|
|
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１５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大気海洋結合気候モデルMIROCに、海洋炭素循環モデルと陸域炭素循環モデルとを結合させる作業に１５年度中に着手する。海洋コンポーネントについては、４成分の簡略な生態系モデルと海洋大循環モデルとの結合がほぼ完了している。陸域コンポーネントについては、地球フロンティア研究システムで開発中のSim-CYCLEの気候モデルへの組み込みに１５年度早々に着手する。陸面プロセスモデルMATSIROとSim-CYCLEの統合も行う。また亜寒帯林については温暖化により植生分布が大幅に変化することが懸念されるため、Sim-CYCLE拡張へ向け亜寒帯林に特化した植生動態モデルの開発を行う。MIROCへ組み込む前に各コンポーネントモデル単体での性能の吟味は充分に行う必要がある。
(業務分担責任者：地球フロンティア研究システム、及川武久)
（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東大気候センターで開発された対流圏化学モデルCHASERを拡張して成層圏化学反応を組み込み、高解像度time slice simulationを行う。ただしCHASERは非常に多くの変数を含み大量の計算機資源を要求するため、具体的にどの程度の解像度で実験を行うかはこれから実際に地球シミュレータ上でモデルを稼動させながら検討していく必要がある。解像度の決定には化学過程に重要な循環場の再現という見地も必要とされるので、物理気候コアモデル改良サブグループと一体となり最もバランスのとれた解像度を模索していく。またこれらの活動と並行して移流スキームの改善にも取り組む。 (業務分担責任者：地球フロンティア研究システム、高橋正明)
A温暖化―雲・エアロゾル・放射フィードバック精密評価GCMにおけるエアロゾルの取り扱い改善へ向け、物質が異なると雲粒の形成し易さが大きく変わってくる効果の考慮を検討する。GCMよりも高い解像度のモデル結果も利用していく。共生プロジェクトの他の課題（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)）やモデル統合化領域とも連携する。
(業務分担責任者：地球フロンティア研究システム、高橋正明)
（３）寒冷圏モデル開発観測データや古気候再現実験を通した検証を行い、東大気候センターで開発された氷床モデルや、MIROCに導入されている海氷モデルの高精度化を行う。また共生プロジェクトの他の課題（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)）の観測研究とも連絡をとりあい、海氷モデルの将来的な改善について検討を行う。
(業務分担責任者：地球ﾌﾛﾝﾃｨｱ研究ｼｽﾃﾑ、阿部彩子)
（４）気候物理コアモデル改良成層圏における大気化学過程を現実的に再現するためには、下部成層圏における低温・水蒸気過多の除去と低緯度成層圏におけるQBOの再現が必要条件と言える。こうした条件を満たしつつ計算コストの面からも現実の使用に耐えるような、バランスの取れたモデルの解像度を模索していく。成層圏大気循環の形成には内部重力波が重要な役割を果たしており、モデルで陽に表現される成分とパラメタライズされる成分との両方について解析を行う。モデルの鉛直座標系を、従来のσ座標系からσ―Pハイブリッド座標系に更新する作業も並行して行うことになっており、対流圏界面付近の循環の再現性が向上することが期待できる。
(業務分担責任者：地球ﾌﾛﾝﾃｨｱ研究ｼｽﾃﾑ、江守正多)
５．平成１５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代表者：及川 武久
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代表者：高橋 正明
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）寒冷圏モデル代表者：阿部 彩子
（４）気候物理コアモデル改良代表者：江守 正多
羽角 博康、松野 太郎、渡辺 真吾 |