熱帯対流圏界層内大気科学過程に関する力学的・化学的描像の統合

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26220101
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 長谷部 文雄 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 教授 (00261735)
• 研究分担者: 青木 周司 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00183129) ; 藤原 正智 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 准教授 (00360941) ; 塩谷 雅人 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (50192604) ; 柴田 隆 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (70167443) ; 林 政彦 福岡大学, 理学部, 教授 (50228590) ; 西 憲敬 福岡大学, 理学部, 准教授 (00222183) ; 宮崎 和幸 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球表層物質循環研究分野, 主任研究員 (30435838)
• 研究期間 (年度): 2014-05-30 – 2019-03-31
• キーワード: 物質循環 / 成層圏大気大循環 / 熱帯対流圏界層 / 脱水過程 / クライオサンプリング / 大気の年齢

研究実績の概要

宇宙航空研究開発機構(宇宙科学研究所)を介してインドネシア航空宇宙庁(LAPAN)との間に技術協力協定を締結し、LAPANを現地側責任組織として、インドネシア科学技術省から研究許可を取得した。一連の手続きに2014年末までの半年以上を費やしたものの、北半球冬季という科学的要請を満たす形で、2015年2月に熱帯西部太平洋域に位置するビアック(1.17°S, 136.06°E)で集中観測を実施することができた。観測期間中に4機の大気球を飛揚し、搭載された各2台のクライオジェニックサンプラーにより計8高度の成層圏大気サンプルを採集した。海上にパラシュート降下・着水したサンプラーは、現地でチャーターしたインドネシア海上警察の高速艇により、全機回収に成功した。採集試料の日本への輸送は、輸送中に年度が替わるのを避けるためジャカルタまでの輸送に留めて保管し、次年度に日本へ輸出することとした。
上記観測期間中には、5機のオゾン・水蒸気・雲粒子ゾンデ、4機の二酸化炭素ゾンデ、2機のエアロゾルサンプラー、1対の加熱・非加熱式光学粒子計数計(Tandem OPC)をゴム気球で飛揚し、一部を除いて概ね良好なデータが得られた。水蒸気ゾンデデータからは、熱帯対流圏界層(TTL)温度変動を水蒸気混合比として記録して熱帯成層圏を上昇する「テープレコーダ信号」を読み取ることができた。さらに、TTL内脱水過程の進行を捉えるため、2波長Mie偏光ライダーを地上で運用したが、TTL内の巻雲は運用開始期に出現したのみで、水蒸気ゾンデ飛揚時には興味ある事例は見出されなかった。
観測機材の到着が次年度になるため、取得データの本格的解析は次年度以降に実施することとした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題で計画していた、クライオジェニックサンプラーによる熱帯域における成層圏大気試料の採集は、予算規模が大きいだけでなく、世界で初めての試みであり、多くの困難が予想された。本課題を申請する前のプロポーザルの段階から、現地LAPANを何度も訪問し、科学的意義や実施に必要な準備などについて説明してきたが、LAPANの協力者にとって初めての経験でもあり、実際に手続きを進めようとすると勝手の違うことが多かったとのことである。事実、インドネシアの法的手続きを全て満たすのに多大の時間を要し、気球の飛揚時間帯の選定、飛揚中の気球の位置通報については、現地入りしてから航空管制当局と直談判して調整するなど、薄氷を踏む経験の連続であった。採集試料の解析は次年度以降へ繰越となったが、こうした多くの困難を克服し、計画した4機の大気球全ての実験を計画の初年度に成功裏に終えることができたことは、順調に進捗していると評価するに十分な成果と考える。

