令和2年度の業務目的

 本課題は、日本周辺からアジア域を主たるターゲットとして、国の温暖化対策に向けた評価に適う気候学・気象学的な情報の創出を目指した技術開発を主たる目的とするものである。
 地球温暖化研究をめぐる情勢としては、国際的には気候変動に関する政府間パネル(IPCC)第6次評価報告書が2021年刊行に向けて執筆が進んでいる。この中では、第1作業部会(温暖化予測の科学的知見)と第2作業部会(温暖化への適応策)、第3作業部会(温暖化緩和策)間の連携がより一層求められている。また、気候変動抑制を目的としたパリ協定が平成27年12月に採択、平成28年11月に発効した。
 国内的には、平成27年11月に「気候変動の影響への適応計画」が閣議決定された。これを受けて、環境省により「気候変動適応情報プラットフォーム」(A-Plat)が平成28年8月に整備され、また平成29年度より3か年の計画で、環境省・農林水産省・国土交通省が連携した「地域適応コンソーシアム事業」が実施された。この事業は地方公共団体における気候変動影響評価の実施や適応計画の策定及び実施を促進し、科学的知見を第2次気候変動影響評価に活用することを目指している。これらを受けて「気候変動適応法」が平成30年12月に施行され、全国自治体で適応策策定の動きが加速している。これに伴い、国立環境研究所内に「気候変動適応センター」が設置された。
 平成30年度に、気象庁・文部科学省はこれら諸活動へ提供する温暖化予測データの取りまとめを企図する「気候変動に関する懇談会」を設置した。懇談会では、日本域の気候変動の実態を記述する“気候変動評価レポート2020”の刊行を令和2年度中に行うべく準備を進めているがこれには、本プログラム各領域テーマの令和元年度までの成果がベースとなっている。懇談会ではさらに、気候予測データセット2022(以下、「データ2022」)と解説書の刊行を企画している。この予測情報は、環境省が気候変動適応法に基づく概ね5年ごとに刊行する“影響評価レポート”のための各種影響評価研究への入力データとなる。“影響評価レポート”は最終的な自治体単位での温暖化対策策定の基礎となるものであり、日本国にとり大変重要な事業である。
 この状況下でデータ2022へユーザーから様々な要求がきている。これは、文科省で令和元年度まで実施されたSI-CATプログラム、あるいは環境省の“地域適応コンソーシアム”におけるユーザーグループの議論の中でも明らかになってきたものである。特に要望の高いものとして、従来の地上気温・降水量のみならず、陸上での日射量、相対湿度、風速、積雪量、また、海洋の諸情報がある。
 このように、気候変動の影響への適応策を策定するに当たっては、第1次情報として様々な気象要素に関する高精度で高解像度の将来予測情報が必要になる。本研究課題では、このような今後の多様な社会的要請に対応していくために以下の目標を立てて研究を進める
 領域課題(i)「高精度統合型モデルの開発」では、創生プログラムまでは大気モデルを用いた気候計算が中心であったが、気象・気候の様々な事象に対する海洋の影響を考慮し、大気海洋相互作用を評価できる高解像度大気・海洋結合系ベースの気候モデルへ移行する。また、新たなモデルコンポーネントを導入し物理変数の精度を向上させ、環境評価に必要な化学的気候情報が作成可能となるモデルの統合化に取り組む。また、本業務においては、将来予測実験のみならず、過去の温暖化を気候学的に検証するために、過去の大気海洋観測データと、創生プロで開発したアンサンブルデータ同化システムを発展させて、150年気候再解析を試みる。また、特に力学的ダウンスケーリングを担う地域気候モデルに関してはユーザーからの要望の高い様々な気象要素(日射量、湿度等)について、その精度向上を目指すモデル開発を進め、物理スキームを完成させる。またユーザーからの要望の高い日本周辺の海洋情報について、高解像度海洋モデルを用いた情報創出を目指す。
