：：（長期再解析；データ同化；気候解析)

気象庁55年長期再解析（JRA‑55）

原田

やよい ・古守谷昌

林

己 ・小野田小林

慎 哉 ・太田行 哉 ・海老田 綾

貴浩 克 ・大野木和 敏 ・釜隆

ちあき ・遠洋

藤堀 弘

和１．はじめに用に つ い て 述 べ る．な お，JRA‑55の 詳 細 に つ い て平 成 21年 度 に 開 始 し た 気 象 庁 55年 長 期 再 解 析は，気象集誌に JRA‑55総合報告論文（S. Kobayashi（JRA‑55，Ebita et al. 2011）は，気象研究所，気象et al. 2014）を投稿している．

衛星センターをはじめとする関係各所の協力および長期再解析推進委員会委員をはじめとする学識経験者の２．JRA‑55の概要助言を得て実施され，2013年３月に完了した．本稿でJRA‑55の対象期間はラジオゾンデ定時観測ネット

は JRA‑55の 概 要 と，JRA‑55を JRA‑25長 期 再 解 析ワークが確立された1958年まで遡っている．20世紀後および気象庁気候同化システムによって作成された解半から50年以上をカバーした４次元変分法による長期析値（JRA‑25/JCDAS，Onogi et al. 2007）や衛星再解析としては，JRA‑55が世界で初めてである．

観測データセットと比較した初期評価結果について報第１表に JRA‑25/JCDAS からのシステムおよび境告する．更に，データの公開状況や気象庁業務への活界値の変更点を示す．JRA‑55では数値予報モデルの高解像度化や長波放射スキームをはじめとする物理過(連絡責任著者）Yayoi HARADA，気象庁地球環境

程の改良，４次元変分法の採用など，JRA‑25以降の・海洋部気候情報課．

現業システムの改良を反映している．またラジオゾン

yayoi.harada＠met.kishou.go.jp
Shinya KOBAYASHI，気象庁地球環境・海洋部気候情報課．
Yukinari OTA，気象庁地球環境・海洋部気候情報課．

デ気温観測における測器の変遷等の影響を取り除くた
め，RAOBCORE ver.1.4（Haimberger et al.2008）を導入した．更に衛星の切り替え時やバイアス特性の時間変化への対応を容易にするために，変分法の内部

Ayataka EBITA，気象研究所企画室．
M asami M ORIYA，気象庁予報部数値予報課．

でバイアス補正係数の更新を随時行う変分法バイアス

Hirokatsu ONODA，気象庁地球環境・海洋部気候情報課．

2005）を輝度温度観測に対して導入した．境界値につ補正（VarBC:Variational Bias Correction）（Dee
いても，６種類の温室効果ガスの経年変化が考慮さ

Kazutoshi ONOGI，気象庁地球環境・海洋部気候情報課．

れ，オゾン３次元日別値も新しい化学輸送モデルによHirotaka KAMAHORI，気象研究所気候研究部．
Chiaki KOBAYASHI，気象研究所気候研究部．

JRA‑55では，様々な種類の観測データを利用してるデータに更新するなど改良が施されている．

Hirokazu ENDO，気象研究所気候研究部．
注：所属は平成25年度のもの．

いる（第１図）．特に JRA シリーズを通じて初めてⒸ 2014 日本気象学会

低品質のものが多く存在するため，その品質管理が重2014年４月

使用した1970年代以前の地上・高層観測データには，

43

270

気象庁55年長期再解析（JRA‑55）
第１表

JRA‑25/JCDAS からの変更点．

要 と な る．衛 星 データ に つ い ては，気象衛星センター，宇宙航空研究開発機構および欧州気象衛星開発機構をはじめとする，各機関で再処理された衛星データを可能な限り利用している．
３．初期評価結果
第２図に JRA‑55（黒色線）および JRA‑25（濃灰色線）を初期値とした48時間予報と，気象庁現業システム（薄灰色線）48時間予報の500hPa 高度場の根二乗平均
誤 差 （ RM SE: R oot

