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: Multiscale structure of the MJO and NICAM simulation
• Time: 10:00 - 12:00 on Mar. 25, 2019.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: Examining MJO events during CINDY/DYNAMO, we have shown that slow and zonally-narrow convectively coupled Kelvin waves are major building blocks of the MJO based on spatio-temporal wavelet transform (STWT) analysis of satellite-borne infrared radiation data. These Kelvin waves have a range of phase speed of 3-9 m s-1, which is in line with the MJO’s phase speed, while they are distinct from the typical convectively coupled Kelvin waves (~16 m s-1) that are shown up in climatological spectra. This finding is further corroborated by statistical analysis of data over 30 years. Composite analysis reveals the difference between the typical and slow Kelvin waves. Although both types of waves have similar convective features in which maximum convective activity is observed on and around the equator, the degree to which they are trapped in the equator is different. The e-folding scale in the meridional direction of the slow Kelvin waves is a smaller than that of the typical Kelvin waves, which is qualitatively consistent with the fact that the slow Kelvin waves have smaller equivalent depth and thus have a slow phase speed.
  On the basis of the observational data analysis, we hypothesize that in order for a general circulation model (GCM) to simulate the MJO, it needs to be able to simulate the slow Kelvin waves from time to time. We are currently testing our hypothesis using a variety of NICAM outputs. In contrast to many conventional GCMs, NICAM is able to reproduce space-time power spectra (including the typical Kelvin wave and MJO signals) that are quite consistent with observations, except for its weaker MJO amplitude as in any other GCMs. Case studies of AMIP-type simulations also show that simulated MJO events are accompanied by slow Kelvin waves, supporting our hypothesis. When it comes to predicting the MJO, however, it is found that some MJO events are very difficult to reproduce. In such cases, it is suggested that the typical Kelvin waves, instead of the slow Kelvin waves, are exclusively enhanced. Perhaps the failure is attributed partly to the lack of data assimilation in NICAM and partly to uncertainties in cloud microphysics parameterization. In this study, we would like to stress the latter. In fact, cloud microphysics scheme has a profound influence on NICAM’s performance in simulating subseasonal tropical variability, i.e., tiny things really matter. It is concluded that the NICAM is potentially able to simulate the MJO, yet there is still room for improvement in its cloud microphysics scheme and further efforts are worth sophisticating it.

• Title: A Mechanism for the Maintenance of Sharp Tropical Margins
• Time: 13:30 - 15:00 on Feb. 4, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: The deep tropics characterized by moist air and deep convection are separated from the dry, quiescent subtropics often by a sharp horizontal gradient of moisture only loosely tied to SST or other geographical constraints. Mapes et al. (GRL, 2018) showed that this margin of the moist tropics is a true PDF minimum (a regime separatrix), along a column water vapor (CWV) contour around 48 mm in instantaneous data. Quasi-meridional statistical composites of observations across the poleward-most excursion of this sinuous contour retain the sharpness of the margin while increasing signal to noise ratio. Observations primarily from a suite of the A-Train satellites show the meridional structure of thermodynamic state and budget terms across the margin of the moist tropics. Composites are computed around the PDF-minimum CWV value of 48 mm as well as a range of other thresholds from 35 mm to 60 mm for comparison. Major findings are summarized as follows. (1) CWV increases equatorward from the subtropics for all CWV thresholds but eventually converges to 48 mm deep into the tropical side. Precipitation abruptly intensifies on the tropical side of the margin but declines equatorward to 85 W/m2 regardless of the CWV thresholds. (2) The diabatic forcing to the atmosphere (radiative heating plus surface heat fluxes) changes its sign across the CWV=48 mm border, being positive on the tropical side and negative on the subtropics. This contrast is owing to the meridional gradient of radiative heating, principally the longwave effect of high clouds. (3) Vertical mode decomposition reveals a transition from bottom-heavy to top-heavy subsidence on the subtropical side of the margin. These observed features are interpreted in terms of a simple theory from the moisture and heat budget perspectives. The model explains the abrupt moistening at the margin as a singularity where the vertical displacement of air costs little energy within a column.