 領域課題(ii)「汎用シナリオ整備とメカニズム解明」では、水資源・農業・健康など、多岐にわたる影響評価やリスク管理に利用できる温暖化気候データを整備するとともに、それらデータを用いた顕著現象や極端現象の将来変化メカニズムの研究を高解像度の全球・領域大気モデルの特徴を生かして実施し、より信頼度が高く、メカニズム研究にも利用可能な気候シナリオデータセットの構築を目指す。ユーザーからの要望の大きい、気温・降水量以外の各種気象変数について、モデル開発のサブ課題と連携しつつ検証研究を進め出力改善に寄与する。特に放射データに関しては改善版の提供を目指す。多アンサンブル実験の解像度を補う手法の開発を行い、極端現象を評価できる解像度(1㎞程度)まで高解像度した極端現象予測情報を創出するシステムの構築を目指す。また台風の将来変化に特化した領域大気海洋結合モデル及び雲解像モデルによる実験を実施し、メカニズムに着目しながら顕著現象の将来変化の不確実性評価に取り組む。
 領域課題(iii)「高精度気候モデル及び評価結果のアジア・太平洋諸国への展開と国際貢献」では、日本以外の地域でのモデル精度確認のためアジア・太平洋諸国を対象として、気象研究所が開発したダウンスケーリングモデルを国際的に普及させる取り組みを行う。本領域課題においては領域テーマC、D連携の枠組みを利用して現地の影響評価研究に活用してもらう仕組みの実現も試みる。
 本課題の社会へのアウトリーチは、国内的には、当プログラムの領域テーマD「統合的ハザード予測」、国立環境研究所 気候変動適応センター(CCCA)、環境省地球環境総合推進費(S-18)等との連携、また気象庁「地球温暖化予測情報」、環境省「気候変動適応情報プラットフォーム」等を活用し社会への情報提供を行う(県別の温暖化予測情報等を提供している)。また国際的には、IPCCへの貢献を行うとともに、結合モデル相互比較計画(CMIP)や統合的地域ダウンスケーリング研究計画(CORDEX)-アジアなどの国際共同研究へ積極的に参加する。これにより、本研究の計算・解析結果が各国の地球温暖化予測研究の進展につながるとともに、アジア・太平洋諸国との連携を通じた現地気候研究者の人材養成を行うことにより、我が国発の気候モデルがアジア地域における事実上のデファクト・スタンダードとなることを目指す。
 本課題では上記諸課題へ向けて下記陣容で解決に挑む。
領域課題(i)「高精度統合型モデルの開発」
 サブ課題a「高精度統合型モデルによる温暖化予測システム開発」
 サブ課題b「地域気候モデル開発」
 サブ課題c「海洋将来予測データベースのための統合型海洋モデル開発」
領域課題(ii)「汎用シナリオ整備とメカニズム解明」
 サブ課題a「汎用シナリオ整備と顕著現象変化メカニズム解明」
 サブ課題b「ユーザーニーズを踏まえた地域気候変化予測データの精査と新規大規模計算手法の開発」
 サブ課題c「台風等極端事象の高解像度ダウンスケーリングシミュレーション」
領域課題(iii)「高精度気候モデル及び評価結果のアジア・太平洋諸国への展開と国際貢献」
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令和2年度の成果目標及び業務方法

領域課題(i)「高精度統合型モデルの開発」

 サブ課題a.高精度統合型モデルによる温暖化予測システム開発

(目標)
開発を進めてきている大気・海洋結合モデルベースの温暖化予測タイムスライス実験システム (TSE-C) により、「地球温暖化施策決定に資する気候再現・予測実験データベース (d4PDF)」で指摘されている赤道からの遠隔影響の現実的表現や台風過発達バイアスの低減などの課題解決を図る。加えて、北太平洋域に高解像度領域海洋モデルを組み入れた TSE-C 高度化版 (TSE-Cn) の開発を進め、大気と海洋の変動が整合する温暖化予測プロダクト生成の可能性を探る。

(業務の方法)
既存の日本領域モデルを使用した、力学的ダウンスケーリング (DDS)を含むTSE-Cによる過去再現・将来予測実験を行い、大気海洋結合過程を考慮したことによる気候や豪雨・台風などの極端事象の再現性向上と将来変化の気候学的整合性向上の実現に向けてTSE-Cの構成する気候モデルの検証や海洋を観測に拘束するスキームの改良などの作業を、既存実験との比較を行いながら進める。この作業の中で、大気海洋結合タイムスライス実験を行い、大気海洋結合効果を導入したことによる新プロダクトに付加できる価値について考察する。また、使用する全球・領域大気モデルの解像度を変えた実験を行い、再現された気象現象などの解像度依存性を確認する。これにより、次期d4PDF で、トレードオフとなるアンサンブル数と解像度の選択肢の幅を広げ、有効な計算機資源の範囲内で最良のシステム構成を選択し、ユーザーの要望にも最大限対応する温暖化予測プロダクト作成を目指す。日本域のDDSによるプロダクトの品質向上と拡充も考慮し、TSE-CのDDSの構成をサブ課題(i-b)の成果も取り込みながら開発する。さらに、解像度 10km の北太平洋モデルをTSE-Cにネストした TSE-Cn の開発に着手する。高解像度の海洋モデルを導入して日本近海の複雑な海洋構造を再現し、サブ課題(i-c)と協力して、大気と海洋の気候場を改善した温暖化プロダクトの作成の検討を始める。以上に加えて、新しい大気海洋結合モデル開発、利用可能な大気化学温暖化プロダクトの吟味、150年気候再解析のためのシステム開発も実施する。

 サブ課題b.地域気候モデル開発

(目標)
適応策策定に資する信頼度の高いデータセットの創出を目指し、新たな地域気候モデルの開発を開始する。特に、日射量のバイアスが軽減されるように、感度実験を通してスキームの改良の方向性を決める。

(業務の方法)
予測結果の精度向上を目指し、新たなメソスケールモデルをベースとした地域気候モデルの開発を進める。具体的には、長期積分が可能なように、スペクトルナッジングと高精度の陸面過程スキームを導入する。また、全球モデル出力及び再解析データからのダウンスケーリングが行えるように、ネスティングに関するツール類を整備する。日射量の改善を念頭に置いた放射スキームの改良指針を得るため、(ii-b)と協力しながら、雲量診断スキーム、部分凝結スキーム、鉛直層に関する感度実験をNHRCMをテストベッドとして実施する。さらに、極端降水の再現性を向上させるため、対流のグレーゾーン問題に取り組む。具体的には、(ii-a)で実施される高解像度ダウンスケーリング実験データから積雲対流の再現性の解像度依存性を調べる。

 サブ課題c.海洋将来予測データベースのための統合型海洋モデル開発

(目標)
大気の将来予測データセットを外力として与え、北太平洋域高解像度海洋モデルを積分する海洋タイムスライス実験により、海域の温暖化予測情報の充実を図る。また、海洋モデルに低次生態系モデルを導入し、物理環境変動から生態系変動まで統合的に解析可能なデータを創出できるようダウンスケーリングシステムを改良し、海洋生態系環境や水産業に関連したニーズに応える予測情報の充実を目指す。さらに、日本域で高解像度化した海洋モデルを用いたダウンスケーリングを行い、黒潮などの主要な海流の日本周辺海域への影響を評価するとともに、沿岸域での海洋予測情報を拡充する。

