熱帯対流圏界層・成層圏大気科学過程に関する統合的研究

n  宇宙研 国際共同プロジェクト n  熱帯対流圏界層における力学・化学過程の解明　　　　　　　　　

–西部太平洋上の気球観測による統合的研究– n  2013年8月: 申請、12月: 採択 n  2014年2月: Biakでゾンデ観測を実施 (LAPANのプロジェクトを支援)

n  ATTREX/CONTRAST/CASTとの準同時観測 n  2014年3月: 合同サイエンス会議開催 (京大・東京オフィス) n  2014年4月: 気球本体経費を含む形で2014年度経費の再申請 (承認) n  2014年5月: LAPAN研究者を招待して大樹町実験見学 (中止) n  2015年1-2月: Biakにおける大気球観測

n  科研費 基盤 S n  熱帯対流圏界層内大気科学過程に関する力学的・化学的描像の統合

n  2013年11月: 申請、2014年4月: ヒアリング、2014年6月: 採択 n  2015年1-2月: Biakにおける大気球観測を含む5年計画

熱帯対流圏界層内大気科学過程に関する力学的・化学的描像の統合

基盤研究(S) 環境学 環境解析学 環境動態解析

研究代表者 長谷部 文雄 (北海道大) 研究分担者 塩谷 雅人　 (京都大) 　　　　　 藤原 正智　 (北海道大) 　　　　　 柴田 隆　　 (名古屋大) 　　　　　 青木 周司　 (東北大)

持帰不可

ヒアリング140414

研究の背景と目的 n  現代中層大気科学研究における水蒸気

n  常温で相変化 n  雲・エアロゾル形成 à 放射強制

n  中層大気へのOH供給源 n  オゾン層回復シナリオに影響

n  温室効果ガス n  10年規模地上気温変動を駆動

1�

n  科学的に未解決の課題 n  1980-90年代の漸増 n  2001年頃の階段関数的減少

Solomon et al. (2010) �

観測値 水蒸気も考慮した上限と下限

温室効果ガスとエアロゾル

n  成層圏水蒸気の変動要因 n  メタンの酸化による化学的生成 n  対流圏からの流入

n  熱帯対流圏界層 (TTL) 内脱水過程 n  微物理過程

n  氷晶核形成・過飽和・脱水効率 n  TTL変動要因

n  対流圏からの熱的強制 n  成層圏からの吸上げ n  準水平的混合過程

Mote et al. （1996)

水蒸気混合比

正偏差

負偏差

持帰不可

ヒアリング140414

2�

温室効果ガス

活発な 混合

冬半球 夏半球 Plumb (2002)改変 1000�

100�

10�

気圧hPa�

成層圏

対流圏

熱帯対流圏界層内大気科学過程

n  成層圏大気の年齢 (age)

緩慢な上昇

T T L

Brewer-Dobson循環 CO2, SF6など 成層圏流入時 の混合比保存

成層圏水蒸気 TTL通過時 の温度記録

脱水過程

成層圏変動に関する統合的理解 n  大気化学的観点

n  Clock tracer混合比の経年変動

Waugh (2009) �

n  大気力学的観点 n  「大気のテープレコーダ」

Kelvin �Rossby�

<�

>�

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Rossby�

Hasebe et al. (2013) �

熱帯対流圏界層内大気科学過程 持帰不可

統合的大気観測 n  観測拠点

n  主要な脱水進行現場: Biak (1.2°S, 136.1°E) n  下部境界の熱的強制で形成される気象場 n  過去の観測実績・協力関係

3�

ヒアリング140414

n  大気力学的観点

n  大気成分 n  気象変数・水蒸気・オゾン・二酸化炭素　　　　　のゾンデ観測

n  粒子成分 n  加熱/非加熱光学粒子計数計 (OPC) n  雲粒子センサー (CPS) n  雲粒子ビデオゾンデ (HYVIS) n  ライダー (2波長2偏波観測) n  エアロゾル サンプリング

n  大気化学的観点

n  大気サンプリング (Cryogenic Air Sampling) n  温室効果ガスなど長寿命成分の高精度観測 n  同位体比・アイソトポマー比 n  小型化したJTサンプラー

n  大気サンプリング n  国内(28年間)と南北両極・赤道域での観測の蓄積。成層圏大気の年齢(age)増(長寿化)や重力分離の発見。温室効果ガス濃度や同位体比の高精度観測に成果。

