共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 積雪変質・アルベド過程モデル開発のための積雪物理量及び熱収支に関する観測的研究
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 気象研究所
研究代表者／職名 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

4

 的場澄人 北大低温研 助教

研究目的 近年、北極域では急激な雪氷の融解が進行しているが、実際の雪氷融解速度は多くの気候モデルの予測よりも速い速度で進行している。その原因解明のため、過去の本共同研究では気候モデルで用いることができる以下のサブモデルを開発してきた。すなわち、(1)積雪汚染がアルベドを低下させる効果を考慮した積雪アルベド物理モデル（PBSAM）、(2)積雪変質過程も含む積雪変質・アルベド過程モデル（SMAP）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・エアロゾル・雪氷の連続観測を実施し、これら観測データを用いて、PBSAM及びSMAPの改良・検証を行うことにより、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 低温研露場において放射収支、気象、エアロゾルの連続観測を行った。2011年9月には日射計及び赤外放射計の上向き成分測定用架台を交換した。これにより架台が日射計・放射計の視野を遮る割合を約4%から2％に半減させることができ、また架台による雪面の凹凸も軽減できるようになった。冬期間には積雪断面観測を週2回のペースで行い、積雪物理量を高頻度で取得した。昨冬期までは3冬期連続で暖冬であったものの、今冬期は気温が平年に比べて低くなった。しかし、降雪量は平年に比べて少なく、最大積雪深は昨冬期とほぼ同じである80cm弱程度に留まった。雪質は1月中旬頃まではこしもざらめ雪やしまり雪が度々観測されたが、その後はざらめ雪が多く観測された。

過去5冬期間の放射収支・積雪断面観測データ、積雪不純物（ダストと黒色炭素）濃度データから、PBSAMを用いて積雪不純物による日々のアルベド低下量と放射強制力を求めた。その結果、放射強制力の増加には、不純物濃度だけでなく、積雪粒径の増加と日射量の増加（遅い時期ほど増加）が寄与していることが分かった。また、同観測データから積雪内部の短波放射吸収率を見積もったところ、積雪粒径の増加時により深い層まで加熱されていることも分かった。

気象研究所地球システムモデルを構成するコンポーネントの一つである鉛直一次元のSMAPの改良を行った。ここでは、SMAPによる大気-積雪-土壌相互作用の評価を可能とすべく、新たにSMAPの土壌サブモデルを開発した。モデルの検証を2007-2008冬期に低温研で取得したデータを用いて行ったところ、計算された地温の2乗平均平方根誤差は、深さ30cmで1.60 ℃、50cmで1.39 ℃、100cmで1.10 ℃と良好であることを確認した。また、近年急激な雪氷の融解が起きている北極域の積雪状態予測へSMAPを適用するために、モデル最適化の調査を行った。その結果、最大含水率、新雪密度、圧縮粘性係数、有効熱伝導率を札幌での計算で用いているスキームから変更する必要があることが分かった。
　　
成果となる論文・学会発表等 青木輝夫， 2011: 5章「積雪内の放射計算」(p.123-141)， 気象研究ノート第223号「気象・気候学のための最新放射計算技術とその応用」（共著）， 日本気象学会， pp.184.

Aoki.， Te.， K. Kuchiki， M. Niwano， and Y. Kodama， 2011: Accuracy of physically based snow albedo model evaluated with measured data at Sapporo， Japan during five winters from 2006 to 2011， C41F-08， AGU Fall Meeting， 5-8 December 2011， San Francisco， USA.

Niwano. M.， Te. Aoki， K. Kuchiki， M. Hosaka， and K. Kodama， 2011: A numerical model to simulate physical states of snowpack for climate studies， C51A-0633， AGU Fall Meeting， 5-8 December 2011， San Francisco， USA.