• Title: 大規模アンサンブル実験結果を用いた台風季節予報の可能性調査
• Time: 13:30 - 15:00 on Feb. 4, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 台風はひとたび接近・上陸すれば甚大な被害をもたらし、保険会社の経営に影響を与える。その年の台風傾向が事前に予測（＝季節予報）できれば安定的な保険事業を営む上で有用である。 そのため、東京海上研究所では、「d4PDF」を用いた台風活動の季節予報可能性調査を行っている。d4PDFは、観測のSSTを外部境界条件として大気モデルに与えたアンサンブル実験結果であり、これを用いることで台風活動の季節予報がどの程度可能性であるか、確認することができる。 本研究では、まず、台風活動度を示す指標である「ACE」の予測可能性を調べた後、保険会社の関心が高い「日本への接近数」の調査を行った。ACEにおいては、d4PDFアンサンブル平均と観測の年々変動には、1977年〜2011年の35年間で高い相関（相関係数0.82）があり、d4PDFは年々変動をよく再現していた。また、ACEは夏季NINO.3.4SSTと高い相関があり、NINO.3.4に基づく潜在的な予測可能性が認められた。NINO.3.4のSSTの昇温によって台風発生位置が東にずれることにより、ACEが大きくなることがその要因である。 台風接近数については、d4PDFと観測の年々変動には有意な相関（0.49）があり、また、中部太平洋域のSSTと有意な相関が認められ、潜在的な予測可能性が示唆された。接近数が多い年の環境場の特徴として、低緯度・低層での強い西風偏差と、モンスーントラフの東への延長、渦度の増加が見られ、それに対応するように北西太平洋の南東域で台風発生が多い傾向が認められた。中部太平洋SSTの昇温による循環の変化が日本に接近しやすい太平洋南東域での台風発生を促進し、接近数に影響を与えているものと考えられる。

• 場所: 総合研究棟　4センター共用2階会議室 270

• Title: Characteristics of warm-type heavy rainfall over the humid East Asian summer environment
• Time: 13:30 - 15:00 on Dec. 18, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: Ten years (2002-201)) of Tropical Rainfall Measuring Missio (TRMM) Precipitation Radar (PR) reflectivities, signaling heavy rainfall (>10mmh-1), were objectively classified by applying the K-means clustering method in order to obtain typical reflectivity profiles associated with heavy rainfall over East Asia. Two types of heavy rainfall emerged as the most important rain processes over East Asia: Type 1 (cold-type) characterized by high storm height and abundant ice crystals under convectively unstable conditions, developing mostly over inland China; and Type 2 (warm-type) associated with a lower storm height and lower ice water content, developing mostly over the ocean. These two types also show sharp contrasts in relation to their seasonal changes and in the diurnal variation of frequency maxima, in addition to other contrasting meteorological parameters.
  It is shown that moist-adiabatically near neutral conditions prevailing for warm-type heavy rainfall, results in a gentle upward motion and thus relatively lower cloud top. But warm-type rains can be heavy because of the main growth of rain drops through the collision and coalescence processes below the melting layer. In order to examine whether a numerical model could explain the microphysical evolution of the warm-type as well as cold-type heavy rainfall, numerical experiments were conducted with idealized thermodynamic conditions. Evidences are provided for supporting the collision-coalescence processes below the melting layer as a responsible mechanism of the heavy rainfall associated with the warm type.

• Title: Factors influencing the position of the ITCZ
• Time: 16:00 - 17:30 on Dec. 7, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: Recently a number of theories have arisen which explain the position of the mean ITCZ as a response to asymmetries in the hemispheric heat budget. Earlier theories suggested instead a role of stationary eddies shaped by the distribution of continents. We review these theories in light of idealized studies showing a pronounced sensitivity of the position of the zonal mean ITCZ to the representation of atmospheric deep convection. Our diagnostic studies suggest that the position of the ITCZ is balanced to a large extent by the strength of shallow circulations which are susceptible to surface and radiative forcing, in contrast to theories identifying a role of large-scale factors. To contrast the role of stationary eddies versus the hemispheric energy balance I report on numerical experiments with a retrograde rotating earth. These experiments with a fully coupled earth system model are the first of their kind, and suggest that the hemispheric heat imbalance is consistent with the position of the ITCZ, but likely the shape of the continents and zonal asymmetries play a more important role in determining the structure of the ITCZ on Earth.

