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温暖化・大気組成変化相互作用：大気化学グループ 現状と H17 年度（後半）作業予定

26-Oct 2005; 共生第２　運営委員会. 温暖化・大気組成変化相互作用：大気化学グループ 現状と H17 年度（後半）作業予定. 須藤健悟 （地球環境フロンティア・大気組成変動予測プログラム） 滝川雅之 （地球環境フロンティア・大気組成変動予測プログラム） 永島達也 　（国立環境研究所） 高橋正明 （地球環境フロンティア・東大 CCSR). 26-Oct 2005; 共生第２　運営委員会. FRCGC Earth System Model:. radiation cloud distribution. radiation. Climate

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温暖化・大気組成変化相互作用：大気化学グループ 現状と H17 年度（後半）作業予定

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Presentation Transcript

  1. 26-Oct 2005; 共生第２　運営委員会 温暖化・大気組成変化相互作用：大気化学グループ 現状とH17年度（後半）作業予定 須藤健悟 （地球環境フロンティア・大気組成変動予測プログラム）滝川雅之 （地球環境フロンティア・大気組成変動予測プログラム）永島達也　（国立環境研究所）高橋正明 （地球環境フロンティア・東大CCSR) 26-Oct 2005; 共生第２　運営委員会

  2. FRCGC Earth System Model: radiation cloud distribution radiation Climate (CCSR/NIES AOGCM) transport transport production Chemistry (CHA Aerosol (SPRI ・heterogeneous reaction ・photolysis DMS deposition SST NMHCs mineral dust, OC CO2 CO2 Sea Salt Ocean (an NPZD-type model) Land Surface (MATSIRO,Sim-CYCLE) DGVM

  3. Ｋ２統合モデルでの大気化学・エアロゾルシミュレーションＫ２統合モデルでの大気化学・エアロゾルシミュレーション 統合モデル構築作業 化学モデルCHASERとエアロゾルモデルSPRINTARSの結合。 化学・エアロゾル計算(CHASER-SPRINTARS)の統合モデル本体(大気海洋結合気候モデル)への取り込み。 成層圏・中間圏への拡張（鉛直hybrid+新放射スキーム)。成層圏化学過程（ハロゲン化学・PSCs）の導入。 植生からの炭化水素類 emission のSimCYCLE/DGVM との結合。 基礎（前段階的）実験など… IPCC第4次報告書：大気化学関連プロジェクトへの参加・貢献。 オゾン・メタン・エアロゾルの将来予測実験 (地球シミュレータ上)（統合モデル実験に向けての前段階的実験）：

  4. 大気化学・エアロゾルの結合シミュレーション (CHASER+SPRINTARS) 植物起源

  5. Aerosols (CCN) number density calculated by the K2 ES model sulfate Organic Carbon Altitude (km) seasalt

  6. Optical thickness : aerosols (K2-ES model) sulfate carbonaceous dust seasalt

  7. Chemistry and aerosol simulation with CHASER and SPRINTARS Radiative forcing from tropospheric ozone Global mean = 0.48 W m-2 (direct) radiative forcing from carbon aerosols

  8. CHASER化学過程の成層圏への拡張 現状 CHASER [ T42L32, モデルトップ＝高度40km] ◎ 化学・エアロゾル計算:　　 化学反応  対流圏光化学中心（高度<20km)　　 　○ O3-HOx-NOx-CO-CH4 基本サイクル　　　 　○ 非メタン炭化水素類（NMVOCs） 酸化過程　　　 　○ SO2/DMS 気相・液相酸化 （硫酸塩エアロゾル）　　　 　○ エアロゾル（硫酸塩以外）：炭素系・土壌ダスト・海塩粒子 ・モデル領域を中間圏まで拡張中（気候物理コアモデル改良グループ）：  モデルトップ ~ 高度80km、鉛直： hybrid σ-p ~ 80層（T42L80） ・成層圏でのオゾン化学反応を追加中。

