東アジアの人為起源エアロゾルの間接効果

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26241003
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小池 真 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00225343)
• 研究分担者: 谷本 陽一 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 教授 (00291568) ; 中村 尚 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (10251406) ; 松井 仁志 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球表層物質循環研究分野, 研究員 (50549508) ; 大島 長 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 研究官 (50590064) ; 中島 孝 東海大学, 情報理工学部, 教授 (70408029)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: エアロゾル / 雲物理 / 数値モデル

研究実績の概要

エアロゾルの雲への影響（エアロゾルの間接効果）は、気候変動を引き起こす有効放射強制力の最大不確定要因である。この不確定性を克服するためには、エアロゾルという物質科学と、気象学を融合させた新しい統合的研究が必要である。本研究の目的はこのような統合的研究アプローチにより、西太平洋の下層雲を研究対象として、SST・境界層の構造に着目することによりエアロゾルが直接引き起こす雲微物理量の変化（雲のミクロな変化）と、その結果として生じる雲厚や雲量などの雲のマクロな変化を素過程に基づいて理解し、間接効果を詳細な領域モデルにより評価することである。
H26年度は2009年の春季東シナ海・黄海で実施されたエアロゾルと下層雲の航空機観測を対象とした数値モデル計算と解析を実施した。この結果、数値モデルの空間解像度以下のスケール（サブグリッドスケール）での乱流による上昇流の効果を、エアロゾルから雲粒活性化において正しく評価することが重要であることがわかった。本研究では力学計算と整合的な表現を導入することにより、航空機観測で得られた上昇流速度と絶対値が近い値を得ることができた。さらにこの上昇流速度の指標として雲粒数濃度とエアロゾル数濃度の比率を、航空機観測と数値モデル計算と比較したところ正の相関が見られた。これは高い海面水温（黒潮）上への寒気移流などによる大気境界層内での上昇流強化を、数値モデル計算がある程度正しく再現できていることを示唆する結果である。一方においてエントレインメント過程の表現などには、まだ多くの問題点があることがわかった。

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

H26年度は当初計画どおりに、2009年の航空機観測を対象とした数値計算を実施した。アジアの広域的なエアロゾルの輸送の影響を反映させるために、インドから東のアジア全域をカバーするドメインを設定し、その中に、空間解像度を高くした２段のドメインをネスティングさせた計算を実施した。また初期値・境界値には気象庁のGSM解析値を使用し、外側の2つのドメインの自由対流圏の気象場にはナッジングをかけた計算を実施した。これらの設定により現実的な気象場が再現され、航空機観測と比較可能なエアロゾルや雲の計算をすることができた。エアロゾルモデルはこれまでの長年の経験により各種の設定を最適化し、現実的なエアロゾルの場を計算することができた。このようにH26年度は当初予定どおりに研究が進行していると言える。

今後の研究の推進方策

本年度（H27年度）は、昨年度の2009年春季の航空機観測と対象とした数値モデル計算研究を論文として取りまとめる。２つの論文としてまとめる予定で、１本目の論文では、数値モデルの空間解像度以下のスケール（サブグリッドスケール）での乱流による上昇流のエアロゾルから雲粒への活性化影響を中心に、数値モデル計算の検証と問題点を示す予定である。2本目の論文では、このような乱流の効果を考慮した数値モデルにより、西太平洋特有の温暖な海面水温（黒潮）のエアロゾル－雲相互作用に対して果たす役割についての研究成果を示す予定である。
本研究では引き続き2013年の夏季の航空機観測を対象とした数値モデル計算を実施する。

