１.研究計画の概要

１． 研究の主旨

本研究の目的は地球環境全体の変化、すなわち気候・大気・海洋の組成、陸・海の生態系が相互に影響を与えつつ一体となって変化して行くのをシミュレートできる地球環境（地球システム）の統合モデルを開発する事およびそれを用いて炭素循環のフィードバックを含んだ地球温暖化予測を行う事である。

これまでの地球温暖化予測では、温暖化の原因である大気中二酸化炭素(CO₂)濃度の将来について、人間活動によるCO₂放出シナリオをもとに簡略化したモデルを用いて、海洋と陸域生態系（植生・土壌）への吸収量を見積もって大気CO₂濃度の将来予測を先ず行い、その結果を気候モデルに導入して温暖化と気候変化のシミュレーションを行って来た。しかしこれでは十分とは言えない。CO₂増加は温暖化・気候変化を引き起こすが、逆に気候変化は大気中CO₂濃度に影響を与えるのにそのフィードバック効果が取り入れられていなかったからである。温暖化によって土壌有機物の分解が進んで大気中にCO₂やメタン(CH4)の濃度が増加する、即ち正のフィードバックが作用する可能性があるので、これを無視するのは危険である。

気候モデルに炭素循環プロセスを組み込んでそのフィードバック効果を取り入れたモデルで予測を行わねばならない。また、温暖化・気候変化は生態系の変化を引き起こすと考えられているが、それもCO₂やCH4の濃度に影響する。さらに、もう一つの温室効果ガスである対流圏オゾンも温暖化・気候変化の影響を受ける。そこで、大気・海洋・陸域生態系にまたがる炭素循環や大気組成変化のプロセスを気候モデルに取り入れ、（炭素循環・大気組成・気候統合モデルを作り）、それらのフィードバックを含めて温暖化予測実験を行う必要がある。

２．研究概要

大気・海洋・陸地面の、主に物理的状態を扱う「物理気候モデル」として東大気候センターと国立環境研で開発された既存のCCSR/NIESモデルを用い、それを基礎として、地球フロンティア研究システムの各研究領域で研究されている、大気・海洋の化学組成変化、陸域生態系と大気の物質交換などの諸過程をそれぞれに取り入れた部分統合モデルを３年目を目安に作り、その上で全体を結合した、「地球システム統合モデル」を研究期間内に完成させる。その過程で３〜４年目までに、大気・海洋・陸域生態系にまたがる全球炭素循環モデルを作り、それと気候モデルを結合させたモデルを用いて温暖化と炭素循環とのフィードバック効果を含んだ温暖化予測実験を行う。温暖化と大気組成や陸域生態系の相互作用に関して、さらに温暖化そのものについても未解明のプロセスが多いので共生プロジェクトの他の課題（陸域生態系モデル作成のためのパラメタリゼーションに関する研究、諸物理過程のパラメタリゼーションの高度化(大気・海洋分野)）のもとに行われる野外観測やプロセス研究によって必要なパラメータを求め、逆にモデルの結果から精度向上に必要なプロセス研究を依頼し、モデルの確度向上を図る。

３．研究年次計画

４．平成１４年度研究計画

現在地球フロンティア研究システムの各研究領域で行われている個別モデル（大気組成、陸域生態系炭素循環など）の開発をひき続き進めながらそれらひとつひとつを物理気候モデル（大気・海洋・陸面の“物理的”過程を中心としたモデル、CCSR/NIESにより開発された既存のものを利用）と結びつけ、「部分統合モデル」を作る作業に着手する。

（１）炭素循環モデル、炭素循環・気候変化結合モデル開発

�@海洋炭素循環に関して、地球温暖化領域で進められている詳細な生物・地球化学過程（１０以上の成分）を含むモデルの開発を進める傍ら、統合モデルに適切な、より簡略なプロセス（４成分程度）を含むモデルをつくり、東大気候センターで開発された海洋モデルＣＯＣＯの中解像度版に導入する作業に着手する。

�A陸域炭素循環に関して、生態系変動研究領域で使われているＳｉｍＣＹＣＬＥモデルを、統合モデルに合うよう簡略化を進める。解像度に関して、生態系研究領域で地表面を詳しく扱うべく、高解像度化しているのとは逆に、統合モデルの予定解像度約１００kmに見合うようプロセス・モデルを作る、同時に、水循環領域で使われている地表面プロセスモデルＭＡＴＳＩＲＯとＳｉｍＣＹＣＬＥの統合を検討する。

（２）温暖化・大気組成変化相互作用モデル開発

大気組成研究領域で現在行われている「全球化学天気予報」のモデルを統合モデルに組み入れる為の改造を行う。その一つは、高解像化（２８０km→１００km）とそれに見合う大気化学プロセスの選択を行うことである。

（３）寒冷圏モデル

氷床変動モデルに関しては、当面地球温暖化研究領域での独自の研究を進めるにとどめる。

（４）物理気候コアモデル改良

物理気候コアモデルに関して、高度約８０kmまでの成層圏・中間圏までを含め、同時に鉛直解像度を高くする作業に着手する。中層大気化学（オゾン層化学）過程で統合モデルに適切なプロセスモデルの考察も行う。

５．平成１４年度実施体制

海洋科学技術センターを主管研究実施機関とし、研究代表者を松野太郎（地球フロンティア研究システムシステム長）とする。次の研究サブテーマを設けて研究開発を実施する。

（１）炭素循環、炭素循環・気候変化結合モデル開発

�@陸域炭素循環モデル
伊藤 昭彦、田中 克典、市井 和仁

�A海洋生物地球化学モデル
山中 康裕、岸 道郎、相田 眞希、吉川 知里、河宮 未知生

�B陸域生態系変動モデル
甲山 隆司、佐藤 永

（２）温暖化・大気組成変化相互作用モデル開発

�@温暖化・大気組成変化相互作用モデル
滝川 雅之、渡辺 真吾、永島達也、須藤 健悟、竹村 俊彦

�A温暖化ー雲・エアロゾル・放射フィードバック精密評価
久芳 奈遠美、鈴木 恒明、野沢 徹、對馬 洋子、
鈴木 健太郎、中島 映至

（３）寒冷圏モデル

大垣内 るみ、瀬川 朋紀

（４）気候物理コアモデル改良

鈴木 恒明、鈴木 立郎、高田 久美子、木本 昌秀、

羽角 博康、松野 太郎、渡辺 真吾