しても 用 いられている 従 ってモデルの 詳 細 についてはそれらについての 文 献 および Mizuta et al. (2012)を 参 照 されたい いずれの 実 験 においても 水 平 解 像 度 とそれに 応 じた 積 分 時 間 間 隔 以 外 は 共 通 のモデル 設 定 ( 物 理

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1 2 全 球 モデル 実 験 2.1 モデルの 概 要 と 実 験 設 定 モデル d4pdf の 全 球 モデル 実 験 は 気 象 研 究 所 大 気 大 循 環 モデル MRI-AGCM3.2 (Mizuta et al. 2012)を 用 いておこなった 水 平 解 像 度 は 約 60km のものを 使 用 し 格 子 数 は 東 西 640 格 子 南 北 320 格 子 となっている このモデルは 気 象 庁 気 象 研 究 所 統 一 全 球 大 気 モデルおよ びそのごく 一 部 を 改 訂 した 版 である MRI-AGCM3.1 をベースにし 多 くの 物 理 過 程 パラメタ リゼーションスキームを 新 たに 開 発 導 入 したものである モデルは 静 力 学 プリミティブ 方 程 式 系 のスペクトルモデルであり 切 断 波 数 は 319 鉛 直 座 標 系 はσ-p ハイブリッド 座 標 で 鉛 直 層 数 は 64 層 最 上 層 は 0.01hPa に 置 いている その 他 の 物 理 過 程 スキームなどについ ては 表 に 示 している 表 2.1.1: MRI-AGCM3.2 60km モデルの 仕 様 水 平 解 像 度 TL319 ( 格 子 ; 格 子 間 隔 約 60km) 鉛 直 層 数 64 層 (モデルトップは 0.01hPa) 時 間 積 分 法 セミインプリシット セミラグランジュ 法 (Yoshimura and Matsumura,2005) 時 間 ステップ 10 分 積 雲 対 流 Yoshimura et al. (2015) 雲 Tiedtke (1993) 放 射 JMA (2007) 重 力 波 抵 抗 Iwasaki et al. (1989) 陸 面 SiB ver.0109 (Hirai et al. 2007) 大 気 境 界 層 Mellor and Yamada (1974) Level 2 エアロゾル 直 接 効 果 : 5 種 ; 間 接 効 果 : なし これまでに MRI-AGCM3.2 を 使 用 した 実 験 としては 文 部 科 学 省 21 世 紀 気 候 変 動 予 測 革 新 プログラム 超 高 解 像 度 大 気 モデルによる 将 来 の 極 端 現 象 の 変 化 予 測 に 関 する 研 究 ( 平 成 年 度 )の 後 期 における 温 暖 化 予 測 実 験 (20km と 60km の 解 像 度 を 使 用 ) 文 部 科 学 省 気 候 変 動 リスク 情 報 創 生 プログラム 気 候 変 動 リスク 情 報 の 基 盤 技 術 開 発 ( 平 成 年 度 )における 温 暖 化 予 測 実 験 (20km と 60km の 解 像 度 を 使 用 ) 環 境 省 地 球 温 暖 化 影 響 の 理 解 のための 気 候 変 動 予 測 の 実 験 (60km の 解 像 度 を 使 用 )がある 革 新 プログラムの 実 験 結 果 については 第 5 次 結 合 モデル 相 互 比 較 プロジェクト(CMIP5)に 提 出 されており また 気 象 庁 地 球 温 暖 化 予 測 情 報 第 8 巻 に 用 いられた 地 域 気 候 モデル 実 験 の 外 部 境 界 と

2 しても 用 いられている 従 ってモデルの 詳 細 についてはそれらについての 文 献 および Mizuta et al. (2012)を 参 照 されたい いずれの 実 験 においても 水 平 解 像 度 とそれに 応 じた 積 分 時 間 間 隔 以 外 は 共 通 のモデル 設 定 ( 物 理 過 程 スキーム パラメータ)を 使 用 しており 結 果 は 相 互 に 比 較 が 可 能 となっている 実 験 設 定 大 気 モデルに 外 部 境 界 条 件 として 海 面 水 温 (SST) 海 氷 密 接 度 海 氷 厚 温 室 効 果 気 体 オゾン エアロゾル 等 を 与 えて 以 下 の 3 種 の 実 験 を 行 った いずれも 実 験 期 間 は 60 年 であ る 過 去 実 験 : 過 去 の 気 候 を 再 現 する 実 験 4 上 昇 実 験 : 全 球 平 均 地 上 気 温 が 産 業 革 命 前 に 比 べ 4 上 昇 した 気 候 を 表 現 する 実 験 非 温 暖 化 実 験 : 過 去 実 験 の 期 間 で 地 球 温 暖 化 が 進 行 しなかった 場 合 を 表 現 する 実 験 4 上 昇 実 験 は 広 く 行 われている 排 出 シナリオにしたがった 実 験 ではなく 昇 温 幅 を 固 定 した 実 験 を 行 っている これは 実 験 の 初 期 と 末 期 で 温 暖 化 の 段 階 が 異 なると 同 一 のサンプ ルとして 扱 うのに 困 難 が 生 じるため 温 暖 化 の 段 階 を 固 定 して 長 期 のトレンドが 含 まれな いようにするためである 温 暖 化 の 途 中 の 段 階 での 状 態 は 昇 温 幅 から 線 形 内 挿 で 推 定 す る 例 えば 3 上 昇 時 の 変 化 は 4 上 昇 時 の 変 化 の 75%であると 推 定 する 推 定 が 妥 当 かど うかについては 今 後 2 上 昇 実 験 などを 行 ってその 結 果 を 4 上 昇 実 験 と 比 較 して 検 討 す る 非 温 暖 化 実 験 は 過 去 実 験 と 比 較 することで 過 去 の 温 暖 化 影 響 を 定 量 化 するアトリビュー ション 研 究 に 利 用 することができる また 期 間 内 で 温 暖 化 による 長 期 トレンドが 含 まれな いため その 影 響 を 考 慮 する 必 要 のある 解 析 においては 4 上 昇 実 験 の 比 較 対 象 として 利 用 できる 実 験 名 と 実 験 年 アンサンブル 数 の 対 応 については 表 に 示 している 過 去 実 験 非 温 暖 化 実 験 では 1951 年 から 2010 年 までの 60 年 間 を 解 析 対 象 とする 4 上 昇 実 験 では 便 宜 上 2051 年 から 2110 年 の 年 号 を 与 えているが 実 際 のこの 年 を 想 定 したものではないこと に 注 意 する 必 要 がある それぞれの 実 験 でアンサンブル 実 験 を 行 っており アンサンブル 数 は 過 去 実 験 で 上 昇 実 験 では 90 である SST 海 氷 密 接 度 海 氷 厚 については 過 去 実 験 では 観 測 の 値 をベースに 作 成 したものを 用 いた それぞれに 摂 動 を 加 えた 100 種 類 の 分 布 の 値 を 作 成 し 与 えることで 100 のアンサ ンブル 実 験 を 行 った 非 温 暖 化 実 験 では 過 去 実 験 で 用 いるデータからトレンド 成 分 を 除 去 したものを 用 いた 4 上 昇 実 験 においては 6 種 類 の 将 来 変 化 分 布 を 用 意 し 各 パターンに 15 種 類 の 摂 動 を 加 えた 合 計 90 種 類 の 分 布 の 値 を 与 えることで 90 アンサンブル 実 験 を 行 っ た これらについて 詳 しくは 次 節 で 述 べる 温 室 効 果 ガス(CO 2, CH 4, N 2 O, CFCs)の 濃 度 は 過 去 実 験 では 各 年 の 観 測 値 非 温 暖 化 実 験 では 観 測 値 の 1850 年 に 相 当 する 濃 度 4 上 昇 実 験 においては RCP8.5 シナリオの 2090

