気候システムセミナー

日時：金曜日 13:30-15:00
場所：東京大学柏キャンパス 総合研究棟270室
（＊変更の場合もありますので、詳細は下記の予定をご確認ください）

今後の予定

• Title: 気候モデルの惑星科学・天文学への応用
• Abstract: 近年、太陽系外惑星の検出が急速に進み、そのターゲットである地球型惑星にも多くの注目が集まっている。惑星気候を理解するための気候数値シミュレーションは、現在、惑星科学・天文学における重要な研究手法として位置付けられ始めている。特に、全球気候モデルは、放射・大気循環・雲・海洋などの物理過程を統合的に扱うことで、観測だけでは直接理解することのできない惑星環境やハビタビリティを検討する強力なツールとなっている。本発表では、地球の地球たちの中での位置付けを理解することを目的に本研究グループで進めている気候モデリング研究を概観し、将来の系外惑星観測ミッションの展開を紹介する。異なる地球たちを統一的な枠組みで理解する惑星気候システム学の観点から、今後の惑星科学・天文学における気候モデルが果たす役割と研究戦略を議論したい。

• Title: 温暖な初期火星における地下水循環とバレーネットワーク形成
• Abstract:火星のバレーネットワークは、後期ノアキス期から前期ヘスペリア期にかけて、火星表層に持続的な表層水循環が存在したことを示す地質学証拠が数多く残されている。しかし、当時の気候、河川、地下水がそれぞれどのような役割を果たしたのかは、未だ十分に理解されていない。本研究では、3次元火星全球気候モデル、全球河川モデル、および飽和・不飽和地下水モデルを統合したモデルを構築した。このモデルを用いて、2 bar の CO₂ 主成分大気に 6% の H₂ を含む温暖な初期火星条件を仮定し、自転軸傾斜角 20°、40°、60°、透水層厚 20 m および 200 m、透過率 10⁻⁹ および 10⁻¹⁰ m² の条件で数値実験を行った。各実験は、地下水分布が準平衡状態に近づくまで積分した。本モデルは、降雨、融雪、浸透、側方流、地下水湧出、表面流出、河川流を一体的に計算する。
  数値実験の結果、モデル上で計算された河川系は、観測されているバレーネットワーク分布のおよそ 60–80% を再現した。高透水性条件、すなわち透過率 10⁻⁹ m²、透水層厚 200 m の場合、地下水位は海沿いの低標高域で浅くなり、地下水活動に関連した赤鉄鉱コンクリーションヘマタイト球粒、いわゆる「ブルーベリー」が発見されているアラビア大陸周辺でも地表付近に達した。一方で、南半球高地の広い範囲では地下水位が深く保たれ、地形に支配された明瞭な地下水位構造が形成される。これに対して、より透水性の低い条件では、側方地下水流による再配分が弱く、地下水位が全球的に浅く湿潤な状態になりやすい。これらの結果から、初期火星の多くのバレーネットワークが、温暖湿潤気候下での降雨・融雪に由来する表面流出を基本としつつ、高透水性環境下での側方流と地形的な流れの集中によって形成された可能性を示している。

• Title: 大気海洋結合モデルと系外海洋惑星の海洋循環
• Abstract: 地球のような生命が系外惑星でも存在し進化するためには、長期間液体の水を有したハビタブル環境が必要である。地球は液体の水として海洋を有している一方、惑星形成の観点から、地球サイズの惑星は形成時に獲得する水量にバラエティがあり、特に地球海洋質量の数十倍の海洋を持ち全球が海で覆われた海洋惑星の存在が示唆されている。
  本研究では、Proxima Centauri bと呼ばれる地球型惑星に、全球的な海洋があると仮定した際の大気・海洋循環を、MIROC4mを使用して再現した。特に、深層循環を駆動する塩分の効果に着目するため、真水(0 psu)と地球海水(35.4 psu)の2ケースについて3000年積分を行った。その結果、地球海水ケースでは海洋内部の密度分布や海面高度に影響を与え、真水ケースとは異なる海流や海氷分布となることが分かった。従来の研究では表層の風成循環にのみ着目した上で海氷分布や地表面温度に関して研究が行われてきたが、本研究の結果は表層の物理場に対し深層を含めた海洋内部が大きく寄与することを示している。