  9. CHASER化学過程の成層圏への拡張 + 成層圏光化学（高度>20km）： [モデルトップ＝80km] 　　・光解離定数計算手法の修正　　・ハロゲン化学（塩素系: ClOx および臭素系: BrOx）CCSR/NIES 成層圏化学モデルをベースに構築中：HCl, ClONO2, HOCl, Cl2, ClNO2, CCl4, CFC11, CFC12, CFC113, HCFC22, CH3CCl3, CH3Cl ：現状の塩素系化学種 　　・オゾンホール過程　　　　　極域成層圏雲（PSCs）上の不均一反応[Nagashima et al, 2001/ Sessler et al, 1996] ・球面大気効果の反映（放射コード）[Kurokawa et al., 2005]　　・非地形性重力波パラメタリゼーションの調整　　　　　　　　　　（気候物理コアモデル改良グループとの連携） 　　・成層圏硫酸塩エアロゾル[Takigawa et al., 2003]

  10. CHASER-SPRINTARS 入り KISSME: 計算コスト 大気側(AGCM)解像度： T42L32 ES-L系 4ノード使用 (大気2 + 海洋2) 大気側(AGCM)解像度： T42L80 ES-L系 4ノード使用 (大気2 + 海洋2) 大気ノード時間の平均的な内訳。 大気ノード時間の試験段階内訳。 1年積分の実行実時間 ＝ 4.5hr/yr (平均ベクトル化率 97%) 1年積分の実行実時間 ＝ 16hr/yr (※一日RUNからの推定) ※成層圏化学は含まず

  11. 陸（海）面・植生過程との結合 • 乾性沈着過程（気相化学種）・各種抵抗について陸面・植生計算と結合　（現状：気孔抵抗についてはMATSIROと結合） • 植物起源炭化水素類（VOCｓ）のemission・陸面/生態系コンポーネントのPAR,LAI,NPP を用いたオンライン計算 • ↓ • SimCYCLE/MATSIRO との結合 • アンモニアの土壌からのemission • 海面からの DMS emission (海洋上のCCNの変動過程)

  12. 植物起源 VOCs emission のモデル化： SimCYCLE との結合 Guenther et al. [1995] F = De g D: foliar density (kg dry matter m-2) e : ecosystem dependent factor(mgC kg-1 h-1at PAR=1000, T=303.15K) g : correction for temp. & light  Peak density (Dr : empirical coefficient) GVI (G)で季節性を考慮G2: 閾値

  13. IPCC-第4次報告書 関連プロジェクトへの参加 Stevenson et al. [2005]: JGR Gauss et al. [2005]: ACPD Dentener et al [2005]: ACPD AR-4のドラフトでの引用： Sudo et al [2001]: GRL Sudo et al [2002a,b]: JGR Sudo et al [2003]: GRL 26-Oct 2005; 共生第２　運営委員会

  14. IPCC-AR4実験：モデルアンサンブルの中での位置づけIPCC-AR4実験：モデルアンサンブルの中での位置づけ 現在実験： 対流圏オゾンの全球収支（全２４モデル） P L D STE B:O3 t:O3 t:CH4 A. CHASER_CTM 5042 4594 948 501 331 21.8 8.42 B. CHASER_GCM 5032 4620 948 536 333 21.8 8.37 C. FRSGC/UCI 5135 4733 907 505 331 21.4 7.61 ・・・・・ Mean 5056 4561 1014 519 343 22.4 8.72 ±σ ±571 ±722 ±219 ±195 ±42 ±2.0 ±1.30 IPCC TAR 3420 3470 770 770 300 24 8.4 化学生成　　消滅　　沈着　　　成層圏オゾン　総量　　寿命 Stevenson et al. [2005]

  15. IPCC-AR4実験：モデルアンサンブルの中での位置づけIPCC-AR4実験：モデルアンサンブルの中での位置づけ  対流圏オゾンの放射強制力分布 Gauss et al. [2005] 対流圏／成層圏オゾンの放射強制力 CHASER

  16. IPCC-AR4: Exp-1 Exp-1 Zonal mean O3 changes: preindustrial(R1)  present(R2) Preind(R1)present(R2) Due to emission change R2-R1b Due to stratosph. O3 change R2-R1a Due to climate change R1c-R1