• Title: Role of vertical wind shear in aerosol-cloud interactions in marine shallow cumulus clouds
• Time: 15:00 - 16:30 on Nov. 27, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: The microphysical suppression of drizzle in precipitating shallow cumulus clouds has recently been shown to be buffered by cloud deepening as a dynamical response to increased droplet number. In this study, we employ large eddy simulations with a newly implemented two-moment bin microphysics model to revisit the buffering and explore the role of vertical wind shear in aerosol-cloud interactions in trade cumuli. An idealized case with steady large scale forcing and nudged mean wind and aerosol concentration is developed based on a ship measurements over the Sulu Sea of the Philippines in 2012 and corresponding reanalysis data. Quasi-steady state is reached after 30-40 h for all 6 simulations (3 different aerosol concentrations with / without vertical wind shear). Consistent with a previous study, our simulations show a deepening of cloud top and a reduction of cloud fraction for higher aerosol loadings and that the buffering expresses itself in surface precipitation. Simulations with vertical wind shear produce shallower clouds as well as shallower boundary layers than those without vertical wind shear, resulting in a reduction in surface rain rate as aerosol amount increases. Vertical wind shear imposes two effects: clustering of clouds and evaporation of thin cloud elements. The differences between these simulations are reasonably understood as a competition between these two effects.

• Title: 温室効果ガス観測衛星を用いたエアロゾル高濃度域におけるCO2濃度導出手法の改良
• Time: 10:30 - 12:00 on Nov. 22, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.

• Title: 中高緯度の温暖化の南北半球非対称性が熱帯の降水分布に及ぼす影響
• Time: 15:00 - 16:30 on Nov. 16, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 様々な時間スケールの気候変動において、北半球と南半球の温度変化のコントラストが熱帯の降水分布の南北変位をもたらす可能性が指摘されてきた。この変位は、ハドレー循環の変化を通して温度上昇の大きな半球から温度上昇の小さな半球へ正味のエネルギーが輸送されるためと解釈されてきた：鉛直積算した大気柱の熱エネルギーは上層のハドレー循環と同じ向きに輸送され、水蒸気は主に下層で逆向きに輸送されるため、より温暖化の大きな半球側で降水が増加する。このエネルギー収支に基づく解釈は、これまで海洋循環の変化を考慮しない気候モデルで主に構築されてきた。本研究では、大気海洋結合モデルを用い、中高緯度のみ温暖化の状態に緩和することによって、中高緯度が熱帯へ与える効果のみを取り出す。さらに、海洋の力学的フィードバックの効果を取り除いた実験と比較することによって、中高緯度の温暖化の南北半球非対称性が熱帯の降水分布に及ぼす影響を示し、その背後にあるメカニズムを議論する。
  参考文献：Yoshimori, M., A. Abe-Ouchi, H. Tatebe, T. Nozawa, and A. Oka (2018): The importance of ocean dynamical feedback for understanding the impact of mid-high-latitude warming on tropical precipitation change. J. Climate, 31, 2417-2434.

• Title: The role of inner-core diabatic cooling in tropical cyclone structure and intensity change
• Time: 13:30 - 15:00 on Nov. 9, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: The effects of diabatic heating/cooling in the near-core region on tropical cyclone (TC) structure and intensity change are examined by artificially modifying the convective and stratiform heating/cooling in the near-core region. This talk focus on that, with the stratiform cooling doubled, the storm terminates intensification and eventually develops a double-eyewall-like structure accompanied by the significantly outward expansion of the inner-core size. To generalize the result, the low-level inner-core diabatic cooling is increased by 30%, which features the low-entropy air and downward motion in the inner-core region whereas the convergence and active convective updrafts are in the outer-core region. In collaboration with the favorable ambient dynamical conditions and boundary layer dynamical processes, the concentric convective ring is initiated with the aid of the outward expansion of strong wind field, and then contracts inward to replace the inner eyewall. Subsequently, the deep-tropospheric radial outflows driven by the large outward-directed agradient force related to the massive strong tangential wind generate a largely outward-tilted eyewall, eventually forming a large-eyed storm. In addition, the extra four sensitivity experiments are also conducted to examine the impact of strength and radial location of the increased low-level cooling on the storm structure and intensity change.

