研究会報告：：（データ同化；大気微量成分)

2012年度秋季大会スペシャル・セッション「大気微量気体およびエアロゾルの同化とその気候研究への利用」報告
岩崎

俊

樹 ・宮崎

和 幸 ・関山

剛 ・五藤 大輔

中島映至 ・弓本

桂 也 ・鵜野伊津志 ・塩谷 雅

人

１．はじめにきるようになり，予測式の複雑な大気微量成分のデー

大気環境の監視と予測及びその気候影響の理解に向タ同化にも容易に取り組めるようになった．

けて，データ同化により大気微量気体やエアロゾルのデータ同化では，様々な観測データの情報を補完す

濃度と発生・沈着フラックスを推定することは，重要ることにより，推定の精度を高める．しかし，単純にな研究開発課題となってきた．化学輸送モデルの性能統合しただけでは，悪貨が良貨を駆逐する，という結が向上したこと，衛星による大気微量成分観測が充実果になりがちである．データ同化が成功するためにしてきたこと，データ同化手法の開発が進んだことには，観測データの種目ごとの丁寧な扱いが不可欠であより，大気微量成分のデータ同化はまさに時宜を得た

り，本セッションの重要な課題の一つである．

課題である．本報告では，日本気象学会2012年度秋季

大気化学のデータ同化においてはとりわけ以下の問

大会中に開催したスペシャルセッション「大気微量気題を考えておく必要がある．第１は拡散の問題であ体およびエアロゾルの同化とその気候研究への利用」

る．化学輸送モデルの鉛直拡散の扱いは予報変数であ（2012年10月３日，北海道大学・学術交流会館にて）る大気微量成分の混合比に大きく影響する．しかし，について報告する．

輸送モデルにおける拡散の問題はまだ不確実性が大き

データ同化は初期条件を得るための技術として，とく，データ同化においてもこの不確実性に配慮した扱

りわけ数値予報分野で発展してきた．基本的には，力いが必要である．第２は，微量成分の中には光化学反学系が既知の場合に，限られた観測データを統合し，応時定数の短い成分や日変化の大きい成分も含まれる実況値を推定する技術である．そこで培われた技術はことである．この場合は，推定値の誤差は初期条件よ実況監視と予測の問題に幅広く応用が可能である．４

りも反応係数や他の成分の誤差に起因することも多次元変分法やアンサンブルカルマンフィルタなどの優い．第３は，予測変数の数の多さである．各微量成分

れ た データ 同 化 手 法 が 開 発 さ れ た（Kalnay et al.

濃度の多くは予報変数として扱われる．各成分間の化2007）．とくに，アンサンブルカルマンフィルタが実学的な結合は多様であり，データ同化時に相関をあま用化され，力学系の詳細には踏み込まずシステム化でり多く考慮するとシステムは不安定となる．第４は，観測の特性である．微量成分について様々な衛星観測

Toshiki IWASAKI，東北大学大学院理学研究科．
（連絡責任著者）Kazuyuki M IYAZAKI，海洋研究開発機構（神奈川県横浜市金沢区昭和町3173‑25）．
E‑mail：kmiyazaki＠jamstec.go.jp
Tsuyoshi T. SEKIYAM A，気象庁気象研究所．
Daisuke GOTO，国立環境研究所．
Teruyuki NAKAJIMA，東京大学大気海洋研究所．
Keiya YUM IM OTO，気象庁気象研究所．
Itsushi UNO，九州大学応用力学研究所．
M asato SHIOTANI，京都大学生存圏研究所．
Ⓒ 2013 日本気象学会
2013年３月

データが得られるようになったが，データの時空間密度，空間代表性，感度，誤差特性など詳細に検討し，データ同化に反映する必要がある．

（岩崎俊樹)

２．対流圏微量気体
国内の大規模プロジェクトに関する２件の講演の後に，個別ターゲットの詳細に関する講演が行われた．
まず，対流圏微量気体について３件の講演があった．
笠井康子（NICT）は，日本国内で計画を進めてい
61

204

2012年度秋季大会スペシャル・セッション「大気微量気体およびエアロゾルの同化とその気候研究への利用」報告

る APOLLO 衛星観測の目的と期待される成果を紹介

風・気温・成層圏オゾン濃度・オゾン全量）を同化すし た．本 観 測 計 画 で は，国 際 宇 宙 ス テーション

ることによってマルチモデル相互比較を行った（Na-（ISS）からオゾンとその前駆気体を観測することを

kamura et al. 2013）．それによって各モデルが持つバ提案している．ISS の低軌道観測の利点を活かすことイアス特性が解析や予報にどのような影響を持つのかで，大気汚染物質の濃度と排出源の日変化に関する情評価することに成功した．大気微量成分データ同化シ報を高分解能に取得できる可能性がある．本講演ではステムについての定量的な相互比較は非常にチャレン