  17. オゾン・メタン・エアロゾルの将来予測実験 on ES （統合モデル実験に向けての前段階的実験：化学・気候相互作用） 26-Oct 2005; 共生第２　運営委員会

  18. オゾン・メタン・エアロゾル（硫酸塩）の将来予測実験 on ES エミッション変化による地表オゾン増加　（２１００） A2 A1 B1 温暖化による影響％（東西平均オゾン） より厳密な議論： ハロゲン化学をきっちり導入する必要

  19. オゾン・メタン・エアロゾル（硫酸塩）の将来予測実験 on ES 成層圏・対流圏オゾン交換量（STE: TgO3/yr)の時間発展 対流圏オゾン全球総量(TgO3)の時間発展

  20. オゾン・メタン・エアロゾル（硫酸塩）の将来予測実験 on ES 全球平均メタン濃度（ppmv)の時間発展 • 温暖化 •  水蒸気・温度上昇  OH増加など  メタン寿命減少 硫酸塩エアロゾル全球総量(TgS)の時間発展 • 成層圏オゾン回復 •  紫外光による光解離減少  OH減少  メタン寿命増加 •  対流圏オゾン量増加  OH増加  メタン寿命減少 ＳＯ２の酸化強化（H2O2増加などによる・・・）

  21. 温暖化・大気組成変化相互作用（大気化学）サブグループ温暖化・大気組成変化相互作用（大気化学）サブグループ 現状とH17年度（後半）作業予定 • まとめ • 統合モデル本体の構築:・成層圏への拡張： 高度80kmまで、σ-p 80層。・光解離定数計算の修正 & 植物起源emissionの SimCYCLEとの結合・成層圏化学導入 • IPCC-AR4 への参加:・他の統合モデルに組み込まれている化学モデルも多数参加・CHASERによる結果はモデルアンサンブルの平均値 • 将来予測実験（統合モデル実験に向けての前段階的実験）：・SRES各シナリオ（emission)による違い • 　　 ・気候変動のオゾン・メタン・硫酸塩への影響はどのシナリオでも顕著 ・成層圏オゾンの回復の影響も無視できない。 26-Oct 2005; 共生第２　運営委員会

  22. 温暖化・大気組成変化相互作用： NICAM(鉛直流を直接計算)を用いた雲物理過程の厳密な取り扱い 鈴木健太郎（CCSR） の作業報告を代理で発表・・・

  23. Bin法雲物理実装の利点 • 雲の微物理構造を陽に計算 • 粒子の成長過程を詳細に計算 • 降水生成過程の精度向上 • 雲の光学パラメータ（有効半径、光学的厚さ）を粒径分布から陽に計算 • 雲の放射影響の精度向上 • バルク雲物理との比較・検証 • エアロゾルー雲相互作用の詳細な数値実験

  24. 全球120km格子  全球12km格子 　熱帯のスコールライン実験 • 地球の半径の軽減 • e.g. R=6400km  640km • 水平方向にストレッチ格子の使用 • 興味ある領域に格子を集める • Schmidt 変換 • 等方性を保証する変換 全球12km格子  局所的1.2km格子

  25. Preliminary Results wind shear 北緯3度での断面 青色：雲水量、赤色：雨水量 現在、デバッグの最終段階 計算コスト低減のためにビン数を減らしてテスト中 今後、ビン数をさらに増やして実験の予定

  26. SPRINTARSの実装 • 非静力学モデルに導入することで、積雲も含む形で雲生成とエアロゾルがリンクする • NICAMに実装済みのバルク雲物理と結合して、雲ーエアロゾル相互作用の全球での新しい数値実験 • 将来的には、ビン法（基底関数法）と結合して、詳細な数値実験を行う

  27. Preliminary Result NICAM: glevel5(240km), 54layer 炭素性エアロゾルのみの結果（高度1.5kmでの濃度 kg/m3） アフリカ中南部森林火災起源粒子が大西洋、インド洋に流出

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