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

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1 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
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

2 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

3 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

4 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。

5 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

6 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

7 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

8 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

9 ○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？

10 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

11 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）

12 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 = A = 4710 V 1.19                          B = 1090 V                               0.2 < V < 0.5 m s -1    S = A = V                               B = V                              0.5 < V < 1.0 m s -1   S =   A = 4300 V 1.05                                B = 2760 V                              1.0 < V < 3.0 m s -1    S = A = exp(-1.08 V)                               B = exp(-1.87 V)                              3.0 < V < 10.0 m s -1  S = A = 1140 V -741                              B = 909 V

13 A = Nd ( 4p(b+3)(b+2)(b+1)Nd / 3Q ) (b+1)/3 / b!
雲粒粒径分布の形のパラメタリゼーション Gamma distribution. n( r ) = A rb exp(-Br) dr A = Nd ( 4p(b+3)(b+2)(b+1)Nd / 3Q ) (b+1)/3　/ b! B = ( 4p(b+3)(b+2)(b+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

14 Number concentration of cloud droplets ( cm-3 ) 25 min.
CCN-1 parcel Altitude ( km ) Parameterization X ( km )

15 Number concentration of cloud droplets ( cm-3 ) 25 min.
CCN-10 parcel Altitude ( km ) Parameterization X ( km )

16 Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,1.9 km)
CCN min. parcel 10 6 Gamma (b=2) 10 4 Gamma (b=4) dN / dr ( cm -4) 10 2 10 0 　　 　　 　 Radius of cloud droplets ( mm )

17 Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,2.2 km)
CCN min. parcel 10 6 Gamma (b=2) 10 4 Gamma (b=4) dN / dr ( cm -4) 10 2 10 0 　　 　　 　 Radius of cloud droplets ( mm )

18 Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,2.5 km)
CCN min. parcel 10 6 Gamma (b=2) 10 4 Gamma (b=4) dN / dr ( cm -4) 10 2 10 0 　　 　　 　 Radius of cloud droplets ( mm )

19 Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,1.9 km)
CCN min. parcel 10 6 Gamma (b=2) 10 4 Gamma (b=4) dN / dr ( cm -4) 10 2 10 0 　　 　　 　 Radius of cloud droplets ( mm )

20 Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,2.2 km)
CCN min. parcel 10 6 Gamma (b=2) 10 4 Gamma (b=4) dN / dr ( cm -4) 10 2 10 0 　　 　　 　 Radius of cloud droplets ( mm )

21 Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,2.5 km)
CCN min. parcel 10 6 Gamma (b=2) 10 4 Gamma (b=4) dN / dr ( cm -4) 10 2 10 0 　　 　　 　 Radius of cloud droplets ( mm )

22 CCN-1 50 min. Accumulated Rainfall ( mm ) 10 Mean (mm) parcel 1.60 8
Gamma (b=2) 1.70 Gamma (b=4) 6 1.68 Accumulated Rainfall ( mm ) 4 2 X ( km )

23 CCN-10 50 min. Accumulated Rainfall ( mm ) 10 Mean (mm) parcel 0.635 8
Gamma (b=2) 0.717 Gamma (b=4) 6 0.688 Accumulated Rainfall ( mm ) 4 2 X ( km )

24 Mixing ratio of rain water 25 min.
CCN-1 parcel Altitude ( km ) Parameterization X ( km )

25 Mixing ratio of rain water 40 min.
CCN-1 parcel Altitude ( km ) Parameterization X ( km )

26 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）