共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 大気-積雪間の熱・水交換過程をモデル化するための観測的研究
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 気象庁気象研究所
研究代表者／職名 研究官
研究代表者／氏名 庭野匡思

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 青木輝夫 岡山大学大学院自然科学研究科 教授

2

 保坂征宏 気象庁気象研究所 室長

3

 谷川朋範 気象庁気象研究所 研究官

4

 橋本明弘 気象庁気象研究所 主任研究官

5

 的場澄人 北大低温研

研究目的 雪氷圏では、近年の地球温暖化に伴い、氷床質量損失、積雪期間減少、及び降水の雨雪比変化などに代表される環境変化が急速に進行している。その実態を把握して支配メカニズムを解明するためには、高精度現地観測の実施と、それに基づく大気-積雪相互作用に関わる物理過程の現実的なモデル化が有効である。本研究では、低温科学研究所露場における積雪断面観測、熱収支観測、積雪不純物観測を継続すると同時に、各種物理プロセスモデルの開発・改良を行う。その結果として、現在気候下における大気-積雪相互作用の理解の深化に寄与し、雪氷圏における大気・積雪の長期・短期予測精度向上に資することを目的とする。
　　
研究内容・成果 　低温研露場において放射・気象・エーロゾル等の連続観測を継続し、冬期間には地上設置型改良型全天分光日射計GSAFによる積雪粒径・不純物濃度の遠隔測定、積雪断面観測、積雪サンプリング及び不純物濃度測定を実施した。また、老朽化した気象センサー（下向き短波放射計、温湿度センサー、7深度分の雪温計、気圧計、電源システム）の更新を行った。本観測サイトは、WCRP Grand Challenge Melting Ice & Global Consequencesに貢献するために立ち上げられた積雪モデル相互比較プロジェクトESM-SnowMIP（http://www.climate-cryosphere.org/activities/targeted/esm-snowmip/about）の1次元モデル検証サイトにアジアから唯一選定された。今年度は、2005年から露場において取得してきた貴重な気象・雪氷データを事務局に提供した。現在、参加モデルの計算結果の検討が行われている。
　気象庁非静力学モデルJMA-NHM[1]を最新版の積雪変質モデルSMAP[3]と結合して構築した領域気候モデルNHM-SMAP v.1.00が完成し、グリーンランド氷床における長期気候計算が可能となった[4， 5]。この取り組みにより、本共同研究で開発・高度化する各種物理プロセスモデルを、随時SMAPとNHM-SMAPにシームレスに反映させていく研究体制が確立された。
　2007-2016年の9冬期間に露場で取得された気象・雪氷観測データを用いて、積雪不純物（ブラックカーボン：BC・ダスト）が雪面アルベドに与える定量的な影響をモデル計算によって調べた。更に、積雪不純物の存在が引き起こす放射強制力を推定した。全解析期間の短波長アルベドの変化はBCのみにより-0.046、ダストのみにより-0.008であった。積雪不純物による放射強制力は、短波長全域で+6.8 Wm-2、BCのみで+5.5 Wm-2、ダストのみで+1.3 Wm-2の加熱であった。以上の結果より、札幌においては、雪面アルベド低下及び積雪表面融解加速に対するBCの影響がダストよりも大きいことが結論づけられた[2]。
　GSAFデータを用いて、複数の積雪粒子形状モデルと積雪不純物モデルが積雪粒径と積雪不純物濃度の推定結果に与える影響を調べた。積雪粒子形状モデルにはボロノイ型角柱状と凝集体の2つ粒子形状モデルを用いた。また、不純物モデルは不純物の氷粒子との混合形態（内部混合、外部混合）を考慮したモデルを用いた。積雪粒径の推定精度は、積雪粒径に依存してバイアス誤差が見られたが、小粒子では角柱状モデル、大粒子では凝集体モデル、その中間では両者の混合モデルを用いると、全粒径範囲においてバイアス誤差が小さくなることが確認された。また積雪不純物濃度は涵養期においては内部混合モデル、融雪期においては外部混合モデルが実測とよく整合し、積雪不純物の沈着過程と濃縮過程、積雪変態に伴う混合状態が積雪不純物濃度の推定結果に関係していることが示唆された。
　　
成果となる論文・学会発表等 [1] Hashimoto， A. et al.， 2017: Numerical weather prediction experiment in collaboration with research activities in glaciology and snow disaster prevention， CAS/JSC WGNE Blue Book， 47， 5.11-5.12.
[2] 広沢陽一郎， 青木輝夫， 他， 2017: 札幌における積雪不純物がアルベドと放射強制力に与える定量的な影響， 雪氷研究大会（2017・十日町）， 2017年11月19-21日，A1-6.
[3] 庭野匡思， 2017: 日本雪氷学会平田賞受賞記念講演， 雪氷研究大会（2017・十日町）， クロステン十日町， 2017年9月26日， 十日町.
[4] 庭野匡思， 2017: グリーンランド氷床における近年の急激な雪氷質量損失―現地観測と数値モデルによるメカニズム理解の試み―， 日本気象学会2017年度秋季大会（札幌）シンポジウム「北極域」， 北海道大学， 2017年11月1日.
[5] Niwano， M.， Aoki， T.， Hashimoto， A.， Matoba， S.， et al.， 2018: NHM-SMAP: Spatially and temporally high resolution non-hydrostatic atmospheric model coupled with detailed snow process model for Greenland Ice Sheet， The Cryosphere， 12， 635-655.