気候システム研究のための高精度大気・海洋・陸面結合大循環モデルの開発
Development of a high-resolution coupled atmosphere-ocean-land general circulation model for climate system studies
野田 彰
Akira Noda
昨年度からの継続プロジェクトで、地球環境フロンティア研究センターの中期計画目標に沿ったプロジェクトである。シミュレータで開発してきた数年から数千年に及ぶ気候変動を再現できる大気・海洋・陸面結合大循環モデルを改良し、最先端の気候システム研究を実施する。また同様にシミュレータで開発してきた、雲を直接解像する雲解像大気モデル、中規模渦を直接解像する渦解像海洋モデルを用いて、従来の気候モデルでは扱うことの出来なかった現象を直接解像したシミュレーションを実施し、その成果をもとに先端的な気候モデルを開発することを目的としている。
本プロジェクトは, 海洋研究開発機構の中期計画に定められた地球環境変動予測の高度化, 精密化を目標としている。大気・海洋・陸面結合大循環モデルでは, 温暖化実験等の実用的な利用に耐えうる境界層と積雲対流モデルの高度化を行い、モデルバイアスの低減と降水の日～季節変化の再現を目指す。積雲のパラメタリゼーションを行わない高分解能モデルと比較し、低解像モデルに採用されている積雲パラメタリゼーションを改善する。鉛直解像度を高くし重力波抵抗パラメタリゼーションを外した実験ではQBOの再現に成功することができたが、この結果を受けて、気候再現研究への応用を企図した実験を実施する。さらに、モデル出力の解析, 古気候再現実験, 気候予測実験を通してモデルの性能を多面的に評価する。全球雲解像大気モデル(NICAM)については、数ヶ月から半年での長期積分を実施し、全球雲解像モデルにおける気候値の特性、台風の再現性等の調査を行う。これによって、全球雲解像モデルでの気候計算におけるパフォーマンスの知見を得て今後の更なる改良への布石とする。渦解像海洋モデルについては中規模渦が海洋循環に与える影響について、中規模渦の直接解像シミュレーションを実施して解明する。
大気・海洋・陸面結合大循環モデルでは、従来の積雲対流スキームを、側面のエントレイン率を鉛直に変化させるなどなどして、独自のアプローチにより改良した。これにより、熱帯収束帯や南太平洋収束帯が良く表現されるなど太平洋熱帯域での降水に大きな改善が見られた(Chikira 2008)。また、同スキームにより赤道に沿ってMJO と思われる変動が再現され、熱帯低気圧が組織化されるようになった。鉛直方向を高解像にした大気モデル (T106L60) により重力波を陽に表現した実験では、衛星観測データとの比較研究(Alexander et al. 2008a)、QBOなどの赤道に捕捉された波動のメカニズムの研究(Kawatani et al. 2008a; Alexander et al. 2008b) に成果が得られた。更にAGCMを高解像度化した実験 (Watanabe et al. 2008) も行い、波動メカニズムの3次元的な構造が詳細に理解できるようになってきた (Tomikawa et al. 2008; Kawatani et al. 2008b) 。
全球雲解像大気モデル(NICAM)の研究では、2004年の春から秋にかけての季節進行実験を14km格子、7km格子で実施した。6月～9月での降水分布を実際の観測(TRIMM 3B42)と比べたところ良い一致を見た。また、14km格子計算について、5ヶ月間の台風発生個数を調べた結果、多少の地域差はあるものの頻度は非常によく再現されることが分かった。また、夏のマッデンジュリアン振動（MJO）については、シミュレーション初期のMJOについてはよく再現できたが、数ヵ月後のMJOについては、再現性はそれほど良くなく、初期値作りを含め今後のモデル改良に繋げていく予定である。
渦解像海洋モデルについてはアフリカ南端沖で発生し、海水をインド洋から大西洋に運搬しているアガラス渦発生のトリガーと考えられているナタール・パルスの再現実験を行い、このパルスの生成メカニズムを解析した。また北大西洋深層水を形成するラブラドル海での深い対流の発生位置を、ラブラドル海の海水収支を考慮したモデルを構築することにより大幅に改善することに成功した。