3 年 に 相 当 する 濃 度 を 用 いた 濃 度 は 全 球 で 一 様 な 値 を 年 ごとに 変 化 させている オゾン 分 布 については 気 象 研 究 所 化 学 輸 送 モデル エーロゾル 分 布 については 気 象 研 究 所 地 球 シス テムモデルを 用 いた 実 験 結 果 をそれぞれ 使 用 した オゾン エーロゾルいずれも 月 平 均 の 3 次 元 分 布 に 5 年 の 移 動 平 均 をかけたものを 外 部 境 界 条 件 として 与 えている 過 去 実 験 では 対 応 する 各 年 の 値 4 上 昇 実 験 では 2090 年 に 相 当 する 値 を 用 いた 非 温 暖 化 実 験 につい ては オゾンは 1961 年 の 値 で エーロゾルについては 硫 酸 エーロゾル 黒 色 炭 素 有 機 炭 素 については 産 業 革 命 前 実 験 の 気 候 値 に 固 定 し その 他 のエーロゾル 分 布 ( 土 壌 粒 子 海 塩 粒 子 )については 過 去 実 験 と 同 じ 値 を 用 いた これらについて 表 にまとめている 初 期 値 については 同 じ 60km モデルを 用 いた 創 生 プログラムでの 20 世 紀 末 実 験 21 世 紀 末 実 験 (RCP8.5)の 結 果 の 各 年 1 月 1 日 の 状 態 を 使 用 した 過 去 実 験 非 温 暖 化 実 験 で はその 初 期 値 を 使 って 1950 年 1 月 1 日 から 4 上 昇 実 験 では 2049 年 1 月 1 日 から それ ぞれ 時 間 積 分 を 行 い 十 分 時 間 が 経 過 した 後 の 状 態 を 解 析 対 象 としている 表 2.1.2: 実 験 名 と 実 験 年 アンサンブル 数 実 験 実 験 名 年 アンサンブル 数 過 去 実 験 HPB_mXXX (XXX= ) 4 上 昇 実 験 HFB_4K_YY_mXXX (YY=CC,GF,HA,MI,MP,MR) 15 (XXX= ) 非 温 暖 化 実 験 HPB_NAT_mXXX (XXX= ) ( 予 定 ) 表 2.1.3: 温 室 効 果 ガス エーロゾル オゾンの 境 界 条 件 実 験 温 室 効 果 ガス エーロゾル オゾン 過 去 実 験 観 測 値 MRI-ESM 実 験 出 力 各 年 MRI-CCM 実 験 出 力 各 年 4 上 昇 実 験 2090 年 相 当 同 上 2090 年 同 上 2090 年 非 温 暖 化 実 験 1850 年 相 当 硫 酸,BC,OC は 産 業 革 命 前 土 壌, 海 塩 は 過 去 実 験 と 同 じ 同 上 1961 年 SST 海 氷 の 設 定 (1) 過 去 実 験 過 去 実 験 の 海 面 水 温 データは COBE-SST2 (Hirahara et al. 2014) の 1951 年 から 2010 年 ま でのものを 使 用 する COBE-SST2 は 船 舶 と 漂 流 ブイによる 観 測 データの 観 測 バイアスを 適 切 に 除 去 し 全 球 の 緯 度 1 度 経 度 1 度 の 格 子 上 における 最 適 な 水 温 値 を 日 別 に 計 算 し これらの 月 毎 に 平 均 したものである COBE-SST2 には 衛 星 観 測 が 始 まる 1978 年 12 月 以 前 の Walsh and Chapman (2001) による 海 氷 密 接 度 データと 衛 星 観 測 データから 自 前 で 解 析 した 海 氷 密 接 度 解 析 データとを 使 用 し これらの 海 氷 密 接 度 データと 整 合 するように 日 々 の 海 面 水 温 変 化 を 求 めている さらに COBE-SST2 では 解 析 値 の 誤 差 も 同 時 に 推 定 され 解 析 値 とともに 配 布 されている

4 100 例 の 過 去 アンサンブル 実 験 を 行 うために 海 面 水 温 解 析 の 推 定 誤 差 と 同 等 の 振 幅 を 持 つ 海 面 水 温 摂 動 を 作 成 した この 摂 動 は 海 面 水 温 解 析 時 に 使 用 される 年 々 変 動 を 表 す 経 験 的 直 交 関 数 (Empirical Orthogonal Function: EOF)を 利 用 して 構 成 される この EOF は 海 面 水 温 の 衛 星 観 測 データを 含 めて 高 精 度 な 水 温 データから 求 めたものである ここでは 推 定 誤 差 が 各 月 の 観 測 データ 数 が 衛 星 観 測 のものに 比 べて 少 ないために 生 起 される 誤 差 と し 誤 差 の 変 動 成 分 もまた 同 じ EOF で 表 現 できると 仮 定 している また 摂 動 の 時 間 変 化 は 観 測 された 水 温 変 動 と 同 じ 周 期 性 を 持 つとして 各 EOF 成 分 について 自 己 回 帰 移 動 平 均 モデルによりランダムに 生 成 したものとする 海 洋 にみられる 中 小 規 模 渦 による 数 百 km スケールの 海 面 水 温 変 動 は EOF では 表 現 されないため 衛 星 解 析 との 衛 星 を 使 用 しない 解 析 との 分 散 の 差 を 補 う 渦 変 動 も 摂 動 に 加 味 した この 摂 動 を 使 用 することで 初 期 値 摂 動 と 同 等 のモデルアンサンブルスプレッドが 表 現 できることを 確 認 している また 摂 動 海 面 水 温 で 大 気 モデルを 駆 動 することで 過 去 に 発 生 した 顕 著 なイベントの 再 現 性 が 向 上 する 場 合 もあることを 確 認 しているが 包 括 的 な 検 証 は 今 後 行 う 上 記 した 推 定 誤 差 は 観 測 データの 時 空 間 的 な 粗 密 を 反 映 したもので 観 測 データが 少 な くなる 過 去 ほど 誤 差 は 大 きい しかしながら 今 回 の 過 去 実 験 においては 摂 動 の 振 幅 の 時 間 変 化 を 考 慮 しないで 済 むようにしたい 後 述 する 将 来 実 験 や 非 温 暖 化 実 験 結 果 と 現 在 実 験 とを 統 計 的 に 比 較 する 際 に 海 面 水 温 の 変 動 要 因 を 最 小 限 にしておきたいというのが 理 由 である そこで 今 回 の 実 験 で 使 用 する 摂 動 には 近 年 の 代 表 的 な 推 定 誤 差 であるとこ ろの 海 面 水 温 の 年 々 変 動 の 標 準 偏 差 の 30% を 与 えた 海 面 水 温 摂 動 に 整 合 するように 海 氷 密 接 度 データにも 摂 動 を 与 える 海 面 水 温 解 析 時 に 海 氷 密 接 度 の 二 次 式 ( 海 氷 - 海 面 水 温 関 係 式 )を 用 いて 時 々 刻 々の 密 接 度 に 対 応 する 海 面 水 温 を 計 算 しているが 海 氷 密 接 度 の 摂 動 を 求 める 場 合 には この 逆 の 変 換 を 行 う この 二 次 式 の 係 数 は 海 域 別 季 節 別 に 定 義 されている 海 氷 の 厚 さは その 気 候 値 (Bourke and Garrett 1987) を 元 に 海 氷 密 接 度 に 整 合 するもの を 与 えた 厚 さの 時 間 変 化 は 気 候 値 に 密 接 度 を 乗 じたものとした (2) 4 上 昇 実 験 観 測 された 海 面 水 温 からトレンド 成 分 を 除 いたものと 将 来 の 海 面 水 温 変 化 パターンを 加 えたものを 将 来 実 験 に 与 える 海 面 水 温 ならびに 海 氷 の 境 界 値 とする 観 測 に 合 わせて 60 年 分 の 将 来 の 海 面 水 温 を 用 意 するが 将 来 変 化 パターンは 時 間 変 化 しない 観 測 データのトレンド 成 分 は Hirahara et al. (2014) にならって 1951 年 から 2010 年 まで の 解 析 値 を EOF 展 開 したときの 第 一 モードとした このモードに 射 影 された 海 面 水 温 変 動 は 全 球 平 均 海 面 の 時 間 変 化 をほぼ 説 明 する 将 来 の 海 面 水 温 変 化 パターンは 図 に 示 すように CMIP5 の RCP8.5 実 験 の 主 要 6 モデル( 表 2.1.4)の 2070 年 から 2099 年 の 平 均 的 水 温 変 化 量 として 定 義 した 6 モデルは