• Title: Past and future response of Northern Hemisphere monsoons: The mid-Holocene does not represent an analogue for future warming.
• Time: 15:00 - 16:30 on Oct. 12, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: Mechanisms mediating the response of Northern Hemisphere monsoons are investigated in two different warm climates : the mid-Holocene, whose climate change is driven by precession-induced insolation changes, and a future global warming scenario, rcp8.5, whose climate change is due to increases in greenhouse gas concentrations. The mid-Holocene is characterized by Northern Hemisphere warming and enhanced inter-hemispheric thermal contrast in boreal summer that are similar to those seen under global warming and, as a result, monsoons wetten and expand relative to present-day climate in both climates. We found that in general they do so more in the mid-Holocene than in rcp8.5. In fact, only the Indian monsoon is found to be stronger in rcp8.5 that in mid-Holocene. To understand these different responses, the moisture budget is decomposed in thermodynamic, dynamic and transient eddy contributions, to explore whether changes in monsoonal precipitation are mostly related to changes in specific humidity, changes in the mean atmospheric circulation or changes in synoptic-scale transient activity. Under mid-Holocene forcing, the expansion and intensification of Northern Hemisphere monsoons are due to a strengthening of monsoonal circulations resulting from enhanced net energy input over land. On the other hand, in rcp8.5 monsoons are affected to a different degree by thermodynamic, dynamic and transient eddy components, with strong regional monsoon behaviors due to local changes in the net energy input. However, monsoonal circulations robustly weaken in rcp8.5 relative to mid-Holocene. This weakening represents a limit for the projected expansion and intensification of monsoonal rainfall with global warming, which is unlikely to reach mid-Holocene extent and strength. This process-oriented study improves the confidence on future monsoon projections because it identifies future constraints on monsoon dynamics by comparing and contrasting it with past climate changes. It additionally shows how, despite similar changes in inter-hemispheric thermal contrast, the mid-Holocene does not represent an analogue for future warming induced by increased greenhouse gases.

• 場所: 総合研究棟　4センター共用2階会議室 270

• Title: 積雲対流スキームのグレーゾーンへの対応
• Time: 10:00 - 12:00 on Aug. 29, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 　スーパーコンピュータの処理速度の向上に伴い、全球雲解像モデルが利用可能になって久しい。しかし、雲解像モデルで標準的に利用されている水平解像度である1〜2km程度の格子間隔で全球シミュレーションを長期間行うのは、現状では、コンピューター資源の制約上難しいのが実情であり、高解像度の全球シミュレーションを数年〜数十年積分しようと思えば、数km〜数10kmという解像度を選択せざるを得ない。この解像度はグレーゾーンと呼ばれ、そのシミュレーションが難しいことで知られている。グレーゾーンにおいては、モデルは積雲を陽に解像することができない。また、伝統的な静力学モデルで用いられてきた積雲対流スキームは、積雲をアンサンブルとみなせる100km程度以上の水平格子間隔で用いられることが前提とされており、グレーゾーンでそのまま用いることは適切ではない。 　Arakawa and Wu (2013)、Wu and Arakawa (2014)は、既存の積雲対流スキームをグレーゾーンで利用可能にするためのフレームワークであるUnified Parameterizationを提案した。Unified Parameterizationにおいては、グリッド内の積雲面積の決定について、その科学的な基礎付けを与える努力がなされており、モデルの格子間隔が大きい場合には、スキームは既存の積雲対流スキームと同じように振る舞い、モデルの格子間隔が小さくなるにつれ、その振る舞いが雲解像モデルに近づいていくことが目指されている。しかし、現在提案されているUnified Parameterizationの枠組みは、実装の方向性を提案したという意味合いが強く、これを実装するに当たっては、未解決の多くの問題が存在する。そのうちの一つは、Unified Parameterizationが、一種類の雲タイプだけを扱う積雲対流スキームを前提としていることであり、現状では、Arakawa-Schubertスキームや、Chikira-Sugiyamaスキームのような、複数の雲タイプを扱うスキームには適用できない。 　発表者は、Unified Parameterizationを複数の雲タイプを扱うスキームにも適用可能にするための一般化を行った。本発表では、その定式化の手法および、今後の実装の展望について紹介する。

• Title: New insights into convective dynamics and memory
• Time: 10:00 - 12:00 on Aug. 21, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: Convective models and parameterization remain an unsolved challenge in atmospheric sciences. I will present work testing various assumptions often made in convective schemes, about the dynamics and kinematics of updrafts, and about the ability to diagnose convective rain from mesoscale mean states. This work suggests that deep convection may behave more like shallow convection or disorganised turbulence than is often suspected; that convective memory appears to play an important role in the time evolution of convection; and that convection may be fundamentally undiagnosable from the large-scale cotemporaneous state alone. This suggests that convective memory variables may be necessary to properly capture convective responses on the wide range of time scales desired in weather and climate models. Results also suggest that coupling of convection to the boundary layer is important and is a dominant pathway for convective memory.

