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研究成果

公開日:2016.05.25

北極域への「すす」の輸送メカニズムを解明
-「京」を用いた超高解像度の全球大気汚染物質シミュレーション-

研究成果 工学

 理化学研究所計算科学研究機構複合系気候科学研究チームの佐藤陽祐基礎科学特別研究員と富田浩文チームリーダーらと、東京大学、九州大学、国立環境研究所らの共同研究グループは、スーパーコンピュータ「京」を用いた超高解像度シミュレーションにより、気候変動に大きな影響を与える粒子状の大気汚染物質である「すす(黒色炭素)」の北極域への輸送メカニズムを解明しました。 エアロゾルの一種である黒色炭素の多くは人間活動によって放出され、大気中の長い距離を輸送されます。北極圏の雪や氷の上に降り積もった黒色炭素は、その色を黒く変えてしまい、太陽光の反射率を低下させて地球温暖化を促進します。このように、北極圏の黒色炭素量は地球温暖化に直接影響を及ぼす可能性があることから、人間活動が活発な中緯度帯から北極圏への黒色炭素輸送量の正確な推定が必要とされています。しかし、これまでの北極圏における観測結果はシミュレーションよりも多量の黒色炭素の存在を示しており、従来の気候モデルの表現する”清浄すぎる北極圏”と現実との間には不整合が存在していました。
 共同研究グループは、基本原理に忠実な全球大気モデルと精緻化されたエアロゾルモデルを融合させて、「京」を最大限に駆使し、従来よりも一桁高い数㎞の水平解像度でのシミュレーションを実施しました。これにより、黒色炭素の北極への輸送量について、実際の観測結果をより良く再現しました。同時に、従来の低解像度のシミュレーションでは、低気圧周辺において空気の混合が弱く輸送が十分ではなかったため、および、降水に伴って大気中から過剰に除去していたため黒色炭素輸送量を過少評価していたことが明らかになりました。 今後、より高性能なスーパーコンピュータの性能を最大限駆使することで、より不確実性を減らした気候変動予測が可能になると期待できます。
 本研究成果は、英国の科学雑誌『Scientific Reports』に掲載されるのに先立ち、オンライン版(5月25日付け:日本時間5月25日)に掲載されました。

図1 「京」による全球でのエアロゾル輸送シミュレーション(当該論文の図を用いて作成)
(a)は本研究で可能になった水平格子間隔3.5kmの低気圧の構造を示す。(b)は雨によって除去される黒色炭素の除去率。(c)および(d)は従来の水平格子間隔(56km)で再現された結果。(a)では雲や雨のある領域とない領域のコントラストがはっきりし、(b)雲や雨によって除去されずに残るエアロゾルがより増えていることがわかる。

図2 北極域の地表での黒色炭素の質量と観測との比較(当該論文の図を用いて作成)
a)は本研究で実現した水平格子間隔3.5kmの結果。b)は従来の水平格子間隔56kmの結果。シェードが数値シミュレーション、◯が観測結果を示す。シミュレーションの期間内に北極域に流入した黒色炭素の総量について、3.5km格子解像度では56km格子解像度に比べておよそ4倍もの流入量が見積られた。

研究に関するお問い合わせ先

竹村 俊彦  応用力学研究所 教授
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