5 海 面 水 温 変 化 パターンのクラスター 分 析 (Mizuta et al. 2014) をもとに パターンが 互 いに 似 ていないモデルを 主 要 なモデルから 選 定 した 気 象 研 大 気 モデルにこれらの 海 面 水 温 変 化 パターンを 与 えたとき 全 球 平 均 地 上 気 温 が+4 に 近 い 応 答 となるように 海 面 水 温 変 化 パ ターンに CMIP モデル 依 存 の 係 数 を 乗 じる (Shiogama et al. 2010) こ れに 過 去 実 験 で 使 用 し た 海 面 水 温 摂 動 の 内 任 意 の 15 個 を 選 び 使 用 した 摂 動 は 6 モデルの 変 化 パターンを 変 え た 各 実 験 間 で 同 じものを 使 用 した 大 気 モデルに 与 える 各 モデルの 将 来 の 海 氷 密 接 度 は 次 のように 求 めた +4 上 昇 時 の 海 面 水 温 に 相 当 する 海 氷 密 接 度 は CMIP5 に 参 加 した 36 個 の 気 候 モデルによる 2080 年 から 2099 年 までの 将 来 実 験 のモデル 平 均 である この 海 氷 密 接 度 の 半 球 別 積 算 値 ( 海 氷 面 積 ) の 季 節 変 化 からずれないように かつ 上 記 の 将 来 海 面 水 温 に 整 合 するように 各 モデル の 海 氷 密 接 度 を 決 定 する 過 去 実 験 と 同 様 に 将 来 の 海 氷 密 接 度 についても 海 面 水 温 か ら 海 氷 密 接 度 を 計 算 する 二 次 式 を 用 いる ただし 氷 縁 ( 海 氷 密 接 度 が 零 )での 水 温 値 を 示 す 二 次 式 の 定 数 項 を CMIP5 モデル 平 均 の 将 来 の 海 氷 面 積 と 合 うように 半 球 別 一 定 の 量 を 加 減 しながら 季 節 毎 に 変 更 した 求 めた 海 氷 密 接 度 の 分 布 を 図 に 示 す 将 来 の 海 氷 の 厚 さについても 同 様 に CMIP5 モデル 平 均 からずれずに かつ 海 氷 密 接 度 と 整 合 するように 求 める ここで 海 氷 の 厚 さの 将 来 分 布 の 気 候 値 は Bourke and Garrett (1987) の 気 候 値 を 季 節 別 に 一 定 数 倍 したものとする その 係 数 は 将 来 の 海 氷 の 厚 さ 半 球 別 積 算 気 候 値 の 季 節 変 化 が CMIP5 モデル 平 均 のものと 一 致 するように 季 節 毎 に 求 めた 現 在 実 験 と 同 様 将 来 の 密 接 度 の 時 間 変 化 に 将 来 の 海 氷 厚 の 気 候 値 を 乗 じて 海 氷 の 厚 さの 時 空 間 変 化 を 計 算 した 表 2.1.4: 使 用 した CMIP5 モデル CMIP5 モデル 実 験 名 略 称 機 関 名 ( 国 名 ) CCSM4 CC National Center for Atmospheric Research (USA) GFDL-CM3 GF NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (USA) HadGEM2-AO HA Met Office Hadley Centre (UK) MIROC5 MI AORI, NIES, JAMSTEC (Japan) MPI-ESM-MR MP Max Planck Institute for Meteorology (Germany) MRI-CGCM3 MR Meteorological Research Institute (Japan)

6 図 2.1.1: 使 用 した CMIP5 結 合 モデル 毎 の 与 えた 海 面 水 温 変 化 パターン [K] すべての 月 すべての 年 すべてのメンバーを 平 均 したもの 図 2.1.2: 過 去 実 験 ( 黒 )および 使 用 した CMIP5 結 合 モデル 毎 の 4 上 昇 実 験 ( 色 )における 氷 縁 分 布 海 氷 密 接 度 が 15%の 等 値 線 を 描 いている ( 上 ) 北 半 球 と( 下 ) 南 半 球 の ( 左 )3 月 と( 右 )9 月 の 平 均 (3) 非 温 暖 化 実 験 非 温 暖 化 実 験 では 将 来 実 験 のように トレンドを 除 いた 海 面 時 系 列 を 使 用 した トレ ンドを 含 んでいない 非 温 暖 化 実 験 出 力 は 上 記 の 将 来 実 験 と 直 接 対 比 できるものであるた

7 めに 使 い 勝 手 が 良 い また 上 述 の 現 在 実 験 と 対 比 すれば 気 候 状 態 に 温 暖 化 の 影 響 がど れだけ 含 まれるかを 検 証 するイベント アトリビューションを 1950 年 以 降 の 60 年 間 につ いて 行 うことができる 非 温 暖 化 状 態 は トレンド 成 分 の 1900 年 から 1919 年 までの 20 年 間 の 平 均 として 定 める これに 上 記 したトレンドを 含 まない 年 々 変 動 と 現 在 実 験 で 使 用 したものと 同 じ 100 個 の 摂 動 を 加 えたものを モデルに 与 える 海 面 水 温 とした 非 温 暖 化 実 験 で 使 用 する 海 氷 密 接 度 は 上 で 定 義 した 海 面 水 温 時 系 列 から Hirahara et al. (2014) の 海 氷 - 海 面 水 温 関 係 式 を 用 いて 求 めた この 海 氷 密 接 度 に 相 当 する 海 氷 の 厚 さを 求 める 手 順 は 現 在 実 験 のものと 同 じである 2.2 過 去 実 験 と 4 上 昇 実 験 の 結 果 バイアス 冬 季 (12 2 月 ; DJF)ならびに 夏 季 (6 8 月 ; JJA)における 地 上 気 温 海 面 較 正 気 圧 ( 地 上 気 圧 ) 降 水 量 の 気 候 値 とモデルバイアスを 示 す( 図 ) 比 較 対 象 として ERA-Interim 再 解 析 データ (Dee et al. 2011) と GPCP (Global Precipitation Climatology Project; Adler et al. 2003) を 用 いた 図 2.2.1: 冬 季 ( 上 段 )ならびに 夏 季 ( 下 段 )における 地 表 面 気 温 [K] の 気 候 値 ( 年 )とそのモ デルバイアス (a, d) ERA-Interim (b, e) d4pdf (c, f) d4pdf マイナス ERA-Interim

8 図 2.2.2: 図 に 同 じ ただし 地 表 面 気 圧 [hpa] 図 2.2.3: 図 に 同 じ ただし 降 水 量 [mm/day] GPCP のデータを 使 用 冬 季 の 地 上 気 温 は 北 半 球 中 緯 度 域 の 陸 上 における 低 温 バイアスと 両 極 域 における 高 温 バイアスの 特 徴 を 持 つ( 図 2.2.1c) 一 方 夏 季 は 北 半 球 の 陸 上 で 冬 季 に 比 べてバイアスは 弱 く 南 極 大 陸 上 に 強 い 高 温 バイアスが 存 在 する( 図 2.2.1f) 地 上 気 温 のバイアスに 対 応 して 北 半 球 冬 季 の 地 上 気 圧 のバイアスは 中 緯 度 で 高 気 圧 性 北 極 域 で 低 気 圧 性 の 傾 向 を 示 し 日 本 域 では 弱 い 高 気 圧 のバイアスが 見 られる( 図 2.2.2c) 一 方 夏 季 の 日 本 周 辺 で はほとんどバイアスは 見 られない( 図 2.2.2f) 降 水 量 については 両 季 節 において 熱 帯 域 で 正 のバイアスが 見 られる( 図 2.2.3) 特 に 冬 季 の 赤 道 海 洋 上 や 南 太 平 洋 収 束 帯 夏 季 のイ ンド 洋 から 西 太 平 洋 熱 帯 収 束 帯 などで 雨 が 多 い 傾 向 にある 日 本 周 辺 の 降 水 量 の 再 現 性 については 節 で 詳 しく 説 明 する

