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共生課題2 2.温暖化・大気組成変化相互作用モデル開発 温暖化-雲・エアロゾル・放射フィードバック精密評価 久芳奈遠美 KUBA Naomi. 目次 1.共生研究における物理・化学過程のモデリングについて 2. NICAM 開発状況 3. NHM 、 NICAM への雲微物理モデルの導入. 目次 1.共生研究における物理・化学過程のモデリングについて 2. NICAM 開発状況 3. NHM 、 NICAM への雲微物理モデルの導入. 1)スケジュール   ・ 8 月までに論文の種をまいて、 IPCC に向けて組織的な    対応をする。

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Kuba naomi

共生課題2

2.温暖化・大気組成変化相互作用モデル開発

温暖化-雲・エアロゾル・放射フィードバック精密評価

久芳奈遠美

KUBA Naomi


Kuba naomi

目次

1.共生研究における物理・化学過程のモデリングについて

2.NICAM 開発状況

3.NHM、NICAM への雲微物理モデルの導入


Kuba naomi

目次

1.共生研究における物理・化学過程のモデリングについて

2.NICAM 開発状況

3.NHM、NICAM への雲微物理モデルの導入


Kuba naomi

1)スケジュール

  ・8月までに論文の種をまいて、IPCCに向けて組織的な

   対応をする。

  ・9月までに統合モデルに全過程の取り込みができることが

   望ましい。

2)実験メニュー

  現状は全昇温がわかっていて、それに合わせて感度を調整

  している。

  昇温の起因の配分の議論ができるような実験を考える。


Kuba naomi

3)問題点

・産業革命以前と現在とのエアロゾル数密度の変化(増加の割合)が不確かである。

・現在で非常に清浄な大気(自由大気、南大洋など)では、エアロゾルデータ

 が不確かなため雲粒有効半径の見積もりが難しい。

・衛星観測データとの比較: 陸域での低層雲有効粒子半径が小さすぎる。

・砂漠化の取り込み

・将来、温暖化で地表面反射率の分布が変わると、エアロゾルの直接放射強制力が

 正になる可能性もある。

・土壌粒子の SSA ( single scattering albedo )が大気汚染で小さくなる可能性。

・気体 (CHASER) + 粒子(SPRINTAERS) の長期ラン で何がわかるか?

・雲水相関数(現状のGCMで使われている雲水を液体と固体に振り分ける

 ための関数)の不確かさ。 ⇒ 共生課題1

 雲氷も予報変数にしたい  ⇒ 共生課題2


Kuba naomi

3)問題点 (続き)

・雲-降水 :

Na – Nc パラメタリゼーションの検討

aut-conversion のパラメタリゼーションの検討

 過冷却雲水の割合の検討

 観測データの解析(中国での地上観測では雲量、日射量ともに減少しているが、

             衛星観測では雲量増加)

 氷雲予報の必要性

 地上エアロゾルの直接効果での降水の変化、間接効果での降水の変化


Kuba naomi

目次

1.共生研究における物理・化学過程のモデリングについて

2.NICAM 開発状況

3.NHM、NICAM への雲微物理モデルの導入


Kuba naomi

NICAM 開発状況

○放射過程:MSTRANX実装中(3月中予定)

○陸面過程: MATSIRO実装中 (3月~4月予定)

○雲微物理過程:実装済み

  バルク法 warm cloud : Kessler (1969), Klemp & Wilhelmson (1978)

cold cloud : Grabowski (1998), Lin et al. (1983)

(Bin法    基底関数法導入予定)

○地表面フラックス過程:実装済み  Louis (1979), Uno et al. (1995)

○乱流過程:実装済み          Mellor & Yamada level 2, 2.5

○1日分の計算(3.5 km 格子、50 層 ) が2~3 時間かかる見込み

  全球一様では試行錯誤は無理なので、開発段階では、一部集中格子の使用

  や地球のを半径小さくすることを検討。

○熱帯スコールラインのシミュレーション:

20km 格子(一部集中格子1.2 km)で再現に成功


Kuba naomi

見積もり

 全球 14 km 格子 dt = 100 sec

80 ノード使って一日積分に6分30秒かかる

半径15度の範囲に集中格子 ( 1.4 km 格子) ⇒雲モデルが使える

dt = 5 sec

320ノード使えば1ヶ月積分は32時間

○課題

 ・全球で気候感度実験ができないか?

 ・雲水と雲氷の割合を出す実験はできないか?


