2020 Fiscal Year Annual Research Report
Assessment on climate impacts of short-lived climate forcers by composition and region with hierarchical numerical models
Project/Area Number |
19H05669
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Research Institution | Kyushu University |
Principal Investigator |
竹村 俊彦 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (90343326)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
須藤 健悟 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (40371744)
鈴木 健太郎 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (00396946)
五藤 大輔 国立研究開発法人国立環境研究所, 地域環境研究センター, 主任研究員 (80585068)
道端 拓朗 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (30834395)
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Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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Keywords | 短寿命気候強制因子 / 気候モデル / 気候変動 / 大気汚染 / エアロゾル / 雲 / 降水 / 微量気体 |
Outline of Annual Research Achievements |
エアロゾル気候モデルMIROC-SPRINTARSを用いて、主要な短寿命気候強制因子(SLCFs)である硫酸塩エアロゾルの燃料消費起源の前駆気体SO2の排出量を全球一様の比率で増減させる感度実験を行った。その際のCO2濃度を、2000年レベルおよびその2倍の2パターンに設定した。その結果、同量の硫酸塩エアロゾル濃度の低下であっても、気温上昇はCO2濃度が高い状態の方が大きくなることを示した。これは、大気汚染対策を実施する場合、同時に温室効果ガス濃度の上昇を抑制しなければ、地球温暖化が加速度的に進行することを示している。この研究成果の論文公表に合わせてプレスリリースを行ったところ、関心が高く、計5紙に掲載されたほか、国際的な科学ニュースサイトでも紹介した。 硫酸塩エアロゾルのほか、ブラックカーボン(BC)の排出量を変化させる感度実験をMIROC-SPRINTARSを用いて行った。BCは大気の加熱によって降水量を大きく減少させることで、顕著な負の水循環感度を速い応答として生み出すのに対して、硫酸塩は主に地上気温の変化に連動する遅い応答として起こる水蒸気フィードバックの結果として、正の水循環感度を生み出すことがわかった。 NICAM-Chem全球14kmの雲解像モードにおいても、SO2およびBCの排出量を全球一様に変化させる感度実験を行い、従来の気候モデルでは解像できない雲に関わる SLCFsの気候応答を直接的に計算することの重要性を示唆する結果が得られた。 当初計画以上の研究成果を求めて、超高解像度エアロゾルモデルSCALE-SPRINTARSの開発に着手した。このモデルの水平分解能は、個々の雲の過程を扱える数十~数百mであり、超高分解能で大気エアロゾルの輸送過程を計算し、得られるエアロゾルの時空間分布とSCALEの大気放射過程および雲・降水過程との相互作用を表現できることになる。 研究代表者の竹村は7年連続で、研究分担者の須藤は2年連続でHighly Cited Researchersに選出された。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2年度目であるにもかかわらず、研究代表者および研究分担者が筆頭著者の査読論文(SCIE雑誌掲載論文5編)を当初想定よりも多く発表することができた。これらの業績は、当初の計画どおり、気候モデルによるSLCFs排出量変化による気候変化の感度解析の予備実験、および雲・降水素過程のモデル精緻化を行ったところ、その過程において新たな発見があったことに起因する。硫酸塩エアロゾル濃度の低下に伴う気温上昇が同量の硫酸塩エアロゾル濃度の低下であっても、CO2濃度が高い状態の方が大きくなることを定量的に示した研究成果が新聞5紙に掲載されたことは、専門外を含めてインパクトのある研究成果であることを示唆している。また、従来まで診断変数として取り扱っていた降雨・降雪を陽に予報するスキームを開発して気候モデルへ実装し、降雨・降雪による大気放射の散乱・吸収の効果も組み込んだ研究は、これまでの気候モデルでは本質的に欠落していたプロセスを導入したことで、関連研究分野に強いインパクトがある。 超高分解能エアロゾルモデルSCALE-SPRINTARSの開発は、当初研究計画を遙かに超えるものである。計画立案時には、SCALEによるLES実験から得られる雲・降水過程に関する知見を活用することとしていた。しかし、優秀な博士研究員を採用することができたため、雲の力学・物理過程を直接的に詳細に扱うことが可能なモデルにエアロゾル関連過程を組み込み、雲・エアロゾル相互作用を一層本質的に表現できる数値モデル開発に取り組むこととした。開発の進捗は速く、エアロゾル輸送過程の組み込みはほぼ完了している。SCALE-SPRINTARSは、本研究課題後半で活用する予定であるほか、研究終了後には関連研究分野に公開することで、今後広く活用されることが見込まれる。
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Strategy for Future Research Activity |
研究期間前半で実施した、雲・降水過程を中心とした数値モデルの精緻化に関する研究成果、および感度解析の予備調査に伴う研究成果をふまえ、そして、新たに開発を進めている超高分解能エアロゾルモデルを利用して、研究期間後半では、当初の計画を発展させる形で研究を遂行する。エアロゾル気候モデルMIROC-SPRINTARS、化学気候モデルMIROC-CHASER、SLCFs結合雲解像モデルNICAM-Chem、そして超高分解能エアロゾルモデルSCALE-SPRINTARSを階層的に用いて、SLCFsの気候影響を定量化するために、組成別・地域別・燃料起源や森林火災起源などの起源別に、それぞれ現実的な範囲内で関連排出量を変動させる大規模な感度実験を実施する。また、新たに開発しているSCALE-SPRINTARSでは、水平空間分解能を1km程度に設定することを想定しており、SLCFsで特に着目すべき領域でのシミュレーションを行うことで、エアロゾル・雲・降水相互作用の詳細を解析する。ただし、このような超高分解能数値モデルで、ある程度広域的なエアロゾルによる気候変動を評価した前例がないため、期待するパフォーマンスを発揮できない可能性がある一方で、予想のつかない画期的な研究結果をもたらす可能性もある。 本研究課題の成果は、気候変動緩和へ向けた国際的な潮流が加速しつつある中で、政策や一般社会活動に資する科学的知見を提供するという観点でも活用していく。例えば、研究代表者の竹村は、Asia Pacific Clean Air Partnership (APCAP)のScience Panel Memberを務めており、アジア・太平洋各国の環境政策決定者と直接的な接点があるため、本研究課題の成果を積極的に提供していく予定である。また、SLCFsに関わる気候モデル相互比較プロジェクトと連携して、国際的な学術コミュニティーの発展および気候変動政策に関わる科学的知見の提供に寄与する。
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Research Products
(48 results)
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[Journal Article] AeroCom phase III multi-model evaluation of the aerosol life cycle and optical properties using ground- and space-based remote sensing as well as surface in situ observations2021