• Title: 大陸配置が全球気候および全球凍結突入条件に与える影響
• Abstract: 大陸の量やその分布は、惑星気候の多様性を決定する重要な要素として知られている。また、近年の全球気候モデルを用いた研究は、大陸配置の違いが、地表面アルベドだけでなく、大気や海洋による南北熱輸送の変化を通して、全球気候に影響を及ぼすことを示している。しかし、大陸配置が大気・海洋循環の変化を介して気候システムの安定性に与える影響については十分に理解されていない。特に、全球凍結に至る閾値や遷移過程における大陸配置の役割については明らかになっていない。そこで本研究では、大気海洋結合モデル MIROC4mを用いて、全球凍結イベントが実際に発生した新原生代、および現代の大陸配置での気候シミュレーションを実施することで、大陸配置の違いが全球気候および全球凍結突入条件に至る閾値に与える影響を調べた。現代の太陽定数条件において、現在の大陸配置を用いた実験の極域は寒冷で海氷に覆われる一方、新原生代の大陸配置では年平均気温が5℃を超え、年間を通じて海氷が形成されない温暖な気候場がシミュレートされた。この極域における気候差は、新原生代の大陸配置において、現代よりも強い海洋循環が発達し、その結果として極方向への熱輸送が増大したことに起因している。また、これらの大陸配置を用いた全球凍結実験から、海洋循環と海洋熱輸送の違いによって、全球凍結に至る太陽放射の閾値が新原生代では現代より低くなることが明らかになった。これらの結果は、大陸配置の違いが海洋循環を通じて全球気候および気候システムの安定性・全球凍結に至る閾値に影響を与えることを強調するものである。

• Title: 大陸進化が海洋循環を通して地球型惑星の表層環境に及ぼす影響
• Abstract: 地球では、プレートテクトニクスに伴う大陸の集合と分裂を通じて、大陸地殻が数十億年にわたり成長・再配置されてきた。大陸の面積や配置は、惑星アルベドや大気・海洋循環を通じて気候に大きな影響を及ぼすため、その役割を理解することは地球の気候進化や地球型系外惑星の気候多様性を理解する上で重要である。しかし、大陸進化が海洋循環を介して表層環境に及ぼす影響については、体系的な理解が十分に得られていない。そこで本研究では、大気海洋結合モデルMIROC4mを用いて、理想化した大陸配置および過去から現在に至る現実的な大陸配置の下で気候シミュレーションを行い、大陸配置の変化に対する海洋循環の応答と、それに伴う南北温度勾配および表層雪氷環境への影響を調べた。その結果、低緯度の陸域面積が現代程度かそれ以下の場合には、海洋循環と海洋熱輸送の変化が南北温度勾配と海氷の安定性を支配し、その影響は大気中CO2濃度を4倍に増加させた場合と同程度、あるいはそれ以上に大きいことが分かった。一方、低緯度の陸域面積が大きい場合には、惑星アルベドの増加に伴い高緯度域が広く海氷で覆われるため、南北温度勾配は海洋循環の強さに依存しない。これらの結果は、大陸進化が地球表層環境の長期変動を支配する重要な要因であることを示し、将来の地球型系外惑星観測の解釈にも重要な示唆を与える。

