Sophistication of climate change prediction of the numerical model by aerosol terrestrial remote sensing observation network

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H01728
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 竹村 俊彦 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (90343326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 入江 仁士 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 准教授 (40392956) ; 西澤 智明 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, 室長 (10462491) ; 青木 一真 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 教授 (90345546) ; 工藤 玲 気象庁気象研究所, 気候研究部, 研究官 (00414508)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 気候変動 / 気象学 / リモートセンシング / 環境質定量化・予測 / エアロゾル

Outline of Annual Research Achievements

SKYNETの対象全サイト・全期間の生データの再解析を実施し、標準データセットの構築を進めた。リアルタイムデータ解析による最新のデータも含めた形でエアロゾルの経年変動を解析したところ、日本では依然としてエアロゾル光学的厚さが減少傾向にあることが分かった。また、長期的な変動（月平均値など）や短期的なイベント（越境大気汚染・黄砂・シベリア森林火災等）の解析も行い、それらの特徴を把握した。MAX-DOAS観測（福岡県）では、火山の影響を除くと、エアロゾル前駆気体の濃度も減少傾向にあることが分かった。SKYNETとNASA/AERONETの調和観測については、集中観測ベースでの比較解析を進め、エアロゾル一次散乱アルベドの両者の系統誤差が非常に小さいことを確認した。
AD-Net観測については、国立環境研究所に構築したデータ公開システムを通じて、リアルタイムでのデータ公開を継続した。昨年実施したAD-Net標準プロダクトを用いた経年変動解析に最近のデータを加えて、長期変動解析へ向けたデータセットの整備を行った。また、SKYNETデータを用いたエアロゾル解析手法の改定に伴い、自動処置・データ公開システムの改訂を進めた。また、人工衛星搭載ライダーCALIOPデータを用いたアルゴリズムの改良（光学モデルの高度化・解析手法の高速化等）を行い、エアロゾル種別の消散係数の鉛直・全球分布推定データを創出した。さらに、SKYNETとAD-Netの両方の観測を行っている地点を選択し、開発を進めてきたスカイラジオメーターとライダーの複合解析手法によって、各地点のエアロゾル光学特性の鉛直分布を導出した。
MIROC-SPRINTARSによるエアロゾル光学特性のシミュレーション結果を、時間不均一サンプリングである地上観測・衛星観測データ補正してから比較するプログラムを構築した。その結果、森林火災起源エアロゾル発生時の到達高度に伴う系統的なバイアスが観測とモデルの間に生じていることが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画通り、キャリブレーション・立体視野角測定の取り扱い・雲除去アルゴリズムについて一貫した解析手法を高度化・確立させ、対象の全サイトおよび全期間の生データの再解析を実施し、標準SKYNETデータセットの構築を進めた。リアルタイムデータ解析にも着手し、最新のデータも含めた形でアジア域を中心としたエアロゾルの特性についての経年変動を明らかにした。また、各観測サイトの観測機器やネットワーク環境等のインフラの整備を行い、連続的なデータの継続性や精度の向上に努めた。特に、他のネットワークとの比較観測も行い、結果の精度保証につながる観測も行っている。SKYNETとAERONETの調和観測も継続し、両者の整合性を精密に評価した。AD-Netの標準プロダクトを用いた経年解析も開始できた。また、本研究で必要となる衛星搭載ライダーCALIOPデータの収集・解析・データセット化を進め、エアロゾル前駆気体の観測をMAX-DOAS法で継続的に実施し、本研究の結果の解釈に役立てている。スカイラジオメーターとライダーの複合解析によるエアロゾルの光学特性（消散係数・オングストローム指数・一次散乱アルベド等）の鉛直分布の導出も計画通りに達成できている。
AD-NetおよびSKYNETのデータ処理・公開は順調に運用が進められ、適宜それらの改良を実施している。SKYNETをAD-Netとともに国際的なGAW Contribution Networkとして明確に位置づけ、データ利用の普及を図った。エアロゾル気候モデルとの比較においては、検討すべき事案であった時間方向のサンプリング不一致を解消する手法を構築し、その結果、数値シミュレーションにおける森林火災起源エアロゾル発生時の鉛直分布の系統誤差を発見することができ、新たな課題として挙がってきた。

Strategy for Future Research Activity

標準SKYNETデータセットを構築するためのキャリブレーション・アルゴリズムをさらに発展させ、対象の全サイトおよび全期間の生データの再解析を実施し、より高品質なデータセットの構築を進める。また、リアルタイムデータ解析を定常モードに移行させ、最新のデータを含めながら、アジア域を中心としたエアロゾルの特性についての経年変動研究を進める。SKYNETとAERONETの調和観測も継続するとともに、国内外で実施の集中観測ベースでの調和観測も随時追加していくほか、SKYNETやAD-Netからは観測できないエアロゾル前駆気体の観測をMAX-DOAS法で継続的に実施する。本研究課題でデータセット化しているスカイラジオメーター観測データは、2017年度に打ち上げられた気候変動観測衛星「しきさい」（JAXA/GCOM-C1）の検証のために活用する。
平成29年度に改良を進めたCALIPSO解析プロダクトを蓄積し、MODISおよび地上観測データとの比較解析に関する成果を論文・学会等で更に公表していく。今後はCALIPSO標準プロダクトとの比較やAD-Net/SKYNETとの比較を順次進めていく。また、複合解析手法によって導出したエアロゾルの光学特性の鉛直分布を元に、大気境界層内と自由大気のエアロゾルの特徴と経年変動を解析する。