今後の研究の推進方策

クライオジェニックサンプラーにより採集された試料を日本へ輸送し、各種大気微量成分の混合比や同位体比を精密に測定する。それらの中から、代表的clock tracerである二酸化炭素と六フッ化硫黄の混合比の鉛直分布から、熱帯成層圏大気の「年齢」の高度分布を求める。また、同じ集中観測期間中に飛揚された水蒸気ゾンデ観測値に基づいて導出される「テープレコーダ信号」から、代表的高度の大気の成層圏流入時期を評価する。Clock tracerの現場観測により求められた熱帯成層圏大気の「年齢」と水蒸気ゾンデ観測に基づく成層圏大気流入履歴の直接比較は初めての試みであり、結果の整合性が研究の一つの焦点となる。亜熱帯混合障壁により中高緯度からある程度は隔離され、鉛直移流が卓越しているはずの熱帯下部成層圏ではあるが、鉛直拡散や、まだ十分に理解されていない効果のために、その結果は見かけ上の矛盾を示す可能性がある。少なくとも、論文発表されている衛星データに基づいて評価された「年齢」と手元の水蒸気「テープレコーダ信号」との予備的比較によれば、観測誤差では説明できない相違が認められる。これらの矛盾を克服し、いかにして整合的理解に到達するかは、今後の主要な課題のひとつである。そのためには、ラグランジュ的アプローチと化学輸送モデルによるシミュレーションが有効と予想される。まずは、研究グループ内で検討を重ね、なるべく早い時期に成果公表へつなげたい。