M ean

Square Error）時系列図を示す．
北 半 球 で は，JRA‑55の RM SEは JRA‑25のものと比べて期間を通じて８割ほどに減少しており，JRA‑55のデータ同化システムの性能が大幅に向上していることを示している．また現業システムと比 較 し て，再 解 析 は い ず れ もRM SE がなだらかに減少しており，品質が安定している．一方，南半球では衛星観測システムの変遷に対応した RM SE の変動が見られる．
第３図には，1986年６月１日00
UTC における360K 等温位 面 の渦位の分布を示す．渦位は断熱・摩擦なしの条件下で保存量とみなされ，大気の流れのトレーサーとなりうる物理量である（Hoskins．JRA‑55におけるet al. 1985）
360K 等 温 位 面 上 の 渦 位 分 布 は（第３図上），対流圏上層の圏界面付近における大気の流れをよく表しており，亜熱帯ジェット沿いの準定常ロスビー波動の微細構造や熱帯の対流活動活発域における大気応答の様子が良くとらえられて
第１図

JRA‑55で使用した観測データ．

いる．JRA‑25（第３図下）と 比較すると，大気大循環の流れの表現が大きく改善されたことがわか44〝天気" 61．4．

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第２図

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JRA‑55（黒色線），JRA‑25（濃灰色線）
および気象庁現業システム（薄灰色線）の500hPa 高度場48時間 予 報 の RMSE 時
系列図．単位は gpm．

第４図JRA および ERA の全球平均気温偏差
高度・時間断面図［K］．それぞれの長期 再 解 析 に つ い て，各 指 定 気 圧 面 の1980〜2001年の全球平均気温を基準として，そこからの偏差を描画している．

問題があったことが指摘されている（Santer et al.
2004）．ま た，JRA‑25と ERA‑40で は，80年 代 前 半の成層圏に不連続が見られ，NOAA 衛星の切り替えに 伴 う TIROS 実 用 型 鉛 直 探 査 計（TOVS:TIROS
Operational Vertical Sounder）による輝度温度観測の品 質 変 化 の た め と 考 え ら れ る．更 に，JRA‑25の1998年の成層圏の大きな不連続は，数値予報モデルの第３図

1986年６月１日00UTC に お け る360K
等温位面の渦位の分布図．上図は JRA‑55，下図は JRA‑25のものをそれぞれ示
す．単位は10 Km kg s ．

成層圏気温にバイアスがあった状況下で NOAA 衛星搭載の探査計が TOVS から改良型 TOVS（ATOVS:Advanced TOVS）に切り替わり，成層圏で同化できる放射輝度温度データの質と量が，大きく変化したことによる．探査計切り替えの影響は，ERA‑Interimる．このような改善の要因として，同化手法に４次元（Dee et al. 2011）でも上部成層圏にわずかながら見変分法が導入されたこと，数値予報モデルの移流スられる．ERA‑Interim と JRA‑55では，VarBC の導キームがオイラー法からセミラグランジュ法に改良さ入により，ERA‑40，JRA‑25に見られた不連続が軽れたことが挙げられる．

減されている．全球平均気温偏差はこれまでの ERA，第４図には，JRA および ERA の全球平均気温偏差高度・時間断面図を示す．ERA‑40（Uppala et al.

JRA 長期再解析の中では，JRA‑55の各層での時間的な変動が最も滑らかである．

2005）では，1970年代半ばに大きな不連続が見られ，次に成層圏気温の観測データによる検証結果を示

この年代の NOAA 衛星の輝度温度観測の取り扱いにす．第５図左は1981年１月における全球の月平均気温

2014年４月45272

気象庁55年長期再解析（JRA‑55）

降は JRA‑55に見られた改善が望まれる課題と改善すべき点について述べる．再解析では，データ同化時に解析インクリメント（解析値から第一推定値を引いた量）が生じ，エネルギーバランスが厳密には保たれていない．どの程度，現実のエネルギーバランスが再現されているかは，再解析の品質や様々な用途への有用性に関する有益な評価となり得る（Trenberth et al.
2009, 2011）．ま た Wild et al.（2013）は CERES（Wielicki et al. 1996）等の観測情報から全球エネル
第５図

1981年１月における全球の月平均気温の対ラジオゾンデバイアス（左図）およびRM SD（右図）の鉛 直 分 布 図．実 線 は観測値と第一推定値の差，破線は観測値と解析値の差を，灰色線は JRA‑25，黒色線は JRA‑55の値をそれぞれ示す．単位は K．

ギー収支の計算を行った．これに JRA‑25と JRA‑55の計 算 値 を 追 記 し た（第 ２ 表）．JRA‑55で は JRA‑25/JCDