共生課題２２．温暖化・大気組成変化相互作用モデル開発...

共生課題２

２．温暖化・大気組成変化相互作用モデル開発

温暖化－雲・エアロゾル・放射フィードバック精密評価

久芳奈遠美

KUBA Naomi

目次

１．共生研究における物理・化学過程のモデリングについて

２． NICAM 開発状況

３． NHM、 NICAM への雲微物理モデルの導入

１）スケジュール

　　・ 8月までに論文の種をまいて、ＩＰＣＣに向けて組織的な　　　対応をする。

　　・ 9月までに統合モデルに全過程の取り込みができることが　　　望ましい。

２）実験メニュー

　　現状は全昇温がわかっていて、それに合わせて感度を調整　　している。　　昇温の起因の配分の議論ができるような実験を考える。

３）問題点

・産業革命以前と現在とのエアロゾル数密度の変化（増加の割合）が不確かである。

・現在で非常に清浄な大気（自由大気、南大洋など）では、エアロゾルデータ　が不確かなため雲粒有効半径の見積もりが難しい。

・衛星観測データとの比較：　陸域での低層雲有効粒子半径が小さすぎる。

・砂漠化の取り込み

・将来、温暖化で地表面反射率の分布が変わると、エアロゾルの直接放射強制力が　正になる可能性もある。

・土壌粒子の SSA ( single scattering albedo ) が大気汚染で小さくなる可能性。

・気体 (CHASER) 　＋　粒子 (SPRINTAERS) 　の長期ランで何がわかるか？

・雲水相関数（現状のＧＣＭで使われている雲水を液体と固体に振り分ける　ための関数）の不確かさ。　⇒　共生課題１　雲氷も予報変数にしたい　 ⇒　共生課題２

３）問題点　（続き）

・雲－降水　：

　 Na – Nc パラメタリゼーションの検討　 aut-conversion のパラメタリゼーションの検討　過冷却雲水の割合の検討　観測データの解析（中国での地上観測では雲量、日射量ともに減少しているが、　　　　　　　　　　　　　衛星観測では雲量増加）　氷雲予報の必要性　地上エアロゾルの直接効果での降水の変化、間接効果での降水の変化

NICAM 開発状況

○ 放射過程： MSTRANX 実装中（ 3 月中予定）○ 陸面過程： MATSIRO 実装中　（ 3 月～ 4 月予定）　　○ 雲微物理過程：実装済み

　　バルク法　 warm cloud : Kessler (1969), Klemp & Wilhelmson (1978) cold cloud : Grabowski (1998), Lin et al. (1983)

（ Bin 法　　　　基底関数法導入予定）

○ 地表面フラックス過程：実装済み　　 Louis (1979), Uno et al. (1995)○ 乱流過程：実装済み　　　　　　　　　　 Mellor & Yamada level 2, 2.5

○1 日分の計算（ 3.5 km 格子、 50 層 ) 　が 2 ～ 3 　時間かかる見込み　　全球一様では試行錯誤は無理なので、開発段階では、一部集中格子の使用　　や地球のを半径小さくすることを検討。

○ 熱帯スコールラインのシミュレーション：　 20km 格子（一部集中格子 1.2 km ）で再現に成功

○ 見積もり

　全球 14 km 格子　 dt = 100 sec　 80 ノード使って一日積分に 6分 30 秒かかる

半径 15度の範囲に集中格子 ( 1.4 km 格子 )　⇒雲モデルが使える　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 dt = 5 sec 　 320ノード使えば1ヶ月積分は 32時間

○ 課題

　・全球で気候感度実験ができないか？　・雲水と雲氷の割合を出す実験はできないか？

ＮＨＭへの雲微物理モデルの導入

○ビン法モデル： 1 moment Bott (1989) 2 moment Chen & Lamb (1994)

○ 雲粒数密度パラメタリゼーション　　 Kuba et al. (2003) , Kuba & Iwabuchi (2003)

○初期雲粒粒径分布：ガンマ分布で表現　　 Kuba (2003)