• Title: Improving regional climate projections via observational constraints: An original method applied on Indian Summer Monsoon
• Time: 15:30 - 17:00 on July 10, 2026.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270
• Abstract: The lack of consensus in global projections of regional precipitation changes represents a major obstacle for the design of adaptation policies. This persistent spread is mainly arising from modeling uncertainty, i.e. from our limited knowledge in but also plural representation of complex mechanisms in current global climate models. Regardless of further model developments, here we propose an original statistical method in order to make the best use of available projections. Focusing on the Indian Summer Monsoon Rainfall (IMSR), a regional phenomenon of importance for the livelihood of billions of people, we perform a Maximum Covariance Analysis (MCA) to relate the inter-model spread in future precipitation changes to the simulation of recent precipitation linear trends - i.e. looking for a present-future nexus in model representation of precipitation. Observations are then used to account for model errors and thus build a revised multi-model ensemble. The robustness of our method is assessed using an out-of-sample validation approach i.e. by checking its ability to reliably predict the future regional precipitation anomalies simulated by a left-out model. Compared to more straightforward emergent constraint approaches, our approach enables a promising reduction in the inter-model spread at the grid-point level, with the benefit of statistically assessing its robustness.

• Title: 台風渦が全球の気候場の表現に与える影響
• Time: 14:00 - 15:30 on June 24, 2026.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270
• Abstract: 台風渦が全球気候場の表現にどのように寄与しているかを調査した。観測された大気には常に台風渦が含まれているため、気候場に埋め込まれたその寄与を直接評価することは困難であるため、本研究では全球再解析データから台風成分を診断的に分離する枠組みを開発した。具体的には、従来の渦位逆変換法（PV inversion）に台風の表現に重要な力学的効果を組み込み、改良したものである。
  　本手法をJRA-3Q再解析データに適用し、1979年から2023年までの6時間間隔の台風渦除去データセットを構築した。事例解析の結果、本手法により、下層の低気圧性渦度や上部対流圏の暖気核などの台風に起因する循環構造を、力学的な不整合を生じさせることなく適切に分離できることを確認した。さらに、台風渦は全球平均循環に顕著な寄与を持ち、モンスーントラフの強化、亜熱帯高気圧の弱化、および上部対流圏の昇温に寄与していることが明らかとなった。また、台風渦はその通過域の広範な領域において、下層相対渦度の季節内変動（20–80日周期）の50%以上を説明し、一部の格子点では90%以上を占めることが示された。
  　本データセットにより、元の解析場と台風渦除去場（背景場）を同一時刻で直接比較することが可能となる。台風渦除去場は、各解析時刻において台風渦のみを診断的に取り除いた大気場を表すものであり、「台風が存在しない仮想的な大気場」を再現するものではない。しかし、本データセットは、さまざまな時空間スケールにおける気候場への台風渦の寄与を評価するうえで有用である。

• Title: Responses of extreme fire weather to CO2 emission reductions and underlying mechanisms
• Time: 15:30 - 16:30 on May 14, 2026.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270
• Abstract: While fire weather risk is projected to increase under global warming, its response under mitigation scenarios remains unclear. Using idealized emission-driven simulations, we compare extreme fire weather under net-zero (ZeroE) and net-negative (NegE) pathways. NegE leads to substantial reductions in fire danger, especially in high-risk regions, due to cooler temperatures and higher humidity. In contrast, fire danger remains elevated under ZeroE, particularly in low-latitude Northern Hemisphere regions. These differences are linked to changes in atmospheric moisture supply associated with the Atlantic Meridional Overturning Circulation and shifts in the Intertropical Convergence Zone. Overall, our results highlight that aggressive CO₂ removal is essential, as net-zero emissions alone may not sufficiently reduce future fire weather risk.

• Title: Climate histories from noble gases in ice
• Time: 10:30 - 12:00 on April 23, 2026.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270
• Abstract: Because of their chemical and biological inertness, noble gases are powerful tracers of physical processes. Their elemental and isotopic ratios in ice provide constraints on local and global conditions. Here we discuss the use of ice core noble gas ratios to reconstruct past mean ocean temperature, and briefly highlight noble gas isotope dating of old ice to probe ocean temperature evolution on million-year timescales.