時空間代表性の違いを陽に考慮した地上観測網データ・衛星データ・数値モデルデータの比較を進める。それにより気候モデルの不確実性低減を行った上で、気候モデルを用いたエアロゾルの気候影響評価を定量的に行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] アメリカ航空宇宙局（NASA）/ゴダード宇宙飛行センター（GSFC）/スクリップス海洋研究所（SIO）/カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）/メリーランド大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アメリカ航空宇宙局（NASA）/ゴダード宇宙飛行センター（GSFC）/スクリップス海洋研究所（SIO）/カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）/メリーランド大学
• [Int'l Joint Research] リール大学(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: リール大学
• [Int'l Joint Research] ソウル大学/延世大学(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: ソウル大学/延世大学
• [Int'l Joint Research] イタリア学術会議大気科学気候研究所（CNR-ISAC）(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: イタリア学術会議大気科学気候研究所（CNR-ISAC）
• [Int'l Joint Research] バレンシア大学(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: バレンシア大学
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 7
• [Journal Article] Weak hydrological sensitivity to temperature change over land, independent of climate forcing (2018)
  • Author(s): Samset, B. H., G. Myhre, P. M. Forster, O. Hodnebrog, T. Andrews, O. Boucher, G. Faluvegi, D. Flaschner, M. Kasoar, V. Kharin, A. Kirkevag, J.-F. Lamarque, D. Olivie, T. B. Richardson, D. Shindell, T. Takemura, and A. Voulgarakis
  • Journal Title: npj Climate and Atmospheric Science Volume: 1 Pages: 3
  • DOI: 10.1038/s41612-017-0005-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Aerosol effects on cloud water amounts were successfully simulated by a global cloud-system resolving model (2018)
  • Author(s): Sato, Y., D. Goto, T. Michibata, K. Suzuki, T. Takemura, H. Tomita, and T. Nakajima
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Pages: 985
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03379-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Constraining the instantaneous aerosol influence on cloud albedo (2017)
  • Author(s): Gryspeerdta, E., J. Quaas, S. Ferrachat, A. Gettelman, S. Ghan, U. Lohmann, H. Morrison, D. Neubauer, D. G. Partridge, P. Stier, T. Takemura, H. Wang, M. Wang, and K. Zhang
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 114 Pages: 4899～4904
  • DOI: 10.1073/pnas.1617765114
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] PDRMIP: A Precipitation Driver and Response Model Intercomparison Project, Protocol and preliminary results (2017)
  • Author(s): Myhre, G., P. Forster, B. Samset, O. Hodnebrog, J. Sillmann, T. Andrews, O. Boucher, G. Faluvegi, D. Flaeschner, T. Iversen, S. Kharin, M. Kasoar, A. Kirkevag, J.-F. Lamarque, D. J. L. Olivie, T. Richardson, D. Shindell, K. Shine, C. Stjern, T. Takemura, A. Voulgarakis, F. Zwiers, and S. G. Aalbergsjo
  • Journal Title: Bulletin of the American Meteorological Society Volume: 98 Pages: 1185～1198
  • DOI: 10.1175/BAMS-D-16-0019.1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Aerosols at the poles: an AeroCom Phase II multi-model evaluation (2017)
  • Author(s): Sand M., B. H. Samset, Y. Balkanski, S. Bauer, N. Bellouin, T. K. Berntsen, H. Bian, M. Chin, T. Diehl, R. Easter, S. Ghan, T. Iversen, A. Kirkevag, J.-F. Lamarque, G. Lin, X. Liu, G. Luo, G. Myhre, T. van Noije, J. E. Penner, M. Schulz, O. Seland, R. B. Skeie, P. Stier, T. Takemura, K. Tsigaridis, F. Yu , et al.