研究成果

• [国際共同研究] 航空宇宙庁(LAPAN)(インドネシア)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: 航空宇宙庁(LAPAN)
• [雑誌論文] Altitude misestimation caused by the vaisala RS80 pressure bias and its impact on meteorological profiles (2015)
  • 著者名/発表者名: Inai, Y., M. Shiotani, M. Fujiwara, F. Hasebe, and H. Voemel
  • 雑誌名: Atmos. Meas. Tech. Discuss. 巻: 8 ページ: 2191-2222
  • DOI: doi:10.5194/amtd-8-2191-2015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluating the diurnal cycle of upper tropospheric ice clouds in climate models using SMILES observations (2014)
  • 著者名/発表者名: Jiang, J., H. Su, C. Zhai, J. Shen, T. Wu, J. Zhang, J. Cole, K. Salzen, L. Donner, C. Seman, A. Del Genio, L. Nazarenko, J. Dufresne, M. Watanabe, C. Morcrette, T. Koshiro, H. Kawai, A. Gettelman, L. Millan, W. Read, N. Livesey, Y. Kasai, and M. Shiotani
  • 雑誌名: J. Atmos. Sci. 巻: 72 ページ: 1022-1044
  • DOI: doi:http://dx.doi.org/10.1175/JAS-D-14-0124.1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Improving stratospheric transport trend analysis based on SF6 and CO2 measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: Ray, E. A., F. L. Moore, K. H. Rosenlof, S. M. Davis, C. Sweeney, P. Tans, T. Wang, J. W. Elkins, H. Boenisch, A. Engel, S. Sugawara, T. Nakazawa, and S. Aoki
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Atmos. 巻: 119 ページ: 14,110-14,128
  • DOI: doi:10.1002/2014JD021802
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Intercomparison of Reanalyses Dynamic Variables in the Stratosphere, Results from the SPARC-Reanalysis Intercomparison Project (2014)
  • 著者名/発表者名: Long, C., L. Zhang, and M. Fujiwara
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2014
  • 発表場所: Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-12-16 – 2014-12-17
  • 国際学会
• [学会発表] SOWER (Soundings of Ozone and Ozone in the Equatorial Region): Overview and Highlights (2014)
  • 著者名/発表者名: Hasebe, F., M. Shiotani, M. Fujiwara, T. Shibata, Y. Inai, N. Komala, LAPAN-SOWER Science Team
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2014
  • 発表場所: Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] Volatility and composition of aerosols in tropical stratosphere and TTL over Biak, Indonesia (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., T. Shibata, K. Hara, and F. Hasebe
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2014
  • 発表場所: Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] Horizontally extensive cirrus clouds in the TTL over the eastern tropical Pacific (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashima, H., and H. Tokunaga
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2014
  • 発表場所: Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] Water Vapor and Temperature Measurements within the GCOS Reference Upper Air Network (GRUAN) (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, M. and GRUAN Task Team on Radiosondes
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2014
  • 発表場所: Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SPARC Reanalysis Intercomparison Project (S-RIP) (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, M., and C. Long
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2014
  • 発表場所: Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] The SPARC Reanalysis Intercomparison Project (S-RIP): Comparisons of Water Vapor and Ozone in Reanayses (2014)
  • 著者名/発表者名: Davis, S., M. Hegglin, T. Wang, M. Fujiwara, and K. Rosenlof
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2014
  • 発表場所: Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] 静止衛星赤外データによる雲頂高度気候セットの作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西 憲敬, 濱田 篤, 広瀬 民志
  • 学会等名: 大気圏シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 (神奈川県・相模原市)
  • 年月日: 2014-12-08 – 2014-12-09
• [学会発表] Dehydration in the Tropical Tropopause Layer with the implications for the water/ozone variations over Vietnam (2014)
  • 著者名/発表者名: Hasebe, F., and S.-Y. Ogino
  • 学会等名: The 9th Scientific Conference of the University of Science-Vietnam National University
  • 発表場所: National University of Science (Ho Chi Minh, Vietnam)
  • 年月日: 2014-11-21 – 2014-11-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 平成27年度成層圏大気クライオサンプリング実験計画 (2014)
  • 著者名/発表者名: 菅原 敏, 青木 周司, 本田 秀之, 豊田 栄, 森本 真司, 石戸谷 重之, 後藤 大輔, 中村 俊夫, 中澤 高清
  • 学会等名: 平成26年度大気球シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 (神奈川県・相模原市)
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [学会発表] 熱帯対流圏界層における力学・化学過程の解明 -2014 年 Biak 観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷部 文雄, 稲飯 洋一, 柴田 隆, 林 政彦, 塩谷 雅人, 西 憲敬, 藤原 正智, 宮崎 和幸, 荻野 慎也, 鈴木 順子, 清水 健作, 杉立 卓治, 三村 慧, 高島 久洋, 澤田 岳彦
  • 学会等名: 平成26年度大気球シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 (神奈川県・相模原市)
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [学会発表] インドネシアにおける成層圏大気サンプリング気球実験の計画 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷部 文雄, 青木 周司, 森本 真司, 中澤 高清, 本田 秀之, 池田 忠作, 豊田 栄, 菅原 敏, 石戸谷 重之, 後藤 大輔, 林 政彦, 稲飯 洋一, 吉田 哲也, 飯嶋 一征, 田村 誠
  • 学会等名: 平成26年度大気球シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 (神奈川県・相模原市)
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [学会発表] 下部成層圏のかなとこ雲 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩崎 杉紀, 柴田 隆, 久保田 尚之, 岡本 創, 石元 裕史
  • 学会等名: 日本気象学会 2014年度秋季大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場 (福岡県・福岡市)
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-23
• [学会発表] 静止衛星観測データを用いた長期雲データベースの作成(序報) (2014)
  • 著者名/発表者名: 西 憲敬, 濱田 篤, 広瀬 民志
  • 学会等名: 日本気象学会 2014年度秋季大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場 (福岡県・福岡市)
