GL086233
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Significant improvement of cloud representation in the global climate model MRI-ESM2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawai, H., S. Yukimoto, T. Koshiro, N. Oshima, T. Tanaka, H. Yoshimura, and R. Nagasawa
  • 雑誌名: Geosci. Model Dev. 巻: 12 ページ: 2875-2897
  • DOI: 10.5194/gmd-12-2875-2019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Meteorological Research Institute Earth System Model Version 2.0, MRI-ESM2.0: Description and Basic Evaluation of the Physical Component (2019)
  • 著者名/発表者名: Yukimoto, S., H. Kawai, T. Koshiro, N. Oshima, K. Yoshida, S. Urakawa, H. Tsujino, M. Deushi, T. Tanaka, M. Hosaka, S. Yabu, H. Yoshimura, E. Shindo, R. Mizuta, A. Obata, Y. Adachi, and M. Ishii
  • 雑誌名: Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II 巻: 97 ページ: 931-965
  • DOI: 10.2151/jmsj.2019-051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clear-sky ultraviolet radiation modelling using output from the Chemistry Climate Model Initiative (2019)
  • 著者名/発表者名: Lamy, K., M. Deushi, K. Yoshida et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 19 ページ: 10087-10110
  • DOI: 10.5194/acp-19-10087-2019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Influences of quasi-biennial oscillation on the boreal winter extratropical stratosphere in QBOi experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoe, H. and K. Yoshida
  • 雑誌名: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 巻: 145 ページ: 2755-2771
  • DOI: 10.1002/qj.3591
  • 査読あり
• [学会発表] Do sudden stratospheric warmings boost convective activity in the tropics? (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K.
  • 学会等名: WCRP/SPARC SATIO-TCS joint workshop on Stratosphere-Troposphere Dynamical Coupling in the Tropics
  • 国際学会
• [学会発表] Consideration on impacts of SSW on the tropical troposphere through modulation of stratospheric mean meridional circulation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kodera, K.
  • 学会等名: WCRP/SPARC SATIO-TCS joint workshop on Stratosphere-Troposphere Dynamical Coupling in the Tropics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stratospheric dynamical influence on tropical cyclone and equatorial wave (2020)
  • 著者名/発表者名: Eguchi, N., T. Nasuno, and K. Kodera
  • 学会等名: WCRP/SPARC SATIO-TCS joint workshop on Stratosphere-Troposphere Dynamical Coupling in the Tropics
  • 国際学会
• [学会発表] Do sudden stratospheric warmings boost convective activity in the tropics? (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K.
  • 学会等名: Workshop: Stratospheric predictability and impact on the troposphere
  • 国際学会
• [学会発表] Sudden Stratospheric Warming Influence on the Tropical Troposphere with High Resolution Large Ensemble Simulations (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K. and R. Mizuta
  • 学会等名: AOGS 16th Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Influence of Sudden Stratospheric Warmings on the Tropical Troposphere with High Resolution Large Ensemble Simulations (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K. and R. Mizuta, 2019
  • 学会等名: 27th IUGG General Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] 成層圏突然昇温は熱帯の対流を促進するか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田康平
  • 学会等名: 異常気象研究会2019・第7回観測システム・予測可能性研究連絡会「異常気象の発現メカニズムと大規模大気海洋変動の複合過程」
• [学会発表] Mechanisms of Changes in Marine Fog in CMIP5 Multi-Model Simulations (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawai, H., T. Koshiro, H. Endo, and O. Arakawa
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Convective and large-scale precipitation in models (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawai, H., T. Koshiro, H. Yoshimura, R. Oyama, H. Endo, and M. Nakagawa
  • 学会等名: CFMIP Meeting on Clouds
  • 国際学会
• [学会発表] MRI-ESM2の雲表現の改良における様々な苦労 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川合秀明, 行本誠史, 神代剛, 大島長, 田中泰宙, 吉村裕正, 長澤亮二
  • 学会等名: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [学会発表] Evaluation of radiative forcing using MRI earth system model (2019)
  • 著者名/発表者名: Oshima, N.
  • 学会等名: AMAP short-lived climate forcers (SLCF) expert group meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Development of the MRI Earth System Model (MRI-ESM2) and evaluations of radiative effects of black carbon (2019)
  • 著者名/発表者名: Oshima, N.
  • 学会等名: The Workshop on Air Quality and Climate Research Across Scales
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Subseasonal Hindcast Experiments with Different Treatment on Ozone Chemistry and Radiation Processes after Major Sudden Stratospheric Warming Events (2019)
  • 著者名/発表者名: Deushi, M.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Possible impacts of stratospheric ozone on circulation changes in the tropical troposphere following a stratospheric sudden warming event (2019)
  • 著者名/発表者名: Deushi, M.
  • 学会等名: JpGU meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 北半球冬季における成層圏オゾン変動が季節内スケールの対流圏循環に及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 出牛真
  • 学会等名: 異常気象研究会2019・第7回観測システム・予測可能性研究連絡会「異常気象の発現メカニズムと大規模大気海洋変動の複合過程」
• [学会発表] Can low cloud feedback be explained based on low cloud indices? (2019)
  • 著者名/発表者名: Koshiro, T., H. Kawai, and S. Yukimoto
  • 学会等名: CFMIP 2019 Meeting on Clouds, Precipitation, Circulation, and Climate Sensitivity
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of Tropical Lower Stratospheric Cooling on Extreme Deep Convective Activity and Tropical Cyclones (2019)
  • 著者名/発表者名: Kodera, K., N. Eguchi, R. Ueyama, B. Funatsu, and C. Chantal
  • 学会等名: JpGU meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of tropical lower stratospheric cooling on extreme deep convective activity and tropical cyclones (2019)
  • 著者名/発表者名: Kodera, K., N. Eguchi, B. Funatsu, R. Ueyama, and C. Claud
  • 学会等名: AOGS 16th Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 赤道台風Vameiに対する対流圏界面気温の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小寺邦彦, 江口菜穂
  • 学会等名: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [学会発表] 台風の発達過程への成層圏力学場の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 江口菜穂, 那須野智江, 小寺邦彦
  • 学会等名: 異常気象研究会2019・第7回観測システム・予測可能性研究連絡会「異常気象の発現メカニズムと大規模大気海洋変動の複合過程」
• [学会発表] 2019年南半球成層圏突然昇温の熱帯対流圏への影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小寺邦彦
  • 学会等名: 異常気象研究会2019・第7回観測システム・予測可能性研究連絡会「異常気象の発現メカニズムと大規模大気海洋変動の複合過程」
• [学会発表] 熱帯低気圧発達に対する成層圏循環の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小寺邦彦, 江口菜穂
  • 学会等名: 台風研究会
• [学会発表] Role of extreme deep convection on recent decadal tropical change (2019)
  • 著者名/発表者名: Kodera, K., N. Eguchi, R. Ueyama, B. Funatsu, and C. Claud
  • 学会等名: AGU fall Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of stratospheric dynamics on deep convection and equatorial waves (2019)
  • 著者名/発表者名: Eguchi, N., T. Nasuno, K. Kodera
  • 学会等名: AGU fall Meeting 2019
  • 国際学会