Kuba naomi

目次

1.共生研究における物理・化学過程のモデリングについて

2.NICAM 開発状況

3.NHM、NICAM への雲微物理モデルの導入


Kuba naomi

NHMへの雲微物理モデルの導入

○ビン法モデル:1 moment Bott (1989)

2 moment Chen & Lamb (1994)

○雲粒数密度パラメタリゼーション  Kuba et al. (2003) , Kuba & Iwabuchi (2003)

○初期雲粒粒径分布:ガンマ分布で表現  Kuba (2003)

○東北大学「雲解像モデル開発」との共同研究

NICAMへの雲微物理モデルの導入

○基底関数法の開発(CCSR)


Kuba naomi

雲粒数密度のパラメタリゼーション

Nd = A Nc(S%) / (Nc(S%) + B )V < 0.2 m s -1             S = 0.2 A = 4710 V 1.19                         B = 1090 V + 33.20.2 < V < 0.5 m s -1  S = 0.4 A = 11700 V - 1690                              B = 10600 V - 14800.5 < V < 1.0 m s -1   S = 0.5   A = 4300 V 1.05                               B = 2760 V 0.7551.0 < V < 3.0 m s -1    S = 1.0 A = 7730 - 15800 exp(-1.08 V)                              B = 6030 - 24100 exp(-1.87 V)3.0 < V < 10.0 m s -1  S = 2.0 A = 1140 V -741                             B = 909 V - 56.2


Kuba naomi

雲粒粒径分布の形のパラメタリゼーション

Gamma distribution.

n( r ) = A rb exp(-Br) dr

A = Nd ( 4p(b+3)(b+2)(b+1)Nd / 3Q ) (b+1)/3/ b!

B = ( 4p(b+3)(b+2)(b+1)Nd / 3Q )1/3

n( r ) : Number density ( cm-4 )

Nd: Numberof cloud droplets ( cm-3 )

Q : Cloud water ( g cm-3 ) Qadjust > Qcrit


Kuba naomi

Number concentration of cloud droplets ( cm-3 ) 25 min.

CCN-1

parcel

Altitude ( km )

Parameterization

X ( km )


Kuba naomi

Number concentration of cloud droplets ( cm-3 ) 25 min.

CCN-10

parcel

Altitude ( km )

Parameterization

X ( km )


Kuba naomi

Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,1.9 km)

CCN-1 6 min.

parcel

10 6

Gamma

(b=2)

10 4

Gamma

(b=4)

dN / dr ( cm -4)

10 2

10 0

0 20 40 60 80 100

Radius of cloud droplets ( mm )


Kuba naomi

Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,2.2 km)

CCN-1 13 min.

parcel

10 6

Gamma

(b=2)

10 4

Gamma

(b=4)

dN / dr ( cm -4)

10 2

10 0

0 20 40 60 80 100

Radius of cloud droplets ( mm )


Kuba naomi

Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,2.5 km)

CCN-1 18 min.

parcel

10 6

Gamma

(b=2)

10 4

Gamma

(b=4)

dN / dr ( cm -4)

10 2

10 0

0 20 40 60 80 100

Radius of cloud droplets ( mm )


Kuba naomi

Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,1.9 km)

CCN-10 6 min.

parcel

10 6

Gamma

(b=2)

10 4

Gamma

(b=4)

dN / dr ( cm -4)

10 2

10 0

0 20 40 60 80 100

Radius of cloud droplets ( mm )


Kuba naomi

Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,2.2 km)

CCN-10 13 min.

parcel

10 6

Gamma

(b=2)

10 4

Gamma

(b=4)

dN / dr ( cm -4)

10 2

10 0

0 20 40 60 80 100

Radius of cloud droplets ( mm )


Kuba naomi

Size distribution of cloud droplets on Bin model at (4.5 km,2.5 km)

CCN-10 18 min.

parcel

10 6

Gamma

(b=2)

10 4

Gamma

(b=4)

dN / dr ( cm -4)

10 2

10 0

0 20 40 60 80 100

Radius of cloud droplets ( mm )


Kuba naomi

CCN-1 50 min. km,2.5 km)

10

Mean (mm)

parcel

1.60

8

Gamma

(b=2)

1.70

Gamma

(b=4)

6

1.68

Accumulated Rainfall ( mm )

4

2

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

X ( km )


Kuba naomi

CCN-10 50 min. km,2.5 km)

10

Mean (mm)

parcel

0.635

8

Gamma

(b=2)

0.717

Gamma

(b=4)

6

0.688

Accumulated Rainfall ( mm )

4

2

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

X ( km )


Kuba naomi

Mixing ratio of rain water 25 min. km,2.5 km)

CCN-1

parcel

Altitude ( km )

Parameterization

X ( km )


Kuba naomi

Mixing ratio of rain water 40 min. km,2.5 km)

CCN-1

parcel

Altitude ( km )

Parameterization

X ( km )


Kuba naomi

NHMへの雲微物理モデルの導入 km,2.5 km)

○ビン法モデル:1 moment Bott (1989)

2 moment Chen & Lamb (1994)

○雲粒数密度パラメタリゼーション  Kuba et al. (2003) , Kuba & Iwabuchi (2003)

○初期雲粒粒径分布:ガンマ分布で表現  Kuba (2003)

○東北大学「雲解像モデル開発」との共同研究

NICAMへの雲微物理モデルの導入

○基底関数法の開発(CCSR)