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-23
• [学会発表] 2010年1-2月の熱帯下部成層圏の急激なCO濃度増加について (2014)
  • 著者名/発表者名: 江口 菜穂, 小寺 邦彦, 上山 令, Q. Li, 高島 久洋
  • 学会等名: 日本気象学会 2014年度秋季大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場 (福岡県・福岡市)
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-23
• [学会発表] 衛星観測データ同化による雷窒素酸化物生成量の推定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮崎 和幸, H. Eskes, 須藤 健悟, C. Zhang
  • 学会等名: 日本気象学会 2014年度秋季大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場 (福岡県・福岡市)
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-23
• [学会発表] 2000年-2001年に観測された成層圏水蒸気減少に関する考察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 納口 泰輔, 三村 慧, 長谷部 文雄
  • 学会等名: 日本気象学会 2014年度秋季大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場 (福岡県・福岡市)
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-23
• [学会発表] CO2 variation in the tropical upper troposphere associated with surface CO2, convective activity, and horizontal advection (2014)
  • 著者名/発表者名: Inai, Y., T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, and M. Shiotani
  • 学会等名: 2014 Western Pacific Airborne Campaigns Science Team Meeting
  • 発表場所: NCAR Mesa Lob (Boulder, USA)
  • 年月日: 2014-10-20 – 2014-10-23
  • 国際学会
• [学会発表] Preliminary findings from the LAPAN-SOWER collaborative observations at Biak, Indonesia in February 2014 (2014)
  • 著者名/発表者名: Inai, Y. and the LAPAN-SOWER science team
  • 学会等名: 2014 Western Pacific Airborne Campaigns Science Team Meeting
  • 発表場所: NCAR Mesa Lob (Boulder, USA)
  • 年月日: 2014-10-20 – 2014-10-23
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of anvil cloud in the lower stratosphere (2014)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki, S., T. Shibata, H. Kubota, H. Okamoto, and H. Ishimoto
  • 学会等名: EarthCARE Workshop 2014
  • 発表場所: National Museum of Emerging Science and Innovation (Miraikan) (Tokyo, Japan)
  • 年月日: 2014-09-18 – 2014-09-18
  • 国際学会
• [学会発表] Collaborative Study on the Tropical Tropopause Layer (TTL) Between SOWER, Japan and LAPAN, Indonesia (2014)
  • 著者名/発表者名: Hasebe, F., M. Shiotani, M. Fujiwara, T. Shibata, Y. Inai, and N. Komala
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Lower-tropospheric Ozone Increase Over the Indochina Peninsula Observed by Ozonesonde Observations in Hanoi, Vietnam (2014)
  • 著者名/発表者名: Ogino, S.-Y., M. Fujiwara, M. Shiotani, F. Hasebe, J. Matsumoto, and G. H. Hoang
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Carbon Dioxide Seasonal Cycle in the Subarctic from GOSAT Retrievals and NIES Transport Model Simulations (2014)
  • 著者名/発表者名: Belikov, D., A. Bril, S. Oshchepkov, Y. Yoshida, H. Takagi, A. Ganshin, R. Zhuravlev, S. Aoki, S. Maksyutov, T. Yokota
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Variation of Global and Regional Scales CH4 Emissions During 1980-2012 (2014)
  • 著者名/発表者名: Ghosh, A., P. Patra, T. Saeki, K. Ishijima, A. Ito, S. Aoki, T. Nakazawa
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Ship Observation and Modeling of Atmospheric CH4, N2O and SF6 Over Japan and the East China Sea (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishijima, K., D. Goto, S. Ishidoya, H. Yashiro, T. Umezawa, S. Sugawara, P. Patra, J. Elkins, G. Dutton, E. Dlugokencky, S. Morimoto, S. Aoki, T. Nakazawa
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Cluster Analysis of the Path of the MJO Convection - Different Impacts on the Tropical Tropopause Temperatures (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishimoto, E., and M. Shiotani
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Wave Activity in the Tropical Tropopause Layer in 9 Reanalysis Datasets (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, M.
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] CO2 Variation in the Tropical Upper Troposphere Associated with Surface CO2, Convective Activity, and Horizontal Advection (2014)
  • 著者名/発表者名: Inai, Y., T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, M. Shiotani
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of Tropical Tropopause Layer Using the Nonhydrostatic Icosahedral Atmosheric Model (NICAM) (2014)
  • 著者名/発表者名: Kubokawa, H., M. Fujiwara, T. Nasuno, H. Miura, M. Yamamoto, M. Satoh
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature Structure Around the Tropical Tropopause Derived from CMIP5 Models and Reanalysis Datasets (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishimoto, E., S. Yoden, and M. Shiotani
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Cloud-top database with only geostationary satellites (CTOP) and its application to the tropical cloud disturbances (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishi, N., A. Hamada, and H. Hirose
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Soundings of Ozone and Water in the Equatorial Region (SOWER) 1998-2014 and beyond (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原 正智
  • 学会等名: Symposium on Progress of the MJO research through the field campaigns
  • 発表場所: 北海道大学 (北海道・札幌市)
  • 年月日: 2014-07-25 – 2014-07-25
• [学会発表] Influence of Vaisala RS80 pressure bias on ozone and temperature data (2014)
  • 著者名/発表者名: Inai. Y., M. Shiotani, M. Fujiwara, and F. Hasebe
  • 学会等名: 21st Conference on Applied Climatology/17th Symposium on Meteorological Observation and Instrumentation
  • 発表場所: Denver Marriott Westminster Hotel (Westminster, USA)
  • 年月日: 2014-06-08 – 2014-06-13
  • 国際学会
• [備考] 熱帯対流圏界層内大気科学過程に関する力学的・化学的描像の統合
  • URL: http://sower.ees.hokudai.ac.jp/kakenhi2014/