古環境研究のための多階層数値実験
Numerical Experiments with Multi-models for Paleo-environmental Problems
阿部 彩子 (東京大学大気海洋研究所 気候システム研究系)
Ayako Abe
全球気候モデル（MIROC3/4、MIROC5）を用いて古気候数値実験を行い、現在とは異なった条件下でのモデルの性能と信頼性を評価する。この気候モデルは、20世紀再現実験や将来予測シミュレーション結果が世界気候研究計画（WCRP）結合モデル相互比較プロジェクト（CMIP3/5）に提出され、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）による第4次・第5次評価報告書に貢献している。また、過去の気候変動メカニズムの解明を通して、気候システムの振る舞いを過去・現在・未来について統一的に理解する。地球史上の温暖期、氷期・間氷期サイクル、過去千年の気候、の3つの時期について研究を進める。
地質学的時間スケールにおいて現在の大陸配置と大きく変わらない過去の温暖期である鮮新世中期（約3.3-3.0百万年前）について、再現実験により気候モデルの性能を評価するとともに、この時代の気候形成メカニズムを理解するために、個々の境界条件（氷床や植生、二酸化炭素濃度の変化など）の気候応答への寄与を数値実験により切り分けて調べる。また、ダンスガード・オシュガーイベントのような氷期における急激な気候変動イベントのメカニズム理解と気候モデルがそうした急激な変動を再現できるかを検証するために、解像度の異なる気候モデルを用いて古気候指標との整合性を調べる。さらに、気候モデルの評価および現在進行中の温暖化の位置づけや要因をよりよく理解するために、過去千年の気候復元実験とその要因（太陽活動、火山活動など）の分離実験を行う。計算された過去千年の気候データを用いて、陸域生態系モデルにより、炭素循環の再現性の検証や変動メカニズムの理解を試みる。
全13,000ノード時間中、12,326ノード時間利用 (2012年12月21日現在)
モデルによる鮮新世中期の気候再現性については前年度の実験およびその後の解析により調べられた。これらの成果は他国のモデルや復元データとの比較が行われ、論文としてまとめられた。鮮新世中期の複数の要因 (境界条件) 切り分け実験を行うことにより、 (北極域温暖化増幅はあるものの) 相対的にCO2は比較的一様な北半球の温暖化に寄与し、氷床や植生は地域間のコントラストの増加に寄与していることがわかった。帯状平均で見ると、CO2が北極域の温暖化増幅に主に寄与し、氷床の存在が南極の温暖化増幅に大きく寄与していることがわかった。降水量についても同様の解析が行われ、CO2の増加によって現在の湿潤域がより湿潤になり、乾燥域がより乾燥になる一方、鮮新世中期の氷床の縮小により現在に比べて熱帯収束帯の北上がもたらされることが示された。
氷期の急激な気候変動については、高解像度 (T106、約1.1度) の大気GCMを用いることにより、これまでの標準的な解像度 (T42、約2.8度) では整合性の見られなかった古気候指標との整合性が見られた。特に、中国のHulu洞窟から得られた酸素同位体比から示される亜氷期における夏の降水量の減少などで改善が見られた。このことから、古気候指標を用いた気候モデルの性能評価では、モデルの解像度に注意する必要があることが指摘される。
過去千年の気候については、異なった太陽復元データと火山復元データを用いて、複数の実験を行った。また、太陽フォーシングや火山フォーシングのみを与えることによってこれらの寄与を切り分ける実験を行った。さらに、過去千年GCM実験の結果を入力として、陸域生態系モデルを用いた過去千年の陸域炭素収支再現を試みている。その結果、古気候指標から再構築された過去千年の気温時系列を入力に用いた場合と比較して、GCM出力を用いた場合には陸域の炭素量変動を過小評価することがわかった。今後は、GCMを用いた過去千年の太陽・火山フォーシングに対する感度実験結果を用いて同様の実験を行い、陸域炭素の変動原因を切り分けることが期待できる。
(年度当初の研究計画を全て達成した場合を100% / 複数の目標があった場合は、それぞれについて達成度を数値で記載)
95%
前年度の反省を踏まえ、比較的計算機の空いている年度前半に積極的に計算機を利用し、年度後半は解析等を行うことによって計画的に利用できた。
(ベクトル化、 並列化チューニング等、 計算機資源を有効利用するために行ったこととその効果を記載)
使用した気候モデルはすでに地球シミュレータ用にチューニングされた実績のあるモデルであるため、本プロジェクトとして独自のチューニング等は行っていない。
該当なし。
該当なし。