• Title: Spectrum: an underutilized dimension in climate observations and model diagnostics
• Time: 11:00 - 12:00 on Aug. 7, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: While broadband flux has been widely used in climate studies, its integrand, the spectral flux, has not been fully utilized in climate studies. An important trait of spectral flux is that they can reveal compensating biases, which cannot be revealed by broadband diagnostics alone. I will first describe an algorithm developed in my group to derive such spectral flux from currently available satellite observations over the entire longwave spectrum. Three GCMs are used to illustrate the application of the spectral flux and cloud radiative effects in model evaluations. Next, I will describe the longwave spectral radiative feedbacks as derived from the CMIP3 and CMIP5 archives with a spectral radiative kernel technique, as well as the spectral decomposition of longwave cloud radiative feedback from the A-Train observations and from the NCAR CESM simulation. If time allows, I will describe two ongoing satellite missions, PREFIRE by NASA and FORUM by ESA, and the connections to the spectral studies described above.

• Title: Subsurface Nonlinear Dynamical Heating and ENSO Asymmetry in Ocean Reanalysis and CMIP5 Climate Models（亜表層における非線型力学加熱とENSO非対称性：海洋客観解析データとCMIP5気候モデル群を用いた調査報告）
• Time: 15:30 - 17:00 on Aug. 2, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 　エルニーニョ・南方振動(ENSO)は熱帯太平洋における大気海洋結合系の年々変動である。その気候への影響は 全球規模に広がるため、ENSOの予測可能性は季節予報において大きな役割を果たす。基本的な仕組みは線型 理論で理解されるが、観測されるENSOの振幅は大きく、時間・空間的に強く非対称であるため、これまで多くの 研究によってENSOの非線型性について調査してきた。しかし、まだ理解は十分とはいえず、加えて、CMIP5の 気候モデルの多くはENSOの非線型性を適切に表現できていない。本セミナーでは、ENSOの非線型性とCMIP5 モデルの現状を把握するために、特に海洋亜表層の非線形力学加熱(Nonlinear Dynamical Heating, NDH)に着目 して、複数の海洋客観解析データを用いた調査結果を報告し(Hayashi and Jin 2017, GRL: http://rdcu.be/Cxge )、 CMIP5モデルにおけるその再現性について議論する。 　客観解析データ(ORAS3、SODA 3.3.1、GODAS)を用いて、熱帯太平洋の深さ0-300 mについて熱収支解析を行った。 東部太平洋の亜表層(100-180W、深さ50-150 m)で平均したNDHの時系列は常に正の値をとり、温度躍層付近に おける温度場の整流効果として現れる。NDHの長期変動は太平洋十年規模変動と一致することは興味深い。また、 NDHは強いエルニーニョの最盛期直後に正に大変強まり、主に東西成分に起因する。これは、強いエルニーニョに 伴う赤道潜流の停止と温度躍層の平坦化に関係している。NDHはエルニーニョ減衰期に亜表層の加熱傾向として 働き、線型移流による冷却傾向を30%ほど弱めるため、引き続くラニーニャの振幅を小さくする。したがって、NDHは 亜表層過程を通じてENSOの振幅非対称に寄与する。また、強いエルニーニョ事例のコンポジット解析を行った。 その結果、NDHはエルニーニョからラニーニャに遷移する時に亜表層冷水偏差の東進を継続的に妨げていた。 したがって、NDHはENSOの構造の非対称にも寄与する。これらの非線型過程が東部赤道太平洋亜表層に広がる 正の温度歪度に寄与することが示唆される。 　CMIP5 (piControl、現段階では12モデル)のデータにおける亜表層非線型過程の調査を行った。ほとんどの気候 モデルは亜表層の非線型性を現実的には表現できていないが、比較的、CESM1-CAM5とMIROC5、GFDL-ESM2M、 NorESM1-Mの海水温度の歪度は客観解析データに近く、またGFDL-ESM2MはENSOに関するNDHをよく表現して いた。これらの点は現在調査中であるが、赤道潜流の気候値バイアスがENSOに伴う東西海流偏差を不適切に することで、NDHの働きを非現実的にしている可能性がある。今後さらに解析対象のモデル数を増やしつつ分析を 進め、セミナーで議論する予定である。
  キーワード: ENSO, asymmetry, nonlinearity, ocean dynamics, ocean reanalysis, CMIP5
  参考文献: Hayashi, M., and F.-F. Jin, 2017: Subsurface Nonlinear Dynamical Heating and ENSO Asymmetry. Geophys. Res. Lett., 44, 12427-12435, doi:10.1002/2017GL075771. http://rdcu.be/Cxge