植松氏提供

持帰不可

研究の先駆性・独創性とこれまでの成果

研究費:住友財団, 鉄鋼基金, アサヒビール学術振興財団, 科研費(特定領域, 基盤(国際学術), 基盤(A), 基盤(B), 学術創成, 挑戦的萌芽, 若手(B), 共生プロ), 環境省推進費など

4�熱帯対流圏界層内大気科学過程

ヒアリング140414

n  循環場・波動解析 n  客観解析データやゾンデ/衛星/レーダー観測を駆使して熱帯域の大気力学場・循環場・波動特性を解明。MJOに伴う組織的構造の脱水に対する重要性を指摘。

n  水蒸気・オゾン観測 n  熱帯域における継続的観測を担ってきた世界唯一の研究グループ(1998年より集中観測)。水平移流に伴う脱水進行の観測事実を示し、水蒸気トレンドを評価。

n  粒子・微物理観測 n  ゾンデ・ライダー同時観測と雲物理理論の統合が特徴。雲中で対氷200%近い極端な過飽和を確認し、硫酸エアロゾル層内の巻雲の雲粒子数密度を推定。

持帰不可

関連分野の国際環境と準備状況 5�熱帯対流圏界層内大気科学過程

ヒアリング140414

n  宇宙航空研究開発機構(JAXA)からの支援 n  大気球委員会による2015年1-2月Biak観測承認

n  大気球などの機材提供と技術協力 n  LAPANとのMOU締結

n  全国大学共同利用機関として日本側を代表

n  国際的連携 n  TTL Workshop (2012年10月; ハワイ大学) n  AGU Fall Meeting における TTL Session (2013年12月) n  ATTREX/CONTRAST/CASTと同期したゾンデ観測 n  インドネシア航空宇宙庁(LAPAN)との共同研究

n  LAPAN長官との面談・研究計画の了承 n  現地研究所におけるセミナー n  留学生受け入れによる人材育成

稲飯ら, 天気, 60, 909-915 (2013)

TTL Workshop

n  NASA主導の航空機観測 n  高高度長距離飛行可能なGlobal Hawkを利用した集中観測 n  熱帯東部・中部太平洋集中観測 (2011年, 2013年) n  熱帯西部太平洋集中観測 (2014年1-3月) n  CONTRAST/CASTとの共同観測

ATTREX �

Global Hawk �https://espo.nasa.gov/missions/attrex�

持帰不可

研究体制と研究計画

粒子・微物理観測 研究分担者 柴田隆

大気サンプリング 研究分担者 青木周司

水蒸気・オゾン観測 研究分担者 藤原正智

同期観測

同期観測

循環場・波動解析 研究分担者 塩谷雅人

衛星観測 全球気象観測 客観解析

気象情報提供 飛揚報告

6�熱帯対流圏界層内大気科学過程

ヒアリング140414

2014年度� 2015年度� 2016年度� 2017年度� 2018年度�

循環場・波動解析

大気サンプリング

粒子・微物理観測

水蒸気・オゾン観測

データ解析

国際会議 AOGS2014� SOWER会議 SOWER会議

ßBiak 観測à

ßエアロゾル サンプリングà

ß-------------------- ライダー --------------------à

ß---------------- CPS, OPC, HYVIS ----------------à

ß-------------- 水蒸気・オゾンゾンデ --------------à

ß二酸化炭素ゾンデà

ß客観解析場を利用した脱水過程解析à ß 高分解能非静力学領域モデルの利用 à

ß------------- 微物理モデルとの比較 -------------à

ß実験室内分析à

ß--- 中緯度/極域観測(別課題)によるモニタリングの継続 ---à

ß--- 対流活動域モニタリング, MJO診断, 波動擾乱,�熱帯気象学 ---à ß------------ 流跡線モデル改良, 流跡線予測・診断 ------------à