(業務の方法)
海洋モデルへの低次生態系モデルの組込みを行い、栄養塩・プランクトンなどの将来予測データセットの作成に向けたプロダクト開発に着手する。モデル出力検証のための観測データを収集するとともに、モデルの構成や観測データにあわせたパラメータの調整について領域テーマ B と連携して検討する。また、SI-CATで開発した日本周辺海洋モデルに潮汐・河川モデルを導入し、潮汐・潮流による沿岸水位変動・海流変動などの表現力を向上でき、河川からの淡水流入の変動、栄養塩供給の変化を考慮し、沿岸生態系や水産業に与える影響の評価などユーザーニーズを踏まえた情報を提供可能なモデルの開発を進める。さらに、多くのCMIPモデルで偏西風がやや南偏していることが黒潮の再現性を低下させる原因となることがSI-CATで作成されたプロダクトからわかっており、これを解決するためには海上風の補正に加えて海上気温などを合わせて補正する必要がある。サブ課題(i-a)と協力して、大気DSデータを活用することでどの程度改善されるか実験を行うとともにこの解析で得られた結果を TSE-Cnの開発に活用する。

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領域課題(ii)「汎用シナリオ整備とメカニズム解明」

 サブ課題a.汎用シナリオ整備と顕著現象変化メカニズム解明

(目標)
高解像度実験、多数アンサンブル実験を用いた発生した災害級台風への温暖化影響評価、顕著現象将来変化に関する要因分析と、次期の将来気候予測実験のデザインに関する研究を行う。また、“データ2022”の中核となる将来気候予測実験を実施する。

(業務の方法)
全球大気モデル温暖化実験における東アジアの降水・循環応答の要因と特性について解析し、その要因を明らかにする。全球・領域モデルの双方を用いた多数例アンサンブル実験(d4PDF)の延長実験を継続するとともに、近年に発生した豪雨等の顕著現象のイベントアトリビューション研究、台風の将来変化などについて調査する((ii)-cとの情報交換)。また、発生イベントに対する非温暖化実験ならびに疑似温暖化実験を行うシステムを開発し、過去の温暖化・将来の温暖化影響を調査する。対流を解像できる高空間解像度実験を行い、線状降水帯等の顕著現象の空間解像度依存性を観測と比較しながら調査する。当課題で整備する温暖化予測データセット“データ2022”のCMIP5マルチモデルアンサンブル内での位置付けについて、日本周辺に着目し、再現性と不確実性の幅の定量化を行う。全球・領域気候モデルを用いた力学的ダウンスケーリングによる現在気候再現実験について、当初計画していた実験を完了させ、この結果を解析する。中解像度150年連続実験を継続して実施する。統合プログラムでこれまでに実施したプロダクトランと同様の設定で、日本全域JRA-55を用いた5kmダウンスケーリング実験を実施し、(ii)-bで実施するバイアス精査のための付加情報として提供する。これまでの実験を利用して、アンサンブル数とモデル解像度のバランス、予測の不確実性のカバー率を考慮した、次期の将来気候予測実験のデザインに関する研究を行う。第3年度に実施した実験結果を評価し、順次、領域テーマDへ提供する。影響評価・適応研究プロジェクトとの交流の場を積極的に持ち、実験結果を提供すると共に気候予測データセットのあり方について議論を行う。

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 サブ課題b.ユーザーニーズを踏まえた地域気候変化予測データの精査と新規大規模計算手法の開発

(目標)
豪雨・豪雪、日射、風、相対湿度、積雪などユーザーニーズのある気象要素を対象に、地域限定高解像度力学的ダウンスケーリングシステムの開発を進める。また、このシステムによりプロダクト創出し、地域気候モデル改良に向けた感度解析及び既存の領域モデル間比較を実施する。

(業務の方法)
d4PDFをベースとした5km大規模アンサンブル計算を関東と九州等を対象に実施する一方、より高解像度の計算により豪雨等の解像度依存性に関しても調査を行い、将来予測を実施する。。その際、アンサンブル数を減らすための効率的ダウンスケーリング手法の開発に取り組む。また、日射、風、相対湿度、積雪等に対して、SI-CATや統合Cで実施した既存の実験及び(ii-a)で計算される新しい実験を解析し、気象学・気候学的知見から、地域別・季節別にバイアスの特徴を整理する。バイアス評価の際には、(ii-a)で行なわれる全球気候モデル間比較の情報も参照する。さらに、その特徴を踏まえて、(i-b)と協力しながら、バイアス改善のための放射・陸面過程のパラメータ感度実験を実施する。雪に関しては、100mスケールの積雪分布予測を目指し、高解像度NHRCMと山岳積雪観測を比較する。上記で創出する各種データおよび研究成果のとりまとめを行う。

 サブ課題c.台風等極端事象の高解像度ダウンスケーリングシミュレーション

(目標)
雲解像モデル及び領域大気海洋結合モデルを用いた多数例の台風のシミュレーション実験により、台風の強度と中緯度域の雨量および降水強度の将来変化を推定する。

(業務の方法)
雲解像モデル及び領域大気海洋結合モデルを用いた高解像度ダウンスケーリング実験により、北上する台風の強度や最大強度位置、及び雨の将来変化を推定する。全球モデル気候変動予測実験の結果を用いて、日本付近の顕著台風を対象に高解像度領域大気海洋結合モデルによる力学的ダウンスケーリング実験を実施する。領域大気海洋結合モデルのアンサンブル実験を実施し、海洋に対する台風の感度を明らかにする。顕著台風について再現実験・擬似温暖化実験を行い、温暖化の影響と中緯度に与える効果を調査する手法を開発する。

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領域課題(iii)「高精度気候モデル及び評価結果のアジア・太平洋諸国への展開と国際貢献」

(目標)
東南アジア諸国を対象とした地域気候モデルによる温暖化予測実験を行う。

(業務の方法)
東南アジアにおける地域気候モデル国際比較実験(CORDEX-SEA)の参加国から招聘を行い、研究者に気象研究所非静力学地域気候モデル(NHRCM)の使い方の指導を行う。CORDEX-SEAで指摘されている脆弱地域において、高分解能のNHRCMによる現在気候再現実験及び将来予測実験を行い、その結果を解析する。結果の影響評価研究への適用方法については、領域テーマDと連携をとり検討を行う。高解像度モデル相互比較プロジェクト(HighResMIP)については、60km解像度の150年ランと組み合わせた解析を行う。東アジア域のCORDEX-EAについては、CGCMからダウンスケールを行う環境を整備する。


業務の遂行に当たっては、研究連絡会を開き各課題間の連携を確認するとともに、外部有識者等からなる研究運営委員会で得られた全体の研究課題に対する意見や示唆により研究の方向性を確認・修正する。国内外の関連会合に参加して情報交換を行うほか、成果の進捗状況の把握及び情報発信に努めることで業務の効率的・効果的な運用を図る。さらに、より成果を社会実装に近づけるために、気候変動の将来予測等に関する種々の科学的知見をアピールする場や取りまとめる場(国際会議や国内検討会等)など、本業務での研究活動を打ち込む機会を適宜活用しながら、アウトリーチ活動に取り組む。特に今年度は雲解像モデルの国際ワークショップを開催し、本課題の最新の成果の発信と世界の先端的研究の状況把握・情報交換に努める。また本課題成果の温暖化研究への有効活用を目指して国内外の各種温暖化適応研究プロジェクトとの連携を図る。このため、領域テーマA/B/Dと連携するとともに、例年開催している領域テーマDとの連携を図るためのC/D連携研究会を共催し、さらに今年度は関係研究者・実務者等を統合プロ関係者のほか広く集めてワークショップを開催しデータセット2022に向けた情報創出の期待される姿について情報を集め、本課題における研究推進に反映させる。政府の各種取り組みのうち、文部科学省・気象庁で立ち上げた「気候変動に関する懇談会」、環境省が国立環境研究所内に設立した「気候変動適応センター」(CCCA)、環境省地球環境総合推進費S-18などの各種取り組みに協力する。本課題に新たに加わった諸研究機関との課題内連携、また、領域テーマA/B/Dとの課題間連携を効率的に進めるために、地球シミュレータ近傍に共用ストレージを増強する。

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