○東北大学「雲解像モデル開発」との共同研究

ＮＩＣＡＭへの雲微物理モデルの導入

○ 基底関数法の開発（ＣＣＳＲ）

雲粒数密度のパラメタリゼーション

Nd = A Nc(S%) / (Nc(S%) + B )

V < 0.2 m s -1 S = 0.2 A = 4710 V 1.19

B = 1090 V + 33.2 0.2 < V < 0.5 m s -1 S = 0.4 A = 11700 V - 1690 B = 10600 V - 1480 0.5 < V < 1.0 m s -1 S = 0.5 A = 4300 V 1.05

B = 2760 V 0.755

1.0 < V < 3.0 m s -1 S = 1.0 A = 7730 - 15800 exp(-1.08 V) B = 6030 - 24100 exp(-1.87 V) 3.0 < V < 10.0 m s -1 S = 2.0 A = 1140 V -741 B = 909 V - 56.2

雲粒粒径分布の形のパラメタリゼーション

Gamma distribution.

n( r ) = A r exp(-Br) dr

A = Nd ( 4(+3)(+2)(+1)Nd / 3Q ) (+1)/3 　 / !

B = ( 4(+3)(+2)(+1)Nd / 3Q )1/3

n( r ) : Number density ( cm-4 )Nd : Number of cloud droplets ( cm-3 )Q : Cloud water ( g cm-3 ) Qadjust > Qcrit

X ( km )

Alt

itu

de

( km

)

CCN-1 Number concentration of cloud droplets ( cm-3 ) 25 min.

parcel

Parameterization

X ( km )

Alt

itu

de

( km

)

CCN-10 Number concentration of cloud droplets ( cm-3 ) 25 min.

parcel

Parameterization

0 　　 20 　　　 40 60 80 100

Radius of cloud droplets ( m )

dN

/ d

r (

cm -4

)

10 6

10 4

10 2

10 0

Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,1.9 km) CCN-1 6 min.

parcel

Gamma(=2)

Gamma(=4)

0 　　 20 　　　 40 60 80 100


dN

/ d

r (

cm -4

)

10 6

10 4

10 2

10 0


parcel

Gamma(=2)

Gamma(=4)

parcel

Gamma(=2)

Gamma(=4)


dN

/ d

r (

cm -4

)

10 6

10 4

10 2

10 0

0 　　 20 　　　 40 60 80 100



dN

/ d

r (

cm -4

)

10 6

10 4

10 2

10 0

parcel

Gamma(=2)

Gamma(=4)

0 　　 20 　　　 40 60 80 100



dN

/ d

r (

cm -4

)

10 6

10 4

10 2

10 0

0 　　 20 　　　 40 60 80 100

parcel

Gamma(=2)

Gamma(=4)


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

X ( km )

Ac

cu

mu

late

d R

ain

fall

( m

m )

10

8

6

4

2

0

parcel

Gamma(=2)

Gamma(=4)

Mean (mm)

1.60

1.70

1.68

CCN-1 50 min.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

X ( km )

Ac

cu

mu

late

d R

ain

fall

( m

m )

10

8

6

4

2

0

parcel

Gamma(=2)

Gamma(=4)

Mean (mm)

0.635

0.717

0.688

CCN-10 50 min.

X ( km )

Alt

itu

de

( km

)

CCN-1 Mixing ratio of rain water 25 min.

parcel

Parameterization

X ( km )

Alt

itu

de

( km

)

CCN-1 Mixing ratio of rain water 40 min.

parcel

Parameterization

ＮＨＭへの雲微物理モデルの導入

○ビン法モデル： 1 moment Bott (1989) 2 moment Chen & Lamb (1994)

○ 雲粒数密度パラメタリゼーション　　 Kuba et al. (2003) , Kuba & Iwabuchi (2003)

○初期雲粒粒径分布：ガンマ分布で表現　　 Kuba (2003)

○東北大学「雲解像モデル開発」との共同研究

ＮＩＣＡＭへの雲微物理モデルの導入

○ 基底関数法の開発（ＣＣＳＲ）

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