• Title: Observational study on spatiotemporal characteristics of hydrometeors and aerosols using multi-platform satellite measurements（複数の衛星観測を用いた雲・降水粒子とエアロゾルの時空間特性に関する観測的研究）
• Time: 9:30 - 11:30 on Jul. 24, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 雲・降水・エアロゾルは放射過程や水循環を通して地球の気候システムに深く影響するが，それらの複雑なプロセスや相互作用は，体系的な実観測不足により十分に理解されておらず，気候変動予測に大きな不確実性をもたらす．例えば，気候モデルにおける雲相表現は現時点で大きくばらつき，平均的には水雲を過小評価し，氷雲を生成しすぎる傾向にあると言われている．このような不確実性の低減に資する，衛星による雲とエアロゾルの微物理特性の観測は，この十年余りで能動型センサの鉛直観測や次世代静止気象衛星の高頻度観測により急速な発展を遂げ，大気粒子環境の４次元観測に近づいたが，これまでの雲相等のアルゴリズムは鉛直・時間情報を限定的にしか利用していない．本研究では，大気粒子の様々なスケールでの時空間特性を明らかにすることを目的として，まず，CALIPSO衛星の後方散乱と偏光観測を用いて，気温や湿度等の環境条件に対する雲の相や氷晶形状（以下，粒子タイプ）の影響やそれらの季節変動特性を示した．次に，このような識別を，もう１つの能動型センサ搭載衛星CloudSatと複合することで，粒子タイプの気温と粒径に対する依存性を示し，その知見を基にCloudSatとCALIPSOを複合して雲・降水粒子タイプを判別するアルゴリズムを開発した．これは，両衛星の感度差を相互補完することで，巻雲から深い対流雲，さらには弱い降水まで，様々な雲システムに対して粒子タイプの詳細な鉛直構造を与えるものである．先行研究では，レーダ反射因子と気温の固定値による閾値法を採用したのに対し，本手法では，それらの連続的な関係性を導き，観測情報をより効果的に利用している点が特徴である．より包括的な４次元での大気粒子の描像把握には，今後は能動型および受動型センサを総動員した複合解析が必要不可欠である一方，受動型センサの導入に伴う共通課題として，衛星は大気・海洋・陸面からの放射輝度を混在した状態で観測するため，対象とする大気粒子（例えばエアロゾル）の推定に他のシグナル（例えば雲）が混入してしまう問題がある．そこで本研究では，次世代静止気象衛星のひまわり８号による高頻度観測を用いて，エアロゾルと雲の時空間変動特性の差に着目し，エアロゾル推定における雲除去アルゴリズムを開発した．その結果を地上観測で検証したところ，エアロゾル光学的厚さの平均二乗誤差平方根，相関，バイアスいずれについても定量的な改善が確認された．

• Title: LESを用いた洋上に発生する積雲の解像度依存性 〜NICAM・SCALEを用いて行っている低層雲研究の紹介とともに〜
• Time: 13:00 - 15:00 on Jul. 24, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 雲、中でも低層雲は気候予測における最大の不確定性要素である。GCMなどで用いられる雲のパラメタリゼーションが一つの不確実性の原因の一つであり、パラメタリゼーションを改良するために、ラージ・エディ・シミュレーション(LES)をはじめとした高解像モデルして用いられるが、LES自体にも不確実性があり、その要因はサブグリッドモデル、雲物理モデル、解像度、格子アスペクト比など多岐にわたる。本研究ではこれらのうち、解像度の依存性に焦点を当て、LESで表現される貿易風帯の洋上に発生する積雲の解像度依存性を調べた。実験はBOMEXと呼ばれるモデル間比較で用いられた積雲のケースを用い、理化学研究所を中心にして開発されているSCALEを用いて水平格子間隔を100mから6.25m（鉛直格子間隔は水平格子間隔の0.8倍）まで変化させて感度実験を行った。実験の結果から、積雲の雲量は解像度が上がるにつれて増加し、水平格子間隔12.5mで雲量は数値的に収束しており、雲量の数値的な収束は、雲の下の乱流構造の数値的な収束に起因していた。しかしながら雲微物理特性に関しては数値的収束には達していなかった。実験は広く用いられてきた2-momentバルク法と粒子法雲モデルである超水滴法の両方を用いた実験を行ったが、雲量の解像度依存性という点では雲微物理モデル間で結果に大きな差は見られなかった。発表では、これらに加えて、SCALEの雲微物理周りの今後の開発や、SCALE、および全球雲解像モデルNICAMで行っている低層雲に関する研究を紹介する。
  参考文献：Sato et al.(2018), https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2018MS001285

