共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 積雪アルベド陸面モデル改良のための積雪物理量及び熱収支に関する観測的研究（3）
新規・継続の別 継続（平成19年度から）
研究代表者／所属 気象研究所
研究代表者／職名 研究室長
研究代表者／氏名 青木輝夫

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 朽木勝幸 気象研究所 研究官

2

 庭野匡思 気象研究所 研究官

3

 兒玉裕二 北大低温研 助教

研究目的 　雪面アルベドは積雪粒径と不純物濃度の2つの積雪物理量と雲や水蒸気等の大気の変動に依存している。雪氷圏の高精度将来予測のためには、気候モデルにおける積雪アルベド陸面モデルを、従来の経験的モデルから、積雪粒径や不純物濃度の関数として変化する物理モデルに改良することが必要である。気象研究所では物理モデルを開発しているが、その検証には高精度の積雪物理量と熱収支データが必要である。本研究では低温科学研究所の露場において、放射・気象・積雪の連続観測を行い、これらの観測データ及び過去の観測データを用い、積雪アルベド陸面モデルの検証及び高度化を行うことにより、雪氷圏における将来予測精度向上に資する。
　　
研究内容・成果 　2009/2010年冬期は、前課題から継続して放射、気象、エアロゾルの連続観測を行った。また、積雪断面観測を週2回のペースで行い、積雪物理量を高頻度で取得した。今冬期は顕著な寒気が流入した時期があったものの、全般的には暖冬となった。実際、今冬期の最大積雪深は70cm程度であり、暖冬であった2006/2007年冬期とほぼ同程度であった。雪質は、期間全体を通して、ざらめ雪や氷板が多く観測された。
　気象研究所で開発した積雪アルベド陸面モデルを本課題による過去3年間の放射収支等観測、積雪断面観測データによって改良・検証した。モデルへの入力は積雪断面観測で得られた積雪粒径、積雪水量、雪温、札幌で採取された積雪サンプルから気象研究所で分析した黒色炭素濃度、ダスト濃度、放射収支等観測で得られた可視・近赤外域の下向き全天日射量、直達日射量である。計算結果と比較したデータは放射収支観測から得られた可視・近赤外域のアルベドである。これらのデータを使用して、従来の積雪1層、可視・近赤外域各単バンドアルベドモデルと、改良後の多層積雪構造対応、及び、可視・近赤外域の広波長帯域を更に複数のサブバンドに分割したモデルの精度評価を行った。短波長域アルベドを従来の1層積雪・単バンドモデルで計算したときの精度二乗平均平方根誤差（RMSE）は0.070、相関係数（R2）は0.796であったが、多層積雪・5バンドアルベドモデルでは、RMSEは0.062、R2は0.823と精度が向上した。このように、本課題による詳細な放射収支等観測、積雪断面観測データの有用性が実証された。
　積雪アルベド陸面モデルには積雪粒径を入力として与える必要がある。本研究では、現在知られている積雪変態過程（乾燥等温過程、乾燥温度勾配過程、融解過程、加圧焼結）をモデル化し、積雪粒径の時間変化を予測するためのモジュールを開発した。本モジュールに札幌での気象、放射データを入力して単体で実行し、積雪断面観測データを用いて精度の検証を行ったところ、2007-2008シーズンではR2が0.634、RMSEが0.53mmであった。
　次に上記のモジュールなどから構成される積雪変質モデルを作成し、それに積雪アルベド陸面モデルを組み合わせて積雪変質アルベドプロセス（SMAP）モデルを作成した。2007-2008シーズンについて札幌の一冬季間の積雪状態のシミュレーションを行ったところ、積雪深のRMSEが0.097m、アルベドのRMSEが0.106となった。現時点では可視・近赤外域各単バンドの積雪アルベド陸面モデルが組み込まれているが、SMAPモデルの更なる精度向上のためには、多バンドモデルを組み込む必要がある。なお、これらのモデルは現在気象研究所の地球システムモデルへの移植が行われている。
　　
成果となる論文・学会発表等 Aoki， Te.， K. Kuchiki， M. Niwano， E. Tanaka， S. Hasegawa， and Y. Kodama， 2009: Long-term variations of snow impurity concentrations and albedo in Sapporo， 日本地球惑星科学連合2009年度合同大会， 2006年5月， 千葉.

庭野匡思， 青木輝夫， 朽木勝幸， 2009: 札幌における冬季雪面熱収支， 日本気象学会2009年度春季大会， 2009年5月， つくば， D153.

庭野匡思， 青木輝夫， 朽木勝幸， 2009: SNOWPACK によって再現された札幌の積雪状態， 日本雪氷学会/日本雪工学会， 札幌， 2009年9月， P1-30.

兒玉裕二， 青木輝夫， 2009: 根雪開始の熱収支II， 日本雪氷学会/日本雪工学会（2009・札幌）， 札幌， 2009年9月， P2-55.