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 17 Pages: 12197～12218
  • DOI: 10.5194/acp-17-12197-2017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rapid adjustments cause weak surface temperature response to increased black carbon concentrations (2017)
  • Author(s): Stjern, C. W., B. H. Samset, G. Myhre, P. M. Forster, O. Hodnebrog, T. Andrews, O. Boucher, G. Faluvegi, T. Iversen, M. Kasoar, V. Kharin, A. Kirkevag, J.-F. Lamarque, D. Olivie, T. Richardson, D. Shawki, D. Shindell, C. J. Smith, T. Takemura, A. Voulgarakis, and F. Zwiers
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 122 Pages: 11462～11481
  • DOI: 10.1002/2017JD027326
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of influence of temporal and spatial scale of solar radiation measurements on validation of GCOM-C/SGLI (2018)
  • Author(s): Aoki, K.
  • Organizer: Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission FY2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Validation of GCOM-C atmosphere products by SKYNET (2018)
  • Author(s): Irie, H., P. Khatri, T. Takamura, H. Okamoto, A. Damiani, T. Takano, T. Y. Nakajima, T. Nakajima, T. Nishizawa, and SKYNET community
  • Organizer: Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission FY2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Status of post-launch atmosphere group validation plan (2018)
  • Author(s): Irie, H.
  • Organizer: Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission FY2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 衛星および地上リモートセンシングから浮かび上がってきた大気環境の現状 (2018)
  • Author(s): 入江仁士
  • Organizer: 大気環境学会近畿支部
• [Presentation] Operation of an aerosol 7-days forecasting system with a global climate model (2017)
  • Author(s): Takemura, T.
  • Organizer: International Workshop on Asian Dust, Bioaerosols and Environmental Regime Shift
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Climate responses of anthropogenic aerosols assessed with a coupled-ocean general circulation model MIROC (2017)
  • Author(s): Takemura, T., and K. Suzuki
  • Organizer: Asian Conference on Meteorology 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature responses of anthropogenic aerosols assessed with a coupled-ocean general circulation model (2017)
  • Author(s): Takemura, T., and K. Suzuki
  • Organizer: 2017 CFMIP Meeting on Clouds, Precipitation, Circulation, and Climate Sensitivity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ライダーデータを用いたエアロゾル推定手法の性能評価：地上サンプリングデータとの比較 (2017)
  • Author(s): 西澤智明、杉本伸夫、清水厚、原由香里、鵜野伊津志
  • Organizer: 第35回レーザセンシングシンポジウム
• [Presentation] ライダーデータを用いたエアロゾルコンポーネント推定結果と地上観測データとの比較 (2017)
  • Author(s): 西澤智明、杉本伸夫、清水厚、原由香里、鵜野伊津志
  • Organizer: 日本気象学会2017年秋季大会
• [Presentation] 福岡における黄砂のライダー観測 (2017)
  • Author(s): 及川栄治、石井昌憲、白石浩一、西澤智明、是津耕司
  • Organizer: 第35回レーザセンシングシンポジウム
• [Presentation] Maritime aerosol optical properties measured by ship-borne sky radiometer (2017)
  • Author(s): Aoki, K.