観測システムシミュレーション実験の有用性にも言及

ジングでオリジナルな仕事と言える．

しており，観測‑モデル研究者の積極的な連携の必要性を強く感じた．

出牛真（気 象 研）は 気 象 研 化 学 気 候 モ デ ル とLETKF を組み合わせてハインドキャスト実験を試み

板 橋 秀 一（九 州 大 学）お よ び 宮 崎 和 幸（JAM-た．用いた観測値は衛星搭載 M LS による３次元オゾSTEC）は，オゾンや窒素酸化物など大気汚染と関連ン濃度と OM I‑TOMS で得られたオゾン全量である．

するモデル‑観測統合について講演 し た．板 橋 は，気象庁での現業利用を目指したこの実験で，データ同HDDM （Itahashi et al. 2012）と Green 関数最適法化による初期値の改善がオゾン全量予測精度を有意に（弓本・鵜野 2012）を融合させ，化学輸送モデルによ向上させることが示された．

る東アジア域での夏期オゾン濃度の過大評価を引き起塩谷雅人（京大生存研）は2009年から約半年間 ISSこす要因を調査することを提案した．モデルと観測のに搭載された超伝導サ ブ ミ リ 波 リ ム 放 射 サ ウ ン ダ

不一致を引き起こす原因は越境汚染過程や局所的な化（SMILES）による成層圏微量成分の高感度観測につ学反応など多岐に及ぶ．観測とモデル情報を統合利用いて報告した．ISS の軌道は太陽非同期であるため，する本解析手法では，複雑なモデル誤差要因を切り分SM ILES の観測する地方時は日々変化してゆく．こけて評価可能であり，モデル誤差要因の特定および現のような観測はデータ同化によって数値モデルと融合象の理解に役立つものと期待できる．宮崎は，様々なさせることによってさらに情報としての価値が高まる

衛星搭載センサにより取得された複数の化学種濃度のと期待できるだろう．

観測データをデータ同化により結合利用することで対榎本剛（京大防災研）は２次元移流モデルの混合

流圏大気環境の統合解析が可能となることを示した

特性について調べた．移流スキームの違いは計算結果（Miyazaki et al. 2012）．に大きな違いをもたらすことが示され，大気微量成分

APOLLO をはじめ様々な衛星観測計画が進められシミュレーションを行う上での重要な示唆が得られている状況の中，多種多様な観測データとモデルを適た．シミュレーション精度の向上は観測の充実と同様切に統合利用するデータ同化研究は今後ますます重要にデータ同化を発展させる必須の条件である．

なものとなる．欧米の研究機関では関連研究が推進されているが，日本国内においても同研究分野の更なる活性化が望まれる．

（宮崎和幸)

４．エアロゾル
エアロゾルに関しては６件の発表が行われた．五藤大輔（環境研），打田純也および Dai（東京大学）は

３．成層圏微量気体

SALSA（大気環境物質のためのシームレス同化シス成層圏微量気体の衛星観測と数値モデリングは数十

テ ム 構 築 と そ の 応 用）プ ロ ジェク ト で 開 発 中 の年の歴史を持ち，その両者を融合させる成層圏データ

NICAM ‑SPRINTARS に つ い て の 発 表 を 行った．

同化にも多くの先駆的研究が存在する．当セッション

NICAM ‑SPRINTARS は全球雲解像モデル NICAM

ではその最先端を行く研究が２件発表された．また，に全球エアロゾルモデル SPRINTARS を組み込んだデータ同化に密接に関わる衛星観測の高度化についても の で あ る．五 藤 は NICAM ‑SPRINTARS の 概 要

１件の発表があった．大気微量成分の数値モデリングを説明し，10km の空間分解能で積分した結果と関東精度について詳細に調べた理論的研究についても１件

地方を中心に行われた集中観測（FAM IKA）との詳報告された．以下，それらを順に述べる．

細な比較を行った．打田は全球から特定の領域を切り哲（極地研／北大）は日本国内３研究機関で出 し て 計 算 を 行 う Diamond NICAM （領 域 版開発された４種類のモデルに対して同一のデータ同化

中村NICAM ）の開発状況と水平解像度3.5km での計算スキーム（LETKF）を適用し，同一の観測値（水平例の紹介を行った．Dai は NICAM ‑SPRINTARS に62〝天気" 60．3．