• Title: 能動型衛星観測に基づく雲の全球的な力学特性および微物理特性に関する研究
• Time: 13:00 - 15:00 on April 21, 2026.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270

• Title: Long-term sea-level consequences of greenhouse gas emissions imply urgency of net negative emissions
• Time: 13:30 - 15:00 on April 13, 2026.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270
• Abstract: Sea-level rise is one of the most impactful consequences of anthropogenic climate change. It results principally from thermal expansion of sea water and the transfer of mass from glaciers and ice sheets to the ocean. Net-zero emissions of carbon dioxide, the dominant greenhouse gas, would likely stabilise surface temperatures at a level proportional to total emissions. However, the immense inertia of the ocean and cryosphere mean global mean sea level (GMSL) will continue to rise for centuries to millennia. Here, we demonstrate how past and future GMSL rise are related to a simple policy relevant metric: the product of how much carbon has been emitted and how long ago those emissions occurred, termed Carbon Air Time (CAT). Observations and GMSL projections collapse onto the same GMSL versus CAT curve with each Tt of Carbon causing an ongoing 30 to 70 cm of rise per century. GMSL rises as CAT increases, even after net emissions are reduced to zero. Halting continued multi-century GMSL rise will require halting increases in CAT, only possible with negative emissions that reduce warming to near preindustrial levels. The Carbon Air Time model is a potentially valuable policy tool for estimating how future emissions drive sea level change, and for guiding mitigation goals, notwithstanding the possibility for abrupt ice-sheet collapse. This is joint work with Prof. John Church.

• Title: Perspectives on Climate Sensitivity
• Time: 15:00 - 16:30 on April 13, 2026.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270
• Abstract: The notion of climate sensitivity has become synonymous with Equilibrium Climate Sensitivity (ECS), or the equilibrium response of the Earth system to a doubling of CO2. But, there is actually a hierarchy of measures of climate sensitivity, some of which probe important physics beyond that of ECS and which are more relevant to 21st century warming. This talk will focus on two of them, the well known Transient Climate Response (TCR) and the lesser known Transient Climate Response to Cumulative Emissions (TCRE). Using the two-box model for ocean heat uptake as a common theoretical framework, we derive a TCR scaling which applies quite generally across multi-decadal scenarios, but also find discrepancies with ocean heat uptake on longer timescales. Generalizing to emissions-driven simulations, we find that the TCRE depends critically on the airborne fraction of cumulative emissions, which tends towards 0.5-0.6 but for which a theoretical understanding is lacking.

• Title: QBO–MJO connection: observation and mechanisms
• Time: 10:30 - 12:00 on April 9, 2026.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270
• Abstract: The Quasi-Biennial Oscillation (QBO) and the Madden–Julian Oscillation (MJO) are strongly coupled during the boreal winter. Observational evidence shows that the MJO is approximately 40% stronger and persists about 10 days longer during the QBO easterly phase (EQBO) than during its westerly phase (WQBO). Despite the robustness of these observations, numerical models fail to reproduce this QBO–MJO connection, and the underlying physical mechanisms remain a subject of active debate. In this presentation, I explore two leading hypotheses explaining the QBO–MJO connection. The first focuses on the Kelvin-wave-like cold anomalies in the upper troposphere and lower stratosphere (UTLS) that weaken local static stability. Idealized model experiments indicate that these MJO-induced cold anomalies are intensified during EQBO, as QBO zonal winds modulate the vertical propagation of Kelvin waves in the UTLS. The second hypothesis concerns longwave cloud–radiative feedback within the MJO envelope. Analysis of satellite datasets reveals that cloud-top pressure and brightness temperature of deep convection are systematically lower during EQBO. These deeper clouds are more effective at trapping outgoing longwave radiation, thereby enhancing the cloud–radiative feedback that sustains and strengthens the MJO. Finally, the current challenges and limitations in modeling the QBO–MJO connection are briefly discussed.
  
  https://www.nature.com/articles/s41467-023-39465-7
  https://www.nature.com/articles/s43017-021-00173-9
  https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/30/6/jcli-d-16-0620.1.xml
  

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• 講演資料（所内限定）