  • Organizer: 2017 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Aerosol Optical Properties by using Sky radiometerAerosol Optical Properties by using Sky radiometer at Mt. Jodo/Tateyama, Japan (2017)
  • Author(s): Aoki, K.
  • Organizer: ACPM2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オホーツク海沿岸域の大気エアロゾルの光学的特性 (2017)
  • Author(s): 青木一真、河合なつみ、白土緋那子、芦田裕子、谷川朋範、堀雅裕、青木輝夫
  • Organizer: 日本気象学会2017年秋季大会
• [Presentation] Columnar aerosol optical properties at Hokkaido site in North part of Japan. (2017)
  • Author(s): Aoki, K.
  • Organizer: 16th AeroCom & 5th AeroSAT Workshop 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Validation of satellite aerosol optical properties over land and ocean measured by sky radiometer (2017)
  • Author(s): Aoki, K.
  • Organizer: 3rd International A-Train Symposium 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deployment of the 4AZ-MAXDOAS system at Chiba, Japan: the potential to investigate the spatial inhomogeneity of atmospheric components (2017)
  • Author(s): Irie, H., S. Hoque, and A. Damiani
  • Organizer: 2017 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-year MAX-DOAS observations of formaldehyde and glyoxal in Phimai, Thailand (2017)
  • Author(s): Hoque, S., H. Irie, A. Shimizu, and A. Damiani
  • Organizer: 2017 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Causes leading to enhancements in sulfur dioxide concentration observed by MAX-DOAS in Kyusyu (2017)
  • Author(s): Okuzaki, T., and H. Irie
  • Organizer: 2017 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Geostationary satellites remote sensing for the energy management system (2017)
  • Author(s): Nakajima, T. Y., T. Funayama, Y. Yamamoto, H. Takenaka, T. Nakajima, H. Irie, and A. Higuchi
  • Organizer: EUMETSAT conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Causes leading to enhancements in sulfur dioxide concentration observed by MAX-DOAS in Kyusyu (2017)
  • Author(s): Okuzaki, T., and H. Irie
  • Organizer: The 8th International DOAS Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] First MAX-DOAS observations of formaldehyde and glyoxal in Southeast Asia and South Asia (2017)
  • Author(s): Hoque, S., H. Irie, A. Shimizu, and M. Naja
  • Organizer: The 8th International DOAS Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MAX-DOAS observations as part of the international remote sensing network SKYNET (2017)
  • Author(s): Irie, H., S. Hoque, T. Okuzaki, I. Uno, M. Naja, T. Nishizawa, and T. Nakajima
  • Organizer: The 8th International DOAS Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MAX-DOAS Network Observations in Asia and Russia (MADRAS) since 2007: Overview, OMI satellite data validation and update in 2017 (2017)
  • Author(s): Kanaya, Y., M. Nodzu, K. Miyazaki, H. Irie, H. Takashima, M. Gu, J. Chong, Y.-J. Kim, H. Lee, A. Li, F. Si, J. Xu, P. Xie, W. Liu, A. Dzhola, O. Postylyakov, V. Ivanov, A. Borovski, and E. Grechko
  • Organizer: The 8th International DOAS Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Imaging MAX-DOAS measurements of NO2: observation of urban air pollution and exhause from airplanes (2017)
  • Author(s): Manago, N., Y. Takara, F. Ando, N. Noro, H. Irie, M. Suzuki, and H. Kuze
  • Organizer: The 8th International DOAS Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Aerosol effects on Himawari-8 SW radiation at the SKYNET site of Chiba University (2017)