2012年度秋季大会スペシャル・セッション「大気微量気体およびエアロゾルの同化とその気候研究への利用」報告

アンサンブルカルマンフィルタを導入し，衛星観測で205

５．温室効果気体得られたエアロゾル光学的厚さの同化結果を紹介し当セッションの最後として，温室効果気体についてた．特に，FAM IKA との比較は，大気汚染常時監視５件の講演があった．まず二酸化炭素に関しては，測定局（各自治体で行われている常時観測）のネット

Patra（JAM STEC）が，二酸化炭素（CO ）の輸送ワークを利用した詳細な同化システムと予報システム

モ デ ル の 国 際 相 互 比 較 プ ロ ジェク ト で あ る Trans-の可能性を予感させた．また，Diamond NICAM はCom の解析結果を紹介した．不確実性の高い CO の計算時間の短縮と高解像度での高い計算安定性を実現

フラックス量を逆推定によって見積もることで，COしており，アンサンブル計算やモデルの反復積分など

濃 度 の 年々変 動 を う ま く 再 現 で き る こ と を 示 し た

計算コストが大きいデータ同化研究においてなくては（Patra et al. 2011）．そして更なる精度向上のためにならないものであろう．

は，領域毎にフラックスのより良い見積もりがポイン

関山剛（気象研）はアンサンブルカルマンフィルトとなることを示した．

タを導入した全球エアロゾルモデル（M ASINGAR）

次に，CO の逆推定をする際に必要な観測データのを用いた同 化 予 報 を 含 む 多 岐 に わ た る ア プ リ ケー

検証・補正に関する講演が３件続いた．眞木貴史（気ション 例 を 紹 介 し た．特 に，衛 星 搭 載 ラ イ ダー象研）は，GOSAT 衛星を含んだ複数の衛星観測から（CALIOP/CALIPSO）の同化にいち早く取り組んで得られる CO 濃度のバイアスを補正する方法を紹介おり，減衰後方散乱を用いた黄砂の排出量逆推定や将した．衛星から得られる CO 濃度バイアスは地上観来の衛星観測計画を見据えた観測システムシミュレー測よりも大きいが広域的なデータが得られるので，バション 実 験（OSSE）の 成 功 例 が 示 さ れ た（Se-イアス補正は非常に重要な研究であり，他の CO 研kiyama et al. 2012）．MASINGAR を用いた同化シ究にも役立つことが期待される．高木宏志（環境研）

ステムは2015年を目標に予報現業化が予定されておは，GOSAT 衛星の L1B スペクトルデータから COり，その成果も期待される．のフラックス量を推定する際に含まれる様々な不確実

Chen（九州大学）はアンサンブルカルマンフィル性に注目し，５つの異なるプロダクト相互比較を行う

タを MIROC‑SPRINTARS の予報システムに適用しことで CO 濃度推定値のばらつきの結果を発表した．

（Yumimoto and Takemura 2011），アジア起源の越このようなプロダクト相互比較はユーザーの視点に境大気汚染に対して，同化による予測精度向上の可能立っても非常に意義のある研究成果である．今須良一

性を，日本の地上で観測された PM 2.5のデータと比（東大大 気 海 洋 研）は，関 東 地 方 に お け る CO の フ較することで検討した．

ラックス量を逆推定するために必要な観測データ群

弓本桂也（気象研）は，４次元変分法を MIROC‑（特に GOSAT による集中観測結果）の解析結果を中SPRINTARS に導入し，４年間に渡る黄砂発生量の心に発表を行った．空間不均一性の高い都市域におけ逆推定を３ヶ月という長い同化窓を用いて実現させるフラックス推定の精度は，逆推定に用いるための信た．M IROC‑SPRINTARS はアンサンブルカルマン

頼性の高い観測データと高精度のモデル（フォワードフィルタ，４次元変分法と２つの同化システムを取得

計算・インバース解析）に依存するため，今後も継続したことになり，両者の結果の比較，組み合わせた同的な発展が望まれる．

化手法の開発などが期待される．

最後に，CO に次ぐ主要な温室効果気体であるメタIPCC 第４次報告書（IPCC 2007）に見られる通り，ンに関する研究が，林田佐智子（奈良女子大）から紹

エアロゾルの分布・微物理・気候影響への理解はまだ介された．東南アジアのようなバイオマス燃焼が多い十分とは言えない．データ同化が気象予報や気象再解

場所ではバイオマス燃焼はメタンの重要な発生源であ析データで大きな役割を果たしているように，エアロるのだが，湿地帯・水田からの発生と分離しにくいた

ゾルのシミュレーションにおいてもその期待は非常にめに発生量の推定が難しかった．そこで，複数の衛星大きい．データ同化は強力なツールであるが，それと結果を用いることでバイオマス燃焼起源のメタンフ

同時にモデルの緻密化（高精度化，高解像度化），観ラックスを推定する試みがなされた．今後は，輸送モ測データの拡充（衛星データや集中観測）を含める三デルと組み合わせることで，より高精度のメタンフ位一体となった研究の推進が重要であろう．

ラックスが見積もられると期待される． （五藤大輔)（弓本桂也)
2013年３月

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2012年度秋季大会スペシャル・セッション「大気微量気体およびエアロゾルの同化とその気候研究への利用」報告

６．おわりに衛星観測の黄金期という言葉が使われて久しい．最近では，大気微量気体とエアロゾルに関する全球規模の衛星データが豊富に得られるようになった．また，衛星観測の検証の必要性から NASA/AERONET などの地上観測網も確立し，精度の高いデータが整備さ

M ASINGAR：M odel of Aerosol Species in the Global
Atmosphere 気象庁／気象研究所開発の全球エアロゾ
ルモデル
M IROC：M odel for Interdisciplinary Research on Climate 東京大学，国立環境研究所，海洋開発研究機構
が開発した大気海洋結合モデル

リングも大幅に進歩し，観測データに同化されたモデM LS：M icrowave Limb Sounder
NICAM ：Non‑hydrostatic Icosahedral Atmospheric
Model 東京大学，海洋研究開発機構，理化学研究所でル場が作られるようになった．まさに，大気物質の観開発されている全球雲システム解像正二十面体モデル

測とモデリングも，黎明期から黄金期に入ろうとして

OMI‑TOMS：Ozone Monitoring Instrument ‑ Total

いる．

Ozone Mapping Spectrometer
OSSE：Observing System Simulation Experiment 観測システムシミュレーション実験れてきた．この間，大気物質に関する化学・輸送モデ

このような大気科学の進展にとって重要な背景には，第３回世界気候会議（2009年）や WCRP 公開科学会議（2011年）などを通して明らかになってきたように，気候変動の適応策や軽減策に役立つ情報発信に対する社会からの期待の増大がある（中島 2011）．本セッションで発表された研究成果は世界に先駆けたものが多く，これらの社会応用のためにおおいに役立つものと考えられる．今後必要なことは，国内外の研究コミュニティーおよび関係機関と協力して，応用に耐えられる精度の向上を図ることと，安定なデータ供給システムを構築することである．この観点で見ると今回のセッションの発表は若手研究者が中心になるものであり，必要な研究を担う次世代が育っているという印象を得た．

（中島映至)SALSA：Development of Seamless Chemical Assimilation System and its Application for Atmospheric
Environmental M aterials 大気環境物質のためのシー
ムレス同化システム構築とその応用
SM ILES：Superconducting Submillimeter‑Wave Limb
Emission Sounder 超伝導サブミリ波リム放射サウン
ダSPRINTARS：Spectral Radiation‑Transport M odel
for Aerosol Species 全球エアロゾルモデル
参 考

文

献IPCC, 2007：Climate Change 2007：The Physical Science Basis. S. Solomon et al. eds,Cambridge University Press, 1056pp.
Itahashi,S.,I.Uno and S.‑T.Kim, 2012：Source contri-

略語一覧
AERONET：Aerosol Robotic Network エアロゾル地
上観測網
APOLLO：Air Pollution Observing M ission 大気汚染観測ミッション

butions of sulfate aerosol over East Asia estimated by
CM AQ‑DDM . Environ. Sci. Technol., 46, 6733‑6741.
Kalnay, E., H.Li, T. Miyoshi, S‑C. Yang and J. Ballabrera, 2007：4‑D‑Var or ensemble Kalman filter?
Tellus, 59A, 758‑773.