持帰不可

期待される成果と学術的波及効果・展望

n  脱水メカニズムに関する新知見 n  脱水効率・存在可能な過飽和度 n  想定される脱水過程の貢献度

n  エアロゾルサンプルの分析 n  エアロゾル化学組成 n  TTL/成層圏大気の起源と履歴

²  2000年̃2001年の成層圏水蒸気減少メカニズムの推定

² 雲物理理論発展の契機

²  TTL内の物理・化学過程 ² 放射強制に対するエアロゾルの間接効果の評価

n  高分解能非静力学領域モデル n  大気の経験する過飽和度の精密化 n  TTL科学へのデータ同化の導入

Ø 気候変動予測・オゾン層回復シナリオの信頼性向上 Ø 途上国における学術振興と環境問題への意識向上

n  TTL/成層圏大気サンプルの分析 n  大気微量成分混合比 n  同位体比・アイソトポマー比

²  TTL水素収支と脱水過程の関係 ² 脱水過程に関する力学的理解と化学的理解の整合性精査・統合

² サブグリッドスケール擾乱による脱水効率

² 気象・物質場への同化の影響

7�

力学的・化学的描像の統合

熱帯対流圏界層内大気科学過程

ヒアリング140414

n  国際共同研究の実施体制 n  JAXAが日本の科学コミュニティーを代表してLAPANとMoUを締結 n  北大が関係機関の取りまとめ役としてJAXAと契約を締結

現状

JAMSTEC等�

極地研�

宮城教育大�

福岡大学�

京大�

名大�

MOU締結� 共同研究契約�

東北大�

LAPANの責務!•  実験場所の提供!•  通関便宜供与!•  法的便宜供与�

JAXAの責務!•  コミュニティを代表

して取決め締結!•  実験機器の提供!•  実験機器の移送!•  実験参加要員のコ

ストの支払い!•  実験データの解析!•  LAPAN研究者の

教育・訓練�

北海道大学の責務!•  PIとして関連機

関のとりまとめ�•  大気球実験の実

施!•  LAPAN研究者

の教育・訓練!•  観測計画の立案!•  実験機器の提供!•  実験データの解

析!•  実験機器の移送!•  実験参加要員の

コストの支払い!

JAXAの責務!•  コミュニティを代

表してLAPANとの取決め締結!

•  大気球観測実験の実施!

•  環境試験装置の提供!

•  放球訓練の実施!•  実験データの解

析!•  実験機器の移送!•  実験参加要員の

コストの支払い!

2014年7月3日!JAXA案!

n  準備作業 n  最優先課題はLAPANとのMoU締結

n  日本側からの問合せ・要請に応答なし n  Foreign Research Permit (FRP)申請 (http://international.ristek.go.id/)

n  必要書類概要 n  Letter addressed to The Ministry of Research and Technology n  Research proposal, abstract n  CV including list of publications if any n  Recommendation letters, one from supervisor and another from institution n  Letter of acceptance from LAPAN n  Letter guaranteeing sufficient fund n  Health certificate n  Copy of passport (残存期間18ヶ月以上) n  写真: 4x6 cm 4枚, 2x3 cm 赤色背景 1枚 n  日本のインドネシア大使館からの推薦状(FRP申請後) n  インドネシアに持ち込む機材のリスト

現状

各自が準備　その他は全体で準備

n  準備作業 n  回収船の手配

n  航空法対応

n  電波法対応

現状

準備中