Author(s)
Gliss, J., A. Mortier, M. Schulz, E. Andrews, Y. Balkanski, S. E. Bauer, A. M. K. Benedictow, H. Bian, R. Checa-Garcia, M. Chin, P. Ginoux, J. J. Griesfeller, A. Heckel, Z. Kipling, A. Kirkevag, H. Kokkola, P. Laj, P. L. Sager, M. T. Lund, C. L. Myhre, H. Matsui, G. Myhre, D. Neubauer, ..., T. Takemura, et al.
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 21
Pages: 87~128
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Contributions of World Regions to the Global Tropospheric Ozone Burden Change From 1980 to 20102021
Author(s)
Zhang, Y., J. J. West, L. K. Emmons, J. Flemming, J. E. Jonson, M. T. Lund, T. Sekiya, K. Sudo, A. Gaudel, K.-L. Chang, P. Nedelec, and V. Thouret
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Journal Title
Geophysical Research Letters
Volume: 48
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Effective radiative forcing from emissions of reactive gases and aerosols ? a multi-model comparison2021
Author(s)
Thornhill, G. D., W. J. Collins, R. J. Kramer, D. Olivie, F. O’Connor, N. L. Abraham, S. E. Bauer, M. Deushi, L. Emmons, P. Forster, L. Horowitz, B. Johnson, J. Keeble, J.-F. Lamarque, M. Michou, M. Mills, J. Mulcahy, G. Myhre, P. Nabat, V. Naik, N. Oshima, M. Schulz, C. Smith, T. Takemura, S. Tilmes, T. Wu, et al.
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 21
Pages: 853~874
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Climate-driven chemistry and aerosol feedbacks in CMIP6 Earth system models2021
Author(s)
Thornhill, G., W. Collins, D. Olivie, A. Archibald, S. Bauer, R. Checa-Garcia, S. Fiedler, G. Folberth, A. Gjermundsen, L. Horowitz, J.-F. Lamarque, M. Michou, J. Mulcahy, P. Nabat, V. Naik, F. M. O’Connor, F. Paulot, M. Schulz, C. E. Scott, R. Seferian, C. Smith, T. Takemura, S. Tilmes, and J. Weber
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 21
Pages: 1105~1126
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Fast responses on pre-industrial climate from present-day aerosols in a CMIP6 multi-model study2020
Author(s)
Zanis, P., D. Akritidis, A. K. Georgoulias, R. J. Allen, S. E. Bauer, O. Boucher, J. Cole, B. Johnson, M. Deushi, M. Michou, J. Mulcahy, P. Nabat, D. Olivie, N. Oshima, A. Sima, M. Schulz, T. Takemura, and K. Tsigaridis
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 20
Pages: 8381~8404
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Cloudy-sky contributions to the direct aerosol effect2020
Author(s)
Myhre, G., B. H. Samset, C. W. Mohr, K. Alterskjar, Y. Balkanski, N. Bellouin, M. Chin, J. Haywood, O. Hodnebrog, S. Kinne, G. Lin, M. T. Lund, J. E. Penner, M. Schulz, N. Schutgens, R. B. Skeie, P. Stier, T. Takemura, and K. Zhang
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 20
Pages: 8855~8865
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A development of reduction scenarios of the short-lived climate pollutants (SLCPs) for mitigating global warming and environmental problems2020
Author(s)
Nakajima, T., T. Ohara, T. Masui, T. Takemura, K. Yoshimura, D. Goto, T. Hanaoka, S. Itahashi, G. Kurata, J. Kurokawa, T. Maki, Y. Masutomi, M. Nakata, T. Nitta, X. Seposo, K. Sudo, C. Suzuki, K. Suzuki, H. Tsuruta, K. Ueda, S. Watanabe, Y. Yu, K. Yumimoto, and S. Zhao
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Journal Title
Progress in Earth and Planetary Science
Volume: 7
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Historical total ozone radiative forcing derived from CMIP6 simulations2020
Author(s)
Skeie, R. B., G. Myhre, O. Hodnebrog, P. J. Cameron-Smith, M. Deushi, M. I. Hegglin, L. W. Horowitz, R. J. Kramer, M. Michou, M. J. Mills, D. J. L. Olivie, F. M. O’Connor, D. Paynter, B. H. Samset, A. Sellar, D. Shindell, T. Takemura, S. Tilmes, and T. Wu
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Journal Title
npj Climate and Atmospheric Science
Volume: 3