CALIOP：Cloud‑Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization CALIPSO に搭載されたライダー

M iyazaki, K., H.J. Eskes, K. Sudo, M . Takigawa, M .
van Weele and K.F. Boersma, 2012：Simultaneous

CALIPSO：The Cloud‑Aerosol Lidar and Infrared
Pathfinder Satellite Observation NASA A‑Train をassimilation of satellite NO ,O ,CO,and HNO data

構成する衛星の一つ，雲・エアロゾル観測衛星
FAMIKA：Fine Aerosol Measurement and Modeling inKanto Area 関東域における微小粒子観測とモデリン
グ
GOSAT：Greenhouse Gases Observing Satellite 温室効果ガス観測技術衛星
HDDM ：Higher‑order Decoupled Direct M ethod
ISS：International Space Station 国際宇宙ステーション
LETKF：Local Ensemble Transform Kalman Filter
局所アンサンブル変換カルマンフィルタ
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for the analysis of tropospheric chemical compositionand emissions. Atmos. Chem. Phys., 12, 9545‑9579.
中島映至，2011：世界気候研究計画（WCRP）公開科学会議の報告と所感．天気，58，1087‑1089．
Nakamura,T.,H.Akiyoshi,M .Deushi,K.M iyazaki,C.
Kobayashi, K. Shibata and T. Iwasaki, 2013：A
multi‑model comparison of stratospheric ozone data
assimilation based on an ensemble Kalman filter
approach. J. Geophys. Res., in revision.
Patra, P.K., Y. Niwa, T.J. Schuck, C.A.M. Brenninkmeijer, T. M achida, H. M atsueda and Y. Sawa,
2011：Carbon balance of South Asia constrained by〝天気" 60．3．

2012年度秋季大会スペシャル・セッション「大気微量気体およびエアロゾルの同化とその気候研究への利用」報告
passenger aircraft CO measurements. Atmos. Chem.
Phys., 11, 4163‑4175.
Sekiyama, T.T., T.Y. Tanaka and T. M iyoshi, 2012：
A simulation study of the ensemble‑based data assimilation of satellite‑borne lidar aerosol observations.
Geosci. M odel Dev. Discuss., 5, 1877‑1947.
Yumimoto,K.and T.Takemura,2011：Direct radiative207

effect of aerosols estimated using ensemble‑based
data assimilation in a global aerosol climate model.
Geophys. Res. Lett., 38, L21802, doi:10.1029/2011
GL049258.
弓本桂也，鵜野伊津志，2012：グリーン関数法を用いた一酸化炭素排出量の長期間逆推定．大気環境学会誌，47，162‑172．

2013年度地球化学研究協会学術賞「三宅賞」および「進歩賞」候補者の募集
１．三宅賞

５．地球化学研究協会ホームページ：

対 象：地球化学に顕著な業績を挙げた研究者
表彰内容：賞状，副賞として賞牌および賞金30万円，毎年１名

http://www‑cc.gakushuin.ac.jp/ e881147/Geochem/index.html
６．応募先：〒100‑8212 東京都千代田区丸の内1‑4‑5

２．進歩賞

三菱 UFJ 信託銀行リテール受託業務部

対 象：1973年４月２日以降に生まれた方で，地球公益信託グループ

化学の進歩に優れた業績を挙げ，将来の発展が期待される研究者（公益信託）地球化学研究基金

伊藤幸雄

７．問合せ：

表彰内容：賞状および賞金10万円，毎年１〜２名

電子メールで下記アドレスへお願いします．

３．応募方法：地球化学研究協会のホームページから

E‑mail：eitaro1939＠yahoo.co.jp またはダウンロードした申請書に，略歴・推薦理由・研究

t‑sagi＠m3.gyao.ne.jp

業績などを記入し，主な論文10編程度（三宅賞），２編程度（進歩賞）を添えて，下記のあて先へ送付

これらの賞の応募には学会の推薦は必要ありません

して下さい．

が，気象学会から推薦するにふさわしい方をご存じで＊応募書類等は三宅賞及び進歩賞選考のためにのみしたら，気象学会・学会外各賞候補者推薦委員会あて用いられます．

お知らせ下さい．

４．締切日：2013年８月31日（必着）日本気象学会および関連学会行事予定
行事名

開催年月日

主催団体等

場所

備考

日本気象学会2013年度春季 2013年５月15 日本気象学会
大会〜18日

国立オリンピック記「天気」59巻12号
念 青 少 年 総 合 セ ン http://msj.visitors.jp/
ター（東京都渋谷区代々木神園町3‑1）

日本地球惑星科学連合2013 2013年５月19 日本地球惑星科学連合年大会〜24日

幕張メッセ国際会議「天気」59巻８号
場（千葉市美浜区中瀬2‑1）

第６回霧，霧採取および露 2013年５月19 (主催)第６回霧，霧採取 横浜赤レンガ倉庫１に関する国際会議〜24日 および露に関する国際会 号館（神奈川県横浜議組織委員会
市中区新港1‑1‑1）(後援)日本気象学会
2013年３月

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