共生課題２２．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

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 + 33.20.2 < V < 0.5 m s -1 S = 0.4 A = 11700 V - 1690 B = 10600 V - 14800.5 < V < 1.0 m s -1 S = 0.5 A = 4300 V 1.05 B = 2760 V 0.7551.0 < 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 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: Numberof cloud droplets ( cm-3 ) Q : Cloud water ( g cm-3 ) Qadjust > Qcrit

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

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

Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,1.9 km) CCN-1 6 min. parcel 10 6 Gamma (b=2) 10 4 Gamma (b=4) dN / dr ( cm -4) 10 2 10 0 0 20 40 60 80 100 Radius of cloud droplets ( mm )

CCN-1 50 min. 10 Mean (mm) parcel 1.60 8 Gamma (b=2) 1.70 Gamma (b=4) 6 1.68 Accumulated Rainfall ( mm ) 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X ( km )

CCN-10 50 min. 10 Mean (mm) parcel 0.635 8 Gamma (b=2) 0.717 Gamma (b=4) 6 0.688 Accumulated Rainfall ( mm ) 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X ( km )

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

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

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）

共生課題２２．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