9 2.2.2 将 来 変 化 図 2.2.4: 地 上 気 温 の 気 候 値 で ( 左 ) 過 去 実 験 ( ) ( 中 )4 実 験 ( ) ( 右 )4 実 験 ( ) の 過 去 実 験 からの 変 化 [K] ( 上 ) 年 平 均 ( 中 ) 冬 季 平 均 (12-2 月 ) ( 下 ) 夏 季 平 均 (6-8 月 ) 過 去 実 験 と 4 上 昇 実 験 の 差 を 将 来 変 化 としてその 特 徴 を 示 しておく 図 は 地 上 気 温 の 気 候 値 の 将 来 変 化 を 示 したものである 海 洋 上 ではほぼ 海 面 水 温 の 上 昇 と 同 じになっ ており 季 節 変 化 も 小 さい 一 方 陸 上 では 特 に 北 半 球 の 高 緯 度 域 において 昇 温 が 大 きい 地 上 気 圧 の 将 来 変 化 ( 図 2.2.5)では 中 緯 度 帯 で 正 の 変 化 高 緯 度 帯 で 負 の 変 化 となる 年 平 均 では 南 半 球 の 方 が 顕 著 に 見 られるが 北 半 球 南 半 球 いずれにおいても 中 緯 度 ジェ ットの 極 向 きシフトに 伴 って 高 緯 度 で 減 少 中 緯 度 で 増 加 となっており CMIP5 モデルの 平 均 的 な 変 化 と 整 合 的 である (Collins et al. 2013) この 特 徴 は 北 半 球 の DJF 南 半 球 の JJA でよりはっきりしている 海 洋 大 陸 付 近 では 周 囲 より 若 干 増 加 が 大 きく 熱 帯 太 平 洋 の 東 西 気 圧 勾 配 は 低 下 する 降 水 の 将 来 変 化 ( 図 2.2.6)は 巨 視 的 には 熱 帯 および 中 高 緯 度 で 増 加 亜 熱 帯 で 減 少 と いう 変 化 になっている 熱 帯 では 中 央 太 平 洋 でより 増 加 する 一 方 で 海 洋 大 陸 域 であまり 増 加 しない これは 平 均 としてエルニーニョ 型 の 海 面 水 温 変 化 であることと 対 応 している 北 半 球 を 見 ると 夏 季 のモンスーンによる 降 水 冬 季 のストームトラックによる 降 水 のいず れもが 増 加 している

10 図 2.2.5: 図 に 同 じ ただし 地 表 面 気 圧 [hpa] 図 2.2.6: 図 に 同 じ ただし 降 水 量 [mm/day]

11 2.2.3 大 規 模 アンサンブル 実 験 のメリット 図 2.2.7: 全 球 モデルの 東 京 での 日 降 水 量 頻 度 分 布 (a) アメダス 観 測 データとモデルの 頻 度 分 布 黒 線 は アメダスデータによるもの 青 線 緑 線 赤 線 はそれぞれ 1 メンバー 10 メンバー 100 メンバーアンサ ンブルの 結 果 (b) 4 上 昇 実 験 における 頻 度 分 布 の 変 化 ( 将 来 と 現 在 の 比 ) 太 線 はすべての 実 験 を 合 計 し たもの 細 線 は 特 定 の 海 面 水 温 変 化 パターンを 用 いた 実 験 のみを 合 計 したもの 大 量 のアンサンブル 実 験 結 果 を 利 用 することで 非 常 に 低 頻 度 な 事 象 についての 統 計 的 な 変 化 を 見 ることができる 例 を 示 す 全 球 60km の 解 像 度 は この 種 の 多 数 アンサンブル 実 験 としてはこれまでで 最 も 高 解 像 度 のものである 解 像 度 が 高 いことは 観 測 された 日 降 水 量 の 分 布 などを 再 現 するために 大 きなメリットがある 図 2.2.7a は 過 去 実 験 の 東 京 を 含 む 格 子 点 の 日 平 均 降 水 量 頻 度 分 布 である 1 メンバーの 分 布 ( 青 線 )を 観 測 の 分 布 ( 黒 線 )と 比 較 すると 非 常 に 再 現 性 が 良 いことが 分 かる しかしいずれも 相 対 頻 度 0.1%(3 年 に 1 度 程 度 の 頻 度 )より 小 さい 頻 度 では 曲 線 がなめらかでなく サンプル 数 の 少 なさから 誤 差 の 大 きい 情 報 となっている 一 方 10 メンバー( 緑 線 )や 100 メンバー( 赤 線 )を 合 計 した 結 果 を 見 ると 観 測 データだけ ではサンプル 数 が 少 なくて 調 べることが 出 来 ない 低 頻 度 高 強 度 のイベントが 現 れること がわかる 図 2.2.7b は 4 上 昇 実 験 における 頻 度 の 過 去 実 験 に 対 する 比 を 表 している 70mm/day 以 下 の 比 較 的 弱 い 降 水 では 頻 度 の 変 化 はほとんど 見 られないが それより 強 い 降 水 では 頻 度 が 増 加 し 強 い 降 水 ほど 増 加 量 が 大 きくなっている 増 加 の 大 きさは 与 える 海 面 水 温 変 化 パターンによって 差 があるものの いずれにおいても 強 い 降 水 ほど 増 加 量 が 大 きくなる 傾 向 が 見 られる 図 は 中 国 南 部 で 平 均 した 年 最 大 日 降 水 量 の 頻 度 分 布 を 示 す アンサンブル 数 が 少 ないときは 頻 度 分 布 ががたがたしているが 多 数 のアンサンブルを 用 いることでスムーズ な 頻 度 分 布 が 得 られる このスムーズな 頻 度 分 布 を 用 いることで 例 えば 10 年 に 一 度 の 降 水 量 は 過 去 に 比 べ 将 来 何 倍 になるか あるいは 過 去 に 10 年 に 一 度 だった 降 水 量 は 将 来 何 年 に 1 度 になるか といった 解 析 が 出 来 る

12 図 2.2.8: 中 国 南 部 で 平 均 した 年 最 大 日 降 水 量 の 頻 度 分 布 図 2.2.9: 10 年 に 一 度 の 日 降 水 量 の 分 布 で ( 上 ) 過 去 実 験 の 結 果 [mm/day]と( 下 )4 実 験 での 過 去 実 験 か らの 変 化 率 [%] ( 左 ) 1 メンバーのみの 結 果 ( 中 )10 メンバー 平 均 ( 右 )90 メンバー 平 均 図 は 10 年 に 一 度 の 日 降 水 量 とその 将 来 変 化 率 の 分 布 を 表 している 左 の 1 メンバ ーのみの 結 果 では 過 去 実 験 での 大 まかな 地 域 分 布 は 捉 えられるものの サンプル 数 が 少

13 ないことによるノイズが 多 く 見 られ 細 かい 構 造 ははっきりしない 将 来 変 化 についても 増 加 する 場 所 と 減 少 する 場 所 が 入 り 混 じるなど 増 減 の 分 布 がはっきりしない しかし 10 メンバー 平 均 ( 中 )や 90 メンバー 平 均 ( 右 )のようにメンバー 数 を 増 やすと 分 布 の 形 がよ り 鮮 明 になる 過 去 実 験 において 10 年 に 一 度 の 日 降 水 量 がとくに 多 いのはインド 中 部 と 北 西 太 平 洋 で 南 半 球 ではインド 洋 西 部 と 太 平 洋 西 部 でも 多 い 将 来 変 化 については 減 少 は 南 東 太 平 洋 と 南 東 大 西 洋 などの 亜 熱 帯 の 海 洋 上 に 限 られ その 他 のほとんどの 地 域 で 増 加 する 結 果 となっている 増 加 は 中 緯 度 全 体 で 30% 程 度 あり 1 あたりの 増 加 は CMIP5 マルチモデル 平 均 の 結 果 (Kharin et al. 2013) に 比 べてやや 大 きい これは 解 像 度 の 違 いによ る 可 能 性 もある 図 : 90 メンバー 平 均 の ( 左 )10 年 に 一 度 ( 中 )30 年 に 一 度 ( 右 )100 年 に 一 度 の 日 降 水 量 の 分 布 ( 上 ) 過 去 実 験 の 結 果 [mm/day] および( 下 )4 上 昇 実 験 において 上 の 日 降 水 量 の 頻 度 が 何 倍 になるか 図 は 90 メンバー 平 均 で 頻 度 を 10 年 に 一 度 から 30 年 に 一 度 100 年 に 一 度 と 変 えたものである 上 段 の 過 去 実 験 の 結 果 はカラーのスケールを 頻 度 毎 に 変 えてあり 絶 対 値 はそれぞれ 異 なるものの 空 間 分 布 は 頻 度 を 変 えても 大 きく 変 わらないことが 分 かる 一 方 下 段 は それぞれの 頻 度 の 日 降 水 量 が 4 上 昇 実 験 で 何 倍 の 頻 度 になるかを 示 している 過 去 に 10 年 に 一 度 だった 降 水 量 は 例 えば 日 本 付 近 では 約 2 倍 すなわち 5 年 に 一 度 の 頻 度 に 増 加 する 結 果 になっている この 増 加 は 頻 度 の 小 さい 現 象 ほど 増 加 が 大 きくなり ま た 減 少 を 示 している 領 域 も 小 さくなっている 海 上 や 乾 燥 地 域 だけでなく 中 国 南 部 やイ ンド 北 部 などでも 増 加 量 が 大 きく 100 年 に 一 度 の 降 水 量 の 頻 度 が 10 倍 以 上 になる 場 所 も 見 られる これは 過 去 に 100 年 に 一 度 だった 降 水 量 が 4 上 昇 実 験 で 10 年 に 一 度 以 上 現 れ ることを 意 味 している