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Climate and air quality impacts due to mitigation of non-methane near-term climate forcers2020
Author(s)
Allen, R. J., S. Turnock, P. Nabat, D. Neubauer, U. Lohmann, D. Olivie, N. Oshima, M. Michou, T. Wu, J. Zhang, T. Takemura, M. Schulz, K. Tsigaridis, S. E. Bauer, L. Emmons, L. Horowitz, V. Naik, T. van Noije, T. Bergman, J.-F. Lamarque, P. Zanis, I. Tegen, D. M. Westervelt, P. L. Sager, P. Good, S. Shim, et al.
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 20
Pages: 9641~9663
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Projecting ozone hole recovery using an ensemble of chemistry?climate models weighted by model performance and independence2020
Author(s)
Amos, M., P. J. Young, J. S. Hosking, J.-F. Lamarque, N. L. Abraham, H. Akiyoshi, A. T. Archibald, S. Bekki, M. Deushi, P. Jockel, D. Kinnison, O. Kirner, M. Kunze, M. Marchand, D. A. Plummer, D. Saint-Martin, K. Sudo, S. Tilmes, and Y. Yamashita
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 20
Pages: 9961~9977
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Updated tropospheric chemistry reanalysis and emission estimates, TCR-2, for 2005?20182020
Author(s)
Miyazaki, K., K. Bowman, T. Sekiya, H. Eskes, F. Boersma, H. Worden, N. Livesey, V. H. Payne, K. Sudo, Y. Kanaya, M. Takigawa, and K. Ogochi
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Journal Title
Earth System Science Data
Volume: 12
Pages: 2223~2259
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The Southern Hemisphere Midlatitude Circulation Response to Rapid Adjustments and Sea Surface Temperature Driven Feedbacks2020
Author(s)
Wood, T., A. C. Maycock, P. M. Forster, T. B. Richardson, T. Andrews, O. Boucher, G. Myhre, B. H. Samset, A. Kirkevag, J.-F. Lamarque, J. Mulmenstadt, D. Olivie, T. Takemura, and D. Watson-Parris
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Journal Title
Journal of Climate
Volume: 33
Pages: 9673~9690
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Distinct responses of Asian summer monsoon to black carbon aerosols and greenhouse gases2020
Author(s)
Xie, X., G. Myhre, X. Liu, X. Li, Z. Shi, H. Wang, A. Kirkevag, J.-F. Lamarque, D. Shindell, T. Takemura, and Y. Liu
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 20
Pages: 11823~11839
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Evaluation of climate model aerosol trends with ground-based observations over the last 2?decades ? an AeroCom and CMIP6 analysis2020
Author(s)
Mortier, A., J. Gliss, M. Schulz, W. Aas, E. Andrews, H. Bian, M. Chin, P. Ginoux, J. Hand, B. Holben, Z. Hua, Z. Kipling, A. Kirkevag, P. Laj, T. Lurton, G. Myhre, D. Neubauer, D. Olivie, K. von Salzen, T. Takemura, and S. Tilmes
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 20
Pages: 13355~13378
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The effect of rapid adjustments to halocarbons and N2O on radiative forcing2020
Author(s)
Hodnebrog, O., G. Myhre, R. J. Kramer, K. P. Shine, T. Andrews, G. Faluvegi, M. Kasoar, A. Kirkevag, J.-F. Lamarque, J. Mulmenstadt, D. Olivie, B. H. Samset, D. Shindell, C. J. Smith, T. Takemura, and A. Voulgarakis
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Journal Title
npj Climate and Atmospheric Science
Volume: 3
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Historical and future changes in air pollutants from CMIP6 models2020
Author(s)
Turnock, S. T., R. J. Allen, M. Andrews, S. E. Bauer, M. Deushi, L. Emmons, P. Good, L. Horowitz, J. G. John, M. Michou, P. Nabat, V. Naik, D. Neubauer, F. M. O’Connor, D. Olivie, N. Oshima, M. Schulz, A. Sellar, S. Shim, T. Takemura, S. Tilmes, K. Tsigaridis, T. Wu, and J. Zhang
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 20
Pages: 14547~14579
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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