NICAM-SPRINTARS結合作業の現状報告

鈴木健太郎（東京大学気候システム研究センター）

2006/12/5 共生第２課題 研究連絡会

NICAM-SPRINTARS 結合モデル• SPRINTARS (Takemura et al., 2000, 2002)

– 全球３次元エアロゾル輸送ー放射モデル– オリジナル版は CCSR/NIES/FRCGS CGCM と結合

• NICAM (Tomita and Satoh, 2004)– 全球雲解像モデル : ES 上で稼働– これまでの実験

• 水惑星実験 (Tomita et al., 2004; Nasuno et al., 2006)• 水惑星 SST+2K 実験 (Miura et al., 2005)• 現実地形入り予報型実験 (Miura et al., 2006)

• NICAM-SPRINTARS (this study)– 全球雲解像モデルにエアロゾルをオンラインに結合– 直接効果・間接効果をともに導入– 対流雲にもエアロゾルの間接効果が入る

Meteorological field(wind, temperature, etc.)

on/off

General Circulation Model

Aerosol transport processesemission, advection, diffusion, chemical

reaction, deposition (wet, dry, sedimentation)

Aerosol optical properties

Aerosol direct and indirect effects

Aerosol global distribution

Evaluation of aerosol effects on climate system

SPRINTARS descriptionSPRINTARS description§ Originally on CCSR/NIES/FRCGC AGCM

§ Tracers: black carbon (BC), organic carbon (OC), sulfate, oil dust, sea salt, SO2, DMS

§ Emission• BC, OC: biomass burning, fossil fuel, biofuel, agricul

tural activity, terpene• SO2: fossil fuel, biomass burning, volcano• DMS: phytoplankton, land vegetation• Soil dust: online calculation with wind speed at 10m

height, vegetation, soil moisture, snow amount• Sea salt: online calculation with wind speed at 10m

height

§ AdvectionFlux-Form semi-Lagrangian for original GCMUse of Miura (2004) scheme for NICAM

§ Diffusion

§ Chemical reaction (sulfur)• Gas phase: DMS+OHSO2, SO2+OHSO4

2-

• Liquid phase: S(IV)+O3SO42-, S(IV)+H2O2SO4

2-

»OH, O3, H2O2: CHASER (Sudo et al. 2002)

§ Deposition• Wet deposition• Re-emission by evaporation of rain• Dry deposition• Gravitational settling

Takemura et al. (JGR, 105, 17853–17873, 2000)Takemura et al. (J. Climate, 15, 333–352, 2002)Takemura et al. (JGR, 110, 2004JD005029, 2005)

雲とエアロゾルの相互作用

雲核形成(nucleation)

雲内への取り込み (in-cloud scavenging)

降水による除去(wash out)

雲の微物理雲生成の力学

光学特性降水生成特性

雲・エアロゾルの衛星観測

Nakajima et al. (GRL 2001)

Aerosol (Higurashi and Nakajima, 1999 )

Low cloud ( Kawamoto et al., 2001 )

NICAM-SPRINTARS 間接効果の表現

p

l

t

l

3

1

4

3

cwc N

lr

エアロゾル数 Na から 雲粒数 Nc を診断

雲水量 l の降水への変換

雲粒子半径の評価

ma

mac NN

NNN

経験式

降水時定数

残存雲水量と雲粒数から診断

降水生成率

( Numaguti, 1999: Martin, 1994 に fit )

l

lNcp

cpp Nl,

Berry ( 1967 )

CCSR/NIES/FRCGC AGCM と同様の方法 (Suzuki et al., JAS 2004) で取り扱う

低解像度 ( 〜 240km) での計算例：エアロゾル光学的厚さ Annual mean

低解像度 (~240km) での計算例：エアロゾル・雲の光学特性 Annual mean

全球雲解像実験• 2001 年 4 月 1 日から 10-15 日程度積分

– 東シナ海上 APEX 観測実験、全球衛星データ– GCM-SPRINTARS の結果を初期値とする

• GCM は nudging で走らせる

• 解像度– glevel09(dx=14km): 現在稼働中– glevel10(dx=7km): これから（年末年始を利用）

• 計算資源– 計算コスト : NICAM default 版の約２倍– gl09(14km): 80 ノード ×10 時間 で５日積分可– gl10(7km): 320 ノード利用

Aerosol Optical Thickness (Total)

MODIS (A.Higurashi) GCM-SPRINTARS (T.Takemura)

NICAM-SPRINTARS 14km run (this study)

2001 April

Aerosol Optical ThicknessMODIS Satellite (A. Higurashi)

GCM-SPRINTARS (T. Takemura)

NICAM-SPRINTARS (14km, this study)

CRB

DST

SLF

2001, April

Angstrom Exponent

NICAM-SPRINTARS 14km run (this study)

MODIS (A.Higurashi) GCM-SPRINTARS (T.Takemura)

2001 April

Cloud Particle Effective Radius

MODIS 2003 April (T.Y.Nakajima)GCM-SPRINTARS 2003 April (T.Takemura)

NICAM-SPRINTARS 2001 April (this study)

Summary• コーディング・完熟運転終了

– 低解像度 (dx=240km) で稼働済み（数年程度）• 全球雲解像実験を開始

– dx=14km で稼働中 : 10-15 日程度積分• Tuning 必要 : in-cloud scavenging, wash-out

• 今後の予定– dx=7km の実験 : 年末年始– 衛星観測データと全球で比較

• MODIS(cloud & aerosol), ISCCP, GPCP– エアロゾル emission 倍増実験– 対流雲への影響に着目した解析