14 2.2.4 海 面 水 温 変 化 パターンの 違 いによる 結 果 の 差 図 : ( 上 )それぞれの CMIP5 結 合 モデル 実 験 結 果 における 年 平 均 降 水 量 の 変 化 (Historical 実 験 の と RCP8.5 実 験 の の 差 ) ( 下 ) 与 えた 海 面 水 温 変 化 パターン 別 の 4 上 昇 実 験 における 過 去 実 験 からの 年 平 均 降 水 量 の 変 化 降 水 量 変 化 はいずれも 全 球 平 均 昇 温 量 で 規 格 化 しており 単 位 は [mm/day/k] 4 上 昇 実 験 では 6 種 類 の 海 面 水 温 変 化 パターンを 与 えた 実 験 を 行 っているが それらの 違 いによって 結 果 がどの 程 度 異 なっているかを 概 観 する 図 ( 上 )は それぞれの CMIP5 結 合 モデル 実 験 結 果 における 年 平 均 降 水 量 の 変 化 ( 全 球 平 均 昇 温 量 で 規 格 化 した もの)を 表 している どのモデルにおいても 熱 帯 と 中 高 緯 度 で 増 加 亜 熱 帯 で 減 少 という 特 徴 は 共 通 であるが 海 面 水 温 変 化 のモデルごとの 違 いに 対 応 して 降 水 変 化 にも 違 いが 見 られる とくに 海 洋 大 陸 域 では 増 加 しているモデルと 減 少 しているモデルがある 海 洋 大 陸 域 の 降 水 の 減 少 は エルニーニョ 型 の 海 面 水 温 変 化 であることと 対 応 している 図 ( 下 )は 4 上 昇 実 験 における 過 去 実 験 からの 年 平 均 降 水 量 の 変 化 を 表 している 与 えた 海 面 水 温 変 化 パターンの 違 いにより 変 化 パターンの 違 いが 見 られるが おおよそ 図 ( 上 )のモデル 毎 の 差 異 に 対 応 している ただし 中 高 緯 度 については 違 いは 大 きくな く 海 面 水 温 変 化 パターンの 影 響 は 中 高 緯 度 では 小 さいと 考 えられる 図 は 同 じものを 夏 季 平 均 について 見 たもの モデル 間 の 差 異 については 年 平 均 に ついてと 同 様 のことが 言 える フィリピン 付 近 の 北 西 太 平 洋 亜 熱 帯 域 においては 多 くの CMIP5 モデル 実 験 では 降 水 量 が 増 加 している( 図 上 ) その 一 方 で 4 上 昇 実 験 にお いては いずれの 海 面 水 温 変 化 パターンを 与 えても CMIP5 モデル 実 験 に 見 られるような 増 加 があまり 見 られない( 図 下 )という 特 徴 がある この 違 いは 次 節 で 述 べるよう に 日 本 付 近 の 大 気 循 環 や 降 水 に 遠 隔 影 響 を 及 ぼしている 可 能 性 がある

15 図 : 図 に同じ ただし夏季平均 6 8 月 の降水量変化 日本の降水変化の特徴 図 : 日本付近の気候再現性 (a, c, e) 観測 再解析 および (b, d, f) 過去実験 100 メンバー平均 (a, b) 6 8 月平均降水量 [mm day-1] (c, d) 6 8 月平均鉛直積算水蒸気フラックス [kg m-1 s-1] とその水平収束 量 [mm day-1] (e, f) 東経 度平均の半旬平均降水量 [mm day-1] 平均期間は TRMM は 年 JRA55 は 年 過去実験は 年 図 a-d では 日本付近の夏季 6 8 月平均 の降水量および水蒸気フラックスにつ いて 観測 再解析 と過去実験の比較を示す 降水量分布を見ると 図 a-b 観測 では梅雨前線帯に伴う多降水域が南西日本 東シナ海 朝鮮半島 揚子江付近に分布して いる 過去実験はこれら多降水域を再現するが 観測に比べて降水量が少ない 水蒸気フ

16 ラックス 分 布 を 見 ると( 図 c-d) 観 測 では 南 シナ 海 や 中 国 南 部 からの 南 西 風 および 太 平 洋 高 気 圧 西 縁 の 南 風 により 水 蒸 気 が 輸 送 され 梅 雨 前 線 帯 付 近 で 収 束 している 過 去 実 験 はこのような 特 徴 を 再 現 するが 太 平 洋 高 気 圧 の 西 方 への 張 り 出 しが 現 実 よりも 弱 いた め( 図 略 ) 南 西 日 本 に 流 入 する 水 蒸 気 量 は 現 実 よりも 少 ない 図 e-f では 日 本 付 近 で 経 度 平 均 した 降 水 量 の 季 節 進 行 について 観 測 と 過 去 実 験 の 比 較 を 示 す 観 測 では 5 月 後 半 から 7 月 前 半 にかけて 降 水 域 の 北 上 が 見 られる これは 梅 雨 に 相 当 する また 9 月 から 10 月 前 半 にかけて 北 緯 度 付 近 で 降 水 ピークが 見 ら れる これは 秋 雨 に 相 当 する 過 去 実 験 は 日 本 付 近 で 観 測 される 2 回 の 雨 季 を 再 現 するも のの 量 的 には 観 測 よりも 少 ない 一 方 冬 季 から 春 季 の 北 緯 度 付 近 の 降 水 は 過 大 に 再 現 している 図 : 6 8 月 平 均 降 水 量 の 将 来 変 化 率 [%] 将 来 変 化 の 符 号 が 80% 以 上 のメンバー(12 メンバー 以 上 ) で 一 致 するグリッドのみ 陰 影 で 表 示 過 去 実 験 は 年 4 上 昇 実 験 は 年 図 は 4 上 昇 実 験 における 6 8 月 平 均 降 水 量 の 過 去 実 験 からの 変 化 を 海 面 水 温 変 化 パターン 別 に 見 たものである 東 アジアのスケールで 見 ると 増 加 傾 向 を 示 す 地 域 が 多 く 定 性 的 な 特 徴 は 海 面 水 温 変 化 パターンの 違 いに 依 らない 日 本 付 近 に 注 目 すると 北 日 本 や 日 本 海 側 地 域 では 0 20% 程 度 増 加 する 一 方 太 平 洋 側 地 域 や 日 本 の 東 海 上 では 減 少