• Title: Thirty-year trend of sea ice top-layer temperature over the Arctic Ocean and its consequences in global warming
• Time: 10:00 - 11:30 on Jun. 19, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: Based on the use of the analytically-derived “combined Fresnel equation” that combines two Fresnel equations for polarized reflectivities, we were able to retrieve the temperature at the ice top-layer over the Artic sea ice area from AMSR-E 6.925 GHz measurements. Aimed at producing the long-term temperature sea ice temperature data over the Arctic sea ice region, we made an attempt to retrieve the top-layer temperature from 30-year long SSM/I and SSMIS FCDR data. In so doing we developed an algorithm to relate AMSR-retrieved interface temperatures to SSM/I frequency channel measurements (here at 19.4 GHz), with the introduction of a correction factor removing surface roughness and ice/snow scattering effects. The correction factor was defined as a product of geometric roughness factor with transmittance by snow/ice scatterings. By applying the developed algorithm to 30 years (1988-2017) of SSM/I and SSMIS 19.4 GHz brightness temperatures over the Arctic sea ice region, 30 year data of winter time sea ice/snow interface temperature were produced in daily time scale. Initial results demonstrate that the warming is much larger than any other regions in the globe; a continuous and dramatic increase of up to 3-6K over the 20 year time span (last ten year (2008-2017) average minus first ten year (1988-1997) average) over most of Arctic Ocean. This may be the first Arctic Ocean-wide picture revealing how the Arctic amplification has been evolved.

• Title: 間氷期のタイミングに関するシンプルなルール
• Time: 10:00 - 11:30 on Jun. 6, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 海底コアの酸素同位体比記録(Lisiecki & Raymo, Paleoceanography 2005)などから過去260万年間に約50回程度の間氷期があったことが示唆されている。この氷期・間氷期サイクルは北半球高緯度の夏の日射量変動にリズム調節されていると考えられているが、日射強度そのものと間氷期のタイミングは必ずしも対応しない。今回我々は、いくつかの日射量測度と観測された間氷期のタイミングの関係について分析を行った。その結果、間氷期は65°Nにおける熱量的夏半年の累積日射量がある閾値を超えた時に現れていること、この閾値は前の間氷期からの経過時間に比例して減少していることがわかった。このような観測に基づいて構成された統計モデルは過去260万年の間氷期のタイミングをおおよそ全て説明することができた (Tzedakis, Crucifix, Mitsui & Wolff, Nature 2017)。本セミナーではさらに、前の間氷期からの時間経過とともに閾値が減少する要因について、３次元氷床モデルIcIES(Abe-Ouchi et al. Nature 2013)の結果と比較して考察する。また、阿部研究室のプロジェクトにて私が取り組んでいるダンスガード・オシュガーサイクルの研究の展望についてもお話したい。

• Title:
  (１) 自己紹介と最近の研究
  (２) 京コンピュータによる豪雨事例の超高解像度広領域数値予報実験
• Time: 13:30 - 15:00 on May. 8, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract:
  （１）自己紹介を兼ねて、3月まで気象研究所で行ってきた研究のうち、 現在も関わっているものとして、 i) 極端気象に強い都市創りのRDP研究TOMACS、 ii) HPCI戦略プログラムとポスト京重点課題、 iii)科研費基盤Ｂ「アンサンブルデータ同化のための最適摂動手法に関する研究」 について、紹介する。
  （２）ポスト京重点課題の一環として海洋研究開発機構などと行っている京コン ピュータ による豪雨事例（平成25年台風第26号伊豆大島、平成26年8月豪雨による広島市） の超高解像度(5km-250m)広領域数値予報実験について紹介する。 どちらの事例でも解像度を上げることにより、強雨の予測精度が向上するが、 境界層スキームや側面境界条件の影響は事例の性質でかなり異なる。 対流コアとそのサイズをMiyamoto (2013)の全球雲解像シミュレーションと同様な方 法で解析した。 深い対流の表現には2kmの解像度は十分でなく500mの解像度が必要であることが分か る。

• Title: Observational study on spatiotemporal characteristics of hydrometeors and aerosols using multi-platform satellite measurements
  (複数の衛星観測を用いた雲・降水粒子とエアロゾルの時空間特性に関する観測的研究)
• Time: 15:00 - 17:00 on Apr. 24, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.