研究成果

• [雑誌論文] Continuous daily observation of the marine atmospheric boundary layer over the Kuroshio by a helicopter shuttle service (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto, Y., K. Shimoyama, and S. Mori
  • 雑誌名: ournal of Atmospheric and Oceanic Technology 巻: 32 ページ: 3-21
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1175/JTECH-D-14-00067.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Case study of absorption aerosol optical depth closure of black carbon over the East China Sea (2014)
  • 著者名/発表者名: Koike, M., N. Moteki, P. Khatri, T. Takamura, N. Takegawa, Y. Kondo, H. Hashioka, H. Matsui, A. Shimizu, and N. Sugimoto
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Atmos 巻: 119 ページ: 112-136
  • DOI: 10.1002/2013JD020163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Volatility basis-set approach simulation of organic aerosol formation in East Asia: implications for anthropogenic–biogenic interaction and controllable amounts (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsui, H., M. Koike, Y. Kondo, A. Takami, J. D. Fast, Y. Kanaya, and M. Takigawa
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys 巻: 14 ページ: 1-21
  • DOI: 10.5194/acp-14-9513-2014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an aerosol microphysical module: Aerosol Two-dimensional bin module for foRmation and Aging Simulation (ATRAS) (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsui, H., M. Koike, Y. Kondo, J. D. Fast, and M. Takigawa
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys 巻: 14 ページ: 10315-10331
  • DOI: 10.5194/acp-14-10315-2014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeled black carbon radiative forcing and atmospheric lifetime in AeroCom Phase II constrained by aircraft observations (2014)
  • 著者名/発表者名: Samset, B. H., G. Myhre, A. Herber, Y. Kondo, S.-M. Li, N. Moteki, M. Koike, N. Oshima, J. P. Schwarz, Y. Balkanski, S. E. Bauer, N. Bellouin, T. K. Berntsen, H. Bian, M. Chin, T. Diehl, R. C. Easter, S. J. Ghan, T. Iversen, A. Kirkevåg, and et. al.,
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys 巻: 14 ページ: 12465-12477
  • DOI: 10.5194/acp-14-12465-2014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variability of aerosol particle number concentrations observed over the western Pacific in the spring of 2009 (2014)
  • 著者名/発表者名: Takegawa, N., N. Moteki, N. Oshima, M. Koike, K. Kita, A. Shimizu, N. Sugimoto, and Y. Kondo
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Atmos 巻: 119 ページ: 13474-13488
  • DOI: 10.1002/2014JD0022014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wet deposition of black carbon at a remote site in the East China Sea (2014)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Y. Kondo, S. Ohata, N. Moteki, H. Matsui, N. Oshima, and A. Iwasaki
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Atmos 巻: 119 ページ: 10485-10498
  • DOI: 10.1002/2014JD022103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Volatility basis-set approach simulation of organic aerosol formation in East Asia: implications for anthropogenic-biogenic interaction and controllable amounts (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsui, H., M. Koike, Y. Kondo, A. Takami, J. D. Fast, Y. Kanaya, and M. Takigawa
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys 巻: 14 ページ: 9513-9535
  • DOI: 10.5194/acp-14-9513-2014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling ultrafine particle growth at a pine forest site influenced by anthropogenic pollution during BEACHON-RoMBAS 2011 (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Y. Cui, A. Hodzic, J. N. Smith, J. Ortega, J. Brioude, H. Matsui, E. J. T. Levin, A. Turnipseed, P. Winkler, and B. de Foy
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 14 ページ: 10485-10498
  • DOI: 10.5194/acp-14-11011-2014
  • 査読あり
• [学会発表] ヘリコプター定期便を活用した黒潮上の大気境界層観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷本陽一・下山宏・森章一
  • 学会等名: 日本海洋学会2015年春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学(東京）
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Vertical transport and removal of black carbon over East Asia in spring during the A-FORCE aircraft campaign (2014)
  • 著者名/発表者名: Oshima, N., M. Koike, Y. Kondo, H. Nakamura, N. Moteki, H. Matsui, N. Takegawa, and K. Kita
  • 学会等名: 2014 AGU fall meeting
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2014-12-15
• [学会発表] Wet deposition of Black Carbon at a Remote Site in the East China Sea (2014)
  • 著者名/発表者名: Mori. T., Y. Kondo, N. Moteki, S. Ohata, H. Matsui, N. Oshima, and A. Iwasaki
  • 学会等名: 2014 AGU fall meeting
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2014-12-15
• [学会発表] 数値モデル開発に基づくエアロゾルの化学・微物理過程の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井仁志
  • 学会等名: 第20回大気化学討論会
  • 発表場所: 府中グリーンプラザ(東京）
  • 年月日: 2014-10-29
• [学会発表] エアロゾルの数・粒径・混合状態を予測する新世代モデルの開発と検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井仁志
  • 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）
  • 年月日: 2014-10-22
• [学会発表] Vertical transport mechanisms of black carbon over East Asia in spring during the A-FORCE aircraft campaign (2014)
  • 著者名/発表者名: Oshima N., M. Koike, Y. Kondo, H. Nakamura, N. Moteki, H. Matsui, N. Takegawa, and K. Kita
  • 学会等名: 13th International Global Atmospheric Chemistry Science Conference
  • 発表場所: Natal (Brazil)
  • 年月日: 2014-09-23
• [学会発表] ミクロから全球スケールまでのブラックカーボンのモデル研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大島長、田中泰宙、小池真、茂木信宏、近藤豊
  • 学会等名: 第31回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • 発表場所: 筑波大学(茨城）
  • 年月日: 2014-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] Diagnosis of Meridional Carbon Monoxide Transport in the Troposphere (2014)
  • 著者名/発表者名: Deushi M., and N. Oshima
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 2014
  • 発表場所: メルキュールホテル札幌(北海道）
  • 年月日: 2014-07-31
• [学会発表] アジア域の有機エアロゾル生成の人為・自然起源相互作用:VBSモデルの開発と検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井仁志、小池真、近藤豊、高見昭憲、金谷有剛、滝川雅之
  • 学会等名: 日本気象学会2014年度春季大会
  • 発表場所: 横浜開港記念会館(神奈川）
  • 年月日: 2014-05-23
• [学会発表] 航空機によるエアロゾルの観測とモデル研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大島長、近藤豊、小池真、茂木信宏、竹川暢之、北和之、中村尚
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川）
  • 年月日: 2014-04-29
  • 招待講演
• [学会発表] VBS法を用いた有機エアロゾルモデルの開発と検証：アジア域における人為・自然起源の相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井仁志、小池真、近藤豊、高見昭憲、金谷有剛、滝川雅之
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川）
  • 年月日: 2014-04-29
• [学会発表] 夏季の沖縄県辺戸岬における降水中のブラックカーボン粒子濃度の支配要因 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森樹大、大畑祥、 近藤豊、茂木信宏、松井仁志、岩崎綾、友寄喜貴、嘉手納恒
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川）
  • 年月日: 2014-04-29
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科・地球惑星科学専攻・大気海洋科学大講座
  • URL: http://www-aos.eps.s.u-tokyo.ac.jp/~koike/