  • Author(s): Damiani, A., H. Irie, T. Horio
  • Organizer: 2017 JST-NSF-RCN Workshop on Distributed Energy Management Systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of aerosols and trace gases in Phimai, Thailand using MAX-DOAS measurements (2017)
  • Author(s): Hoque, S., H. Irie, and A. Shimizu
  • Organizer: The Third Workshop on Atmospheric Composition and the Asian Monsoon (ACAM)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Causes leading to enhancements in sulfur dioxide concentration observed by MAX-DOAS in Kyusyu (2017)
  • Author(s): Okuzaki, T., and H. Irie
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of aerosols and trace gases in Phimai, Thailand using MAX-DOAS measurements (2017)
  • Author(s): Hoque, S., H. Irie, and A. Shimizu
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deployment of the 4AZ-MAXDOAS system at Chiba, Japan: the potential to investigate the spatial inhomogeneity of atmospheric components (2017)
  • Author(s): Irie, H.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Validation of Himawari8 and MODIS observed water cloud parameters using observation data (2017)
  • Author(s): Khatri, P., T. Hayasaka, H. Iwabuchi, H. Irie, and K. Kawamoto
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of Himawari-8 radiation and aerosol products using SKYNET observations in Japan (2017)
  • Author(s): Damiani, A., H. Irie, T. Horio, T. Takamura, P. Khatri, T. Nagao, T. Y. Nakajima, and H. Takenaka
  • Organizer: 日本気象学会2017年秋季大会
• [Presentation] An improved cloud properties retrieval method from the sky radiometer (2017)
  • Author(s): Khatri, P., T. Hayasaka, H. Iwabuchi, H. Irie, and T. Takamura
  • Organizer: 日本気象学会2017年秋季大会
• [Presentation] MAX-DOAS observations of formaldehyde and glyoxal (2017)
  • Author(s): Hoque, S., H. Irie, A. Shimizu, and A. Damiani
  • Organizer: 大気化学討論会
• [Presentation] MAX-DOASによって観測された九州の二酸化硫黄濃度変動の要因解析 (2017)
  • Author(s): 奥﨑昂也、入江仁士
  • Organizer: 大気化学討論会
• [Presentation] 2016年春季KORUS-AQ期間の福江島MAX-DOAS観測：地上・DC-8機・衛星観測および化学輸送モデルとのNO2統合解析 (2017)
  • Author(s): 金谷有剛、関谷高志、宮崎和幸、須藤健悟、 竹谷文一、 宮川拓真、 定永靖宗、入江仁士、 高島久洋
  • Organizer: 大気化学討論会
• [Presentation] Deployment of the 4AZ-MAXDOAS system at Chiba, Japan: the potential to investigate the spatial inhomogeneity of atmospheric components (2017)
  • Author(s): Irie, H.
  • Organizer: Workshop on Atmospheric Radiation and Remote Sensing 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Remote sensing of aerosols by synergy of CALIOP and MODIS (2017)
  • Author(s): Kudo, R., T. Nishizawa, A. Higurashi, and E. Oikawa
  • Organizer: 28th International Laser Radar Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SKYNETデータによるエアロゾル組成のリモートセンシング (2017)
  • Author(s): 工藤玲、入江仁士、 居島修、 高野松美、 竹村俊彦、 西澤智明、 青木一真、 日暮明子、 清水厚、 及川栄治、 山崎明宏、 石田春磨、 早坂忠裕
  • Organizer: 日本気象学会2017年度秋季大会
• [Presentation] CALIOPとMODISの複合解析によるエアロゾル組成の全球三次元プロダクトの開発 (2017)
  • Author(s): 工藤玲、西澤智明、 日暮明子、 及川栄治、 藤川雅大
  • Organizer: 第35回レーザセンシングシンポジウム
• [Presentation] グライダー搭載OPCによるエアロゾル鉛直分布の地上リモートセンシング手法の検証 (2017)
  • Author(s): 工藤玲、藤吉康、 日口裕二、 林政彦、 清水厚、 青木一真
  • Organizer: 日本気象学会2017年度春季大会
• [Remarks] SKYNET Data Center
  • URL: http://www.skynet-isdc.org
• [Remarks] SKYNET
  • URL: http://atmos3.cr.chiba-u.jp/skynet/
• [Remarks] SKYNET Sky radiometer Archives
  • URL: http://skyrad.sci.u-toyama.ac.jp
• [Remarks] SPRINTARSホームページ
  • URL: https://sprintars.riam.kyushu-u.ac.jp