• Title: 地球温暖化への海面水温応答は「ラニーニャ的」でありうるか？
• Time: 13:30 - 15:00 on Apr. 23, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 「熱帯太平洋海面水温空間分布の地球温暖化強制に対する応答はエルニーニョ的である（東太平洋が西太平洋よりも速く暖まる）」というのが気候モデルの計算結果に基づいた一般的理解である。確かに，CMIP5にデータを提供した全球気候モデルのうち32のモデルについて，温暖化強制に対する明確な「ラニーニャ的応答（西太平洋が東太平洋よりも速く暖まる）」を示すモデルは4つしか存在しない。ただし，「エルニーニョ的応答」を示すモデルも含めて海面水温応答の空間分布は多種多様であるため，マルチモデル平均の「エルニーニョ的応答」の信頼度は限定的である。そこで本研究では，温暖化に対する海面水温の「ラニーニャ的応答」が物理的に妥当な解である可能性について理論的考察とデータ解析により調べた上で，ラニーニャ的海面水温変化が物理的に選択されうるメカニズムを「非線型ENSO温暖化抑制（NEWS）仮説」として提唱した。 　赤道太平洋上層の物理プロセスを簡潔に表現した非線型2ボックスモデルに温暖化強制を与えると，海洋上層の安定化によって温度躍層の風応力偏差への感度が鈍くなり，強いエルニーニョ現象が発生しづらくなる。その際，ENSOの非線型性により，ラニーニャ現象は比較的弱化しづらいので，平均場は「ラニーニャ的」に修正される。「ラニーニャ的応答」を示す全球気候モデルであるGFDL-ESM2Mの解析結果は，2ボックスモデルで表現されるメカニズムと整合的である。NEWSが発生する必要条件の一つはENSOの非線型性であるが，大多数の全球気候モデルにおいてENSOの非線型性の再現は十分でない。現実的なENSOの非線型性を再現する全球気候モデルであるGFDL-ESM2MとMIROC5を比較した解析結果は，海洋上層の成層が弱いとNEWSが発生しづらいことを示唆する。

• Title: 暖かい雨の雲微物理過程のモデリング
• Time: 13:30 - 15:00 on Apr. 20, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 　雲は放射過程を通じて気候に大きな影響を与えるため、その生成・発達・消滅に関連した物理過程の理解を深め、モデルを改良することは、気候のモデリングの上で大変重要な問題である。 　ここでは、昨年まで、海洋研究開発機構(JAMSTEC)で行ってきた久芳・藤吉のビン法モデル（詳しくは、Kuba and Fujiyoshi 2006 を参照）を使った貿易風帯積雲(RICO, Rain in Cumulus over the Ocean Experiment 2004-2005 のcase)の再現実験を中心に、その過程を紹介したい。 　このモデルでは、上昇流中で過飽和になって活性化する凝結核の数を、鉛直速度を使ったパラメタリゼーションスキームによって決定している。これは、これまで多くのモデルで使われてきた格子ごとの相対湿度を使った方法では、格子間隔や時間ステップが大きすぎるため、十分よく活性化の過程を表現できないと考えたからで、どの大きさまでの凝結核が活性化するかは、様々な粒径分布や上昇流などの条件を与えたパーセルモデルを使った結果から、鉛直速度の関数として決定している。 　このモデルは、これまでを名古屋大学の坪木さんを中心に開発されたCReSSに組み込んできたが、今後、NICAMに導入することを進めている。

• Title: 現地観測から明らかにする氷河氷床の表面質量収支
• Time: 10:00 - 11:30 on Apr. 11, 2018.
• Place: General Research Bldg. 2F room 270.
• Abstract: 近年の人工衛星観測技術の飛躍的な向上によって、グリーンランドおよび南極両氷床の質量が加速的に減少していることが明らかになってきた。しかしながら観測間のばらつきは依然大きく、海水準変動への影響把握や、氷床変動の将来予測に対して大きな不確定性をもたらしている。一方、領域気候モデルを用いて氷床変動を駆動するメカニズムの解明が進められている。衛星観測の誤差の減少、および気候モデルで計算された氷床変動量の検証には、現地観測データの蓄積が不可欠であるが、観測の困難さ等の問題から、現在までグリーンランド、および南極氷床で継続して実施されている質量収支観測は稀である。発表者は、現地観測による氷河氷床の表面質量収支研究に取り組んできた。本発表では、これまでに行ってきたグリーンランドでの研究紹介、および現職着任後に取り組んで行きたいと考えている、南極氷床における質量収支観測に関する今後の展望を紹介する。

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