17 傾 向 にある 減 少 傾 向 は MIROC5 の 変 化 パターンを 与 えた 実 験 (HFB_4K_MI)で 最 も 明 瞭 である 全 球 20km/60km モデルを 用 いた 以 前 の 温 暖 化 予 測 実 験 では(Kusunoki et al. 2006; Kusunoki and Mizuta 2008; Kusunoki et al. 2011; Endo et al. 2012; Kusunoki and Mizuta 2013) 東 アジアや 日 本 付 近 の 夏 季 ( 梅 雨 )の 降 水 は 増 加 していた このため 本 実 験 結 果 はこれらと 整 合 し ない 部 分 がある この 原 因 として 実 験 設 定 の 違 いが 考 えられる 先 行 研 究 では A1B 排 出 シ ナリオとそれに 基 づく CMIP3 モデルの 海 面 水 温 変 化 パターンを 用 いていたのに 対 し 本 実 験 では RCP8.5 シナリオとそれに 基 づく CMIP5 モデルの 変 化 パターンを 使 用 している ま た 大 気 モデルのバージョンが 先 行 研 究 の 一 部 と 本 実 験 では 異 なる 以 前 のバージョン (MRI-AGCM3.0; MRI-AGCM3.1)では 積 雲 パラメタリゼーションに Arakawa-Schubert スキ ーム(Randall and Pan 1993)を 用 いていたのに 対 し 本 実 験 の 大 気 モデル(MRI-AGCM3.2) では Yoshimura スキーム(Yoshimura et al. 2015)を 用 いている 積 雲 スキームの 違 いはアジ ア 地 域 の 降 水 変 化 予 測 に 大 きな 不 確 実 性 要 因 をもたらすことが 指 摘 されている(Endo et al. 2012) なお 本 実 験 とほぼ 同 じ 設 定 (ただしモデルに 与 える SST 分 布 が 少 し 異 なる)の 下 で 実 施 した 最 新 の 温 暖 化 予 測 実 験 では 本 実 験 と 同 様 に 太 平 洋 側 地 域 や 日 本 東 海 上 で 降 水 が 減 少 している( 文 部 科 学 省 研 究 開 発 局 (2015)の 図 と 図 を 参 照 ) 図 によれば 夏 季 北 西 太 平 洋 の 降 水 変 化 は CGCM では 増 加 傾 向 を 示 すが AGCM では 減 少 傾 向 を 示 す 北 西 太 平 洋 は 大 気 海 洋 相 互 作 用 が 重 要 な 海 域 であるため AGCM が 非 現 実 的 なふるまいをしている 可 能 性 がある さらに そこで 生 じたバイアスは 太 平 洋 高 気 圧 などの 変 化 を 通 して 日 本 付 近 の 大 気 循 環 や 降 水 に 遠 隔 影 響 を 及 ぼしている 可 能 性 があ る 例 えば 日 本 付 近 の 降 水 減 少 が 最 も 明 瞭 だった MIROC5 の 海 面 水 温 変 化 パターンを 与 えた AGCM 実 験 では 北 西 太 平 洋 からベンガル 湾 で 顕 著 な 降 水 減 少 が 見 られる このよう な 特 徴 は CGCM 実 験 では 見 られない このため 本 実 験 における 夏 季 日 本 付 近 の 降 水 変 化 予 測 の 不 確 実 性 は 大 きいと 考 えられ 取 り 扱 いには 注 意 が 必 要 である 図 は 年 最 大 日 降 水 量 の 将 来 変 化 である 東 アジアではほぼ 全 域 で 増 加 傾 向 を 予 測 しており 定 性 的 な 特 徴 は 海 面 水 温 変 化 パターンの 違 いに 依 らない 日 本 付 近 に 注 目 する と 低 緯 度 よりも 高 緯 度 の 地 域 における 増 加 率 が 大 きく 北 日 本 の 一 部 では 30% 以 上 の 増 加 を 予 測 している 極 端 降 水 の 増 加 率 は 平 均 降 水 量 のそれよりも 大 きい 極 端 降 水 現 象 は 平 均 降 水 量 に 比 べて 温 暖 化 に 伴 う 大 気 中 の 水 蒸 気 増 加 の 影 響 を 受 けやすいためと 考 えられ る

18 図 : 年 最 大 日 降 水 量 の 将 来 変 化 率 [%] である 以 外 は 図 と 同 じ 熱 帯 低 気 圧 熱 帯 低 気 圧 はその 強 い 風 と 雨 を 伴 う 構 造 から ( 強 い 熱 帯 低 気 圧 は 海 域 ごとに 台 風 ハ リケーン サイクロンと 呼 ばれる) 最 も 社 会 に 甚 大 な 被 害 をもたらし 得 る 気 象 現 象 の 一 つ である 現 在 の 気 候 下 で 熱 帯 低 気 圧 の 強 度 や 発 生 数 はどのくらいのものになり 得 るのか 温 暖 化 気 候 ではどのような 進 路 をとり どの 程 度 の 発 生 数 や 強 度 を 持 ち 得 るのかなど 熱 帯 低 気 圧 の 特 に 極 端 な 場 合 の 性 質 や 気 候 変 動 に 伴 う 変 化 は 温 暖 化 施 策 を 考 える 上 で 無 視 す ることはできない しかし 例 えば 日 本 に 上 陸 する 台 風 は 観 測 から 年 に2~3 個 程 度 世 界 中 でも 台 風 と 同 程 度 の 強 さを 持 った 熱 帯 低 気 圧 は 年 に 80 個 程 度 しか 発 生 しない 日 本 に 上 陸 する 台 風 で 100 年 に 1 回 程 度 の 強 さがどの 程 度 なのか? など 熱 帯 低 気 圧 の 中 で もさらに 顕 著 な 事 象 を 30 年 程 度 の 衛 星 観 測 で 精 度 良 く 見 積 もることはできない 同 様 に 温 暖 化 気 候 では 台 風 の 日 本 への 上 陸 数 はどの 程 度 変 化 するか? や 将 来 気 候 で 100 年 に 1 回 程 度 の 熱 帯 低 気 圧 の 強 さはどの 程 度 なのか? といった 疑 問 に 答 えるには 従 来 の 温 暖 化 気 候 シミュレーションではサンプル 数 が 不 十 分 であり 高 い 精 度 の 確 率 情 報 を 全 球 モデル の 実 験 結 果 から 直 接 得 ることはできない その 点 d4pdf では 熱 帯 低 気 圧 の 極 端 な 事 例 も 十 分 カバーできるサンプル 数 がある その

19 ため d4pdf を 用 いることで 強 い 熱 帯 低 気 圧 の 確 率 情 報 を 特 殊 な 手 法 を 用 いずに 高 い 精 度 で 得 ることが 可 能 となる 図 : 熱 帯 低 気 圧 の 年 発 生 数 の 確 率 密 度 関 数 左 上 から 全 球 北 半 球 南 半 球 北 インド 洋 北 西 太 平 洋 北 東 太 平 洋 北 大 西 洋 南 インド 洋 南 太 平 洋 での 年 発 生 数 を 示 す 期 間 は 観 測 ( 黒 線 )が 年 過 去 実 験 は 年 ( 青 線 )と 年 ( 緑 線 ) 4 上 昇 実 験 が 全 期 間 の 60 年 分 [ ]はアン サンブルメンバー 数 を 表 す 図 に 熱 帯 低 気 圧 の 年 発 生 数 の 確 率 分 布 を 示 す 全 球 年 発 生 数 が 観 測 と 過 去 実 験 で 類 似 した 確 率 分 布 をしているのがわかる その 一 方 で 気 候 モデル 実 験 の 方 はそのアンサン ブルメンバーの 多 さから 100 年 に 1 回 (1%)あるいはそれよりも 低 頻 度 な 場 合 まで 滑 ら かな 確 率 分 布 で 描 写 できている 海 域 別 に 見 た 場 合 発 生 数 は 観 測 と 概 ね 類 似 しているが 北 西 太 平 洋 で 過 多 北 東 太 平 洋 と 北 大 西 洋 で 過 小 な 傾 向 がある 4 上 昇 実 験 は 全 球 で 平 均 的 に 年 30 個 程 度 の 減 少 で 海 域 別 には 西 太 平 洋 南 インド 洋 南 太 平 洋 で 大 きく 発 生 数 の 減 少 が 見 られる これは IPCC 第 5 次 報 告 書 において 様 々な 研 究 から 総 合 的 に 推 測 された 熱 帯 低 気 圧 発 生 数 の 将 来 変 化 予 測 とも 整 合 している

20 図 : 熱 帯 低 気 圧 の 地 点 ごとの 存 在 頻 度 観 測 は 年 過 去 実 験 は 年 4 上 昇 実 験 は 全 期 間 である 60 年 分 を 使 用 した [ ]はアンサンブルメンバー 数 を 表 す (a b)は 左 下 のカラーバーに 従 う (c h)は 右 下 のカラーバーに 従 い 過 去 実 験 との 差 を 示 している モデル 出 力 の 熱 帯 低 気 圧 の 抽 出 方 法 は Murakami et al.(2012)の 基 準 に 従 う 図 に 熱 帯 低 気 圧 の 各 地 点 での 10 年 あたりの 通 過 頻 度 を 示 す 図 で 言 及 した 発 生 数 と 同 様 に 北 西 太 平 洋 で 過 大 北 東 太 平 洋 と 北 大 西 洋 で 過 小 傾 向 が 見 られるが 過 去 実 験 は 観 測 と 類 似 した 通 過 頻 度 の 分 布 を 持 っているのがわかる そして 観 測 と 比 べて 頻 度 分 布 は 滑 らかであり かつ 観 測 では 表 現 できてない 50 年 に 1 回 (10 年 で 0.2 回 ) 100 年 に 1 回 (10 年 で 0.1 回 ) 程 度 の 低 頻 度 の 情 報 まで 滑 らかな 確 率 分 布 で 記 述 できていて 大 量 アンサンブルによるサンプル 数 の 多 さの 利 点 が 現 れている 4 上 昇 実 験 の 場 合 北 西 太 平 洋 を 中 心 に 通 過 数 が 減 少 しているのがわかり 中 央 太 平 洋 北 大 西 洋 を 中 心 に 通 過 数 が 増 加 傾 向 にあり 同 時 に 滑 らかな 頻 度 分 布 の 変 化 が 表 現 できている 過 去 多 くの 研 究 で 指 摘 されている 通 り( 例 えば Sugi et al., 2009) 海 面 水 温 の 将 来 変 化 パターンの 不 確 実 性 が 熱 帯 低 気 圧 の 将 来 変 化 予 測 に 大 きく 寄 与 すると 指 摘 されており 中 央 太 平 洋 北 部 で 頻 度 が 大 きく 増 加 する HadGEM2-AO や 海 洋 大 陸 での 大 幅 な 減 少 と 北 大 西 洋 で 大 幅 増 加 の MIROC5 西 太 平 洋 で 減 少 が 小 さい MRI-CGCM3 など 今 回 のデータセットにおいても 6 種 類 の 昇 温 パ ターンのベースとなるモデルの 違 いによって 将 来 変 化 が 異 なり 海 面 水 温 の 変 化 パターン の 不 確 実 性 を 取 り 込 めているのがわかる 台 風 など 強 い 熱 帯 低 気 圧 を 表 現 するには 少 なくとも 100km 以 下 の 解 像 度 が 必 要 とされて いるが 本 実 験 の 全 球 モデルの 解 像 度 は 60km 格 子 相 当 で 十 分 に 細 かいとは 言 えない それ に 関 連 して 熱 帯 低 気 圧 内 の 最 大 地 表 風 速 強 度 は 観 測 に 比 べて 弱 く 内 部 構 造 の 再 現 性 には 注 意 が 必 要 である 強 い 風 速 カテゴリーの( 風 速 58 m/s 以 上 )にあたる 強 い 熱 帯 低 気 圧 の 発 生 数 はかなり 少 なく 表 現 される 実 際 のこのような 指 標 の 評 価 にあたっては 風 速 カテゴ リーの 基 準 となる 風 速 を 変 えるか バイアス 補 正 を 行 うなどの 工 夫 が 必 要 となる

21 2.2.7 風 速 気 圧 の 変 化 と 高 潮 偏 差 評 価 への 応 用 自 然 災 害 の 影 響 評 価 では 降 水 量 の 他 に 風 速 や 極 端 な 気 圧 変 化 が 重 要 となる 場 合 が 多 い 以 下 では 地 上 風 速 (10m 高 度 風 速 以 下 単 に 風 速 と 表 記 )と 地 上 気 圧 ( 海 面 更 正 気 圧 以 下 単 に 気 圧 と 表 記 )の 将 来 変 化 特 性 についての 初 期 の 解 析 の 結 果 を 示 す 図 : 100 年 確 率 風 速 ( 左 ) 過 去 実 験 の 結 果 および( 右 )4 上 昇 実 験 における 過 去 実 験 からの 変 化 の 割 合 図 に 示 すのは 過 去 実 験 における 100 年 確 率 風 速 と 4 上 昇 実 験 におけるその 将 来 変 化 の 割 合 である 一 般 に 100 年 確 率 風 速 を 求 める 場 合 数 十 年 の 再 解 析 値 や 観 測 データ の 年 最 大 値 や 極 大 値 に 対 して 極 値 解 析 を 行 い 極 値 分 布 関 数 を 当 てはめて 数 十 年 確 率 値 を 推 定 する サンプリング 数 の 少 なさが 気 候 モデルによる 極 端 現 象 評 価 の 問 題 点 であった (Nakajo et al. 2014; Mori and Takemi 2015) 今 回 は 十 分 に 長 い 年 最 大 値 資 料 があるため 極 値 分 布 関 数 を 当 てはめを 行 わずにグリッド 毎 のデータの 順 位 統 計 量 から 直 接 100 年 確 率 風 速 を 求 めている 図 ( 左 )より 100 年 確 率 風 速 が 40m/s を 超 える 海 域 は 極 域 以 外 は 熱 帯 低 気 圧 が 支 配 的 な 15 度 以 上 の 緯 度 帯 で 広 く 見 られ 特 に 北 西 太 平 洋 の 日 本 の 南 側 の 海 域 に 集 中 していることがわかる 過 去 実 験 での 空 間 分 布 は JRA-55 を 用 いた 結 果 と 非 常 に 似 た 結 果 になっているが JRA-55 に 基 づく 解 析 では 年 最 大 値 資 料 の 不 足 により 空 間 分 布 にばらつきが 見 られる 一 方 で 今 回 の 実 験 結 果 は 空 間 的 に 滑 らかである これより 過 去 実 験 の 結 果 だけでも 極 値 の 推 定 に 有 用 であることがわかる 一 方 図 ( 右 )に 示 す のは 過 去 実 験 と 4 上 昇 実 験 との 差 である 100 年 確 率 風 速 の 将 来 変 化 は 20% 程 度 増 加 と 15% 程 度 減 少 する 領 域 にわけられる 風 速 の 増 加 が 見 込 まれる 海 域 は 北 半 球 では 北 緯 度 南 半 球 では 同 緯 度 の 南 インド 用 西 岸 域 であり 赤 道 を 挟 んだ 低 緯 度 帯 では 大 きな 減 少 が 見 込 まれる これは 前 節 で 示 したように 台 風 強 度 の 将 来 変 化 と 経 路 北 進 による ものであり 特 に 経 路 の 将 来 変 化 の 影 響 が 大 きく 出 ている 図 の 結 果 は 60km モデ ルの 結 果 の 生 値 をそのまま 用 いているので 実 際 の 影 響 評 価 ではモデル 解 像 度 バイアス の 影 響 についての 補 正 が 必 要 であることに 注 意 が 必 要 である

22 図 : 過 去 実 験 における 50 年 確 率 風 速 とそのばらつきの 評 価 (a) 期 待 値 (b) 上 位 下 位 2.5% 値 の 差 (c) 上 位 2.5% 値 (d) 下 位 2.5% 値 極 値 の 推 定 では 限 られた 期 間 中 に 発 生 し 得 る 値 のばらつきの 評 価 も 重 要 である 限 ら れたサンプルではその 議 論 が 難 しいが 本 実 験 結 果 は 評 価 を 容 易 にしている 図 は 現 在 気 候 条 件 における 50 年 確 率 風 速 と 1 実 験 (60 年 間 の 標 本 )から 推 定 される 値 のばらつき を 評 価 したものである 図 の(a)は 期 待 値 (b) 上 位 下 位 2.5% 値 の 差 (ばらつき) (c)およ び(d)は 上 位 下 位 2.5% 値 を 示 している 50 年 確 率 風 速 の 空 間 分 布 は 図 に 示 した 100 年 確 率 風 速 と 全 体 的 に 少 し 値 が 小 さいことを 除 けばほぼ 同 様 である ばらつきの 方 は 最 大 で 20m/s 以 上 の 幅 が 見 られ これは 度 までの 緯 度 帯 に 集 中 している 50 年 確 率 風 速 の 分 布 と 比 べて 経 度 方 向 にも 広 く 分 布 しており 不 確 実 性 の 幅 は おもに 台 風 の 発 生 発 達 する 地 帯 に 集 中 していることがわかる 影 響 評 価 では グリッド 毎 の 極 値 分 布 を 用 いた 被 害 推 定 が 行 われることが 多 いが 上 記 の 結 果 のように 風 速 の 極 値 分 布 の 場 合 は 台 風 強 度 経 路 および 発 生 頻 度 の 将 来 変 化 の 3 要 素 の 影 響 を 受 ける 図 ( 左 )はサンプルとして 東 経 度 北 緯 30.0 度 の 地 点 における 風 速 の 確 率 分 布 を 示 したものである まず 過 去 実 験 ( 青 線 )と 再 解 析 値 (JRA-55; 黒 線 )を 比 較 すると JRA-55 はアンサンブルの 中 の 下 限 に 位 置 しており 過 去 実 験 で 再 現 される 気 候 にも 大 きな 幅 があることがわかる 一 方 4 上 昇 実 験 の 結 果 ( 赤 線 )について は 太 線 で 示 す 期 待 値 では 7 年 以 下 の 再 現 期 間 では 過 去 実 験 より 小 さく 再 現 期 間 が 10 年 を 超 えると 過 去 実 験 を 上 回 るようになり 過 去 実 験 で 49m/s であった 50 年 確 率 風 速 が 53m/s まで 増 加 する 短 期 の 再 現 期 間 において 4 上 昇 実 験 の 結 果 が 減 少 するのは 台 風 発 生 個 数 の 減 少 が 支 配 的 なためであり 再 現 期 間 が 長 くなるのに 従 って 4 上 昇 実 験 が 上 回 る

23 傾 向 は 台 風 の 中 心 気 圧 の 低 下 や 経 路 変 化 によるものである このように 年 最 大 風 速 の 将 来 変 化 は 地 域 ごとの 台 風 特 性 の 将 来 変 化 に 依 存 することがわかる 風 速 および 気 圧 データを 大 阪 湾 の 高 潮 評 価 に 用 いた 例 を 図 ( 右 )に 示 す 大 阪 湾 奥 における 高 潮 偏 差 ( 単 位 m)について 力 学 的 数 値 計 算 結 果 をもとにフィッティングした 簡 易 モデルを 用 いて 吸 い 上 げと 吹 き 寄 せの 効 果 を 考 慮 して 0.01(P-1010) U 2 で 評 価 する P は 最 近 傍 の 海 面 更 正 気 圧 ([hpa]) U は 海 上 風 速 ([m/s])である ここでも 先 の 風 速 と 同 様 に 数 年 程 度 の 再 現 確 率 値 は 過 去 実 験 に 比 べ 4 上 昇 実 験 の 方 が 小 さいが 再 現 期 間 が 長 期 になると 4 上 昇 実 験 の 方 が 大 きくなる 傾 向 が 見 られる ここ 50 年 間 における 大 阪 湾 の 高 潮 最 大 偏 差 は 昭 和 36 年 (1961 年 )の 第 2 室 戸 台 風 の 2.6m であり 過 去 実 験 ではこ れは 200 年 に 1 度 のイベントであるが 4 上 昇 実 験 だと 60 年 に 一 度 の 再 現 期 間 まで 短 縮 される 500 年 再 現 確 率 値 まで 示 しており 過 去 将 来 気 候 間 で 0.5m 程 度 の 差 がある こ れらの 高 潮 偏 差 の 評 価 結 果 は バイアス 補 正 を 行 っていないため 実 際 にはより 大 きな 偏 差 が 推 定 されることに 注 意 されたい 図 : ( 左 ) 確 率 風 速 の 分 布 および( 右 ) 大 阪 湾 の 高 潮 評 価 青 線 は 過 去 実 験 赤 線 は 4 上 昇 実 験 薄 い 線 は 各 アンサンブル 実 験 を 表 す 2.3 非 温 暖 化 実 験 の 結 果 参 考 文 献 Adler, R. F., et al., 2003: The Version 2 Global Precipitation Climatology Project (GPCP) Monthly Precipitation Analysis (1979-Present). J. Hydrometeor., 4, Bourke, R. H. and R. P. Garrett, 1987: Sea ice thickness distribution in the Arctic Ocean. Cold Regions Sci. and Tech., 13,

24 Collins, M., R. Knutti, J. Arblaster, J.-L. Dufresne, T. Fichefet, P. Friedlingstein, X. Gao, W. J. Gutowski, T. Johns, G. Krinner, M. Shongwe, C. Tebaldi, A. J. Weaver, and M. Wehner, 2013: Long-term climate change: projections, commitments and irreversibility, in Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [T. F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P. M. Midgley (eds.)], Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, Dee, D. P., et al., 2011: The ERA-Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system. Q. J. Roy. Meteor. Soc., 137, Endo, H., A. Kitoh, T. Ose, R. Mizuta, and S. Kusunoki, 2012: Future changes and uncertainties in Asian precipitation simulated by multiphysics and multi sea surface temperature ensemble experiments with high-resolution Meteorological Research Institute atmospheric general circulation models (MRI-AGCMs). J. Geophys. Res., 117, D16118, doi: /2012jd Hirahara, S., M. Ishii, and Y. Fukuda, 2014: Centennial-scale sea surface temperature analysis and its uncertainty. J. Climate, 27, 57-75, doi: /JCLI-D Hirai, M., T. Sakashita, H. Kitagawa, T. Tsuyuki, M. Hosaka, and M. Oh izumi, 2007: Development and validation of a new land surface model for JMA s operational global model using the CEOP observation dataset. J. Meteor. Soc. Japan, 85A,1 24. Iwasaki, T., S. Yamada, and K. Tada, 1989: A parameterization scheme of orographic gravity wave drag with the different vertical partitioning, part 1: Impact on medium range forcast. J. Meteor. Soc. Japan, 67, Japan Meteorological Agency, 2007: Outline of the operational numerical weather prediction at the Japan Meteorological Agency (Appendix to WMO numerical weather prediction progress report). Japan Meteorological Agency, 194pp. [avail-able online at Kharin, V. V., F. W. Zwiers, X. Zhang, and M. Wehner, 2013: Changes in temperature and precipitation extremes in the CMIP5 ensemble. Clim. Change, 119, Kusunoki, S., and R. Mizuta, 2008: Future changes in the Baiu rain band projected by a 20-km mesh global atmospheric model: sea surface temperature dependence. SOLA, 4, 85-88, doi: /sola Kusunoki, S., and R. Mizuta, 2013: Changes in precipitation intensity over East Asia during the 20th and 21st centuries simulated by a global atmospheric model with a 60 km grid size. J. Geophys. Res., 118, 11,007-11,016, doi: /jgrd Kusunoki, S., J. Yoshimura, H. Yoshimura, and A. Noda, 2006: Change of Baiu rain band in global warming projection by an atmospheric general circulation model with a 20-km grid size. J. Meteor. Soc. Japan, 84,

25 Kusunoki, S., R. Mizuta, and M. Matsueda, 2011: Future changes in the East Asian rain band projected by global atmospheric models with 20-km and 60-km grid size. Clim. Dyn., 37, , doi: /s x. Mellor, G. L., and T. Yamada, 1974: A hierarchy of turbulence closure models for planetary boundary layers. J. Atmos. Sci., 31, Mizuta, R., H. Yoshimura, H. Murakami, M. Matsueda, H. Endo, T. Ose, K. Kamiguchi, M. Hosaka, M. Sugi, S. Yukimoto, S. Kusunoki, and A. Kitoh, 2012: Climate simulations using MRI-AGCM3.2 with 20-km grid. J. Meteor. Soc. Japan, 90A, 文 部 科 学 省 研 究 開 発 局, 2015: 影 響 評 価 のための 気 候 モデルデータの 利 用. pp Mori, N., and T. Takemi, 2015: Impact assessment of coastal hazards due to future changes of tropical cyclones in the North Pacific Ocean. Weather and Climate Extremes, in press. Murakami, H., R. Mizuta, and E. Shindo, 2012: Future changes in tropical cyclone activity projected by multi-physics and multi-sst ensemble experiments using the 60-km-mesh MRI-AGCM. Clim. Dyn., 39, Nakajo, S., N. Mori, T. Yasuda, and H. Mase, 2014: Global stochastic tropical cyclone model based on principal component analysis with cluster analysis. J. Appl. Meteor. Climatology, 53, Randall, D. A., and D. M. Pan, 1993: Implementation of the Arakawa-Schubert cumulus parameterization with a prognostic closure. In: The representation of cumulus convection in numerical models, Meteorological Monographs, Amer. Meteor. Soc., Vol. 24, No. 46, Shiogama, H., N. Hanasaki, Y. Masutomi, T. Nagashima, T. Ogura, K. Takahashi, Y. Hijioka, T. Takemura, T. Nozawa, and S. Emori, 2010: Emission scenario dependencies in climate change assessments of the hydrological cycle. Climatic Change, 99, , doi: /s Sugi, M., H. Murakami, and J. Yoshimura, 2009: A reduction in global tropical cyclone frequency due to global warming. SOLA, 5, Tiedtke, M., 1993: Representation of clouds in large-scale models. Mon. Wea. Rev., 121, Walsh, J. E., and W. L. Chapman, 2001: 20th-century sea-ice variations from observational data. Ann. Glaciol., 33, Yoshimura, H., and T. Matsumura, 2005: A two-time-level vertically-conservative semi-lagrangian semi-implicit double Fourier series AGCM. CAS/JSC WGNE Research Activities in Atmospheric and Ocean Modeling, 35, Yoshimura, H., R. Mizuta, and H. Murakami, 2015: A spectral cumulus parameterization scheme interpolating between two convective updrafts with semi-lagrangian calculation of transport by compensatory subsidence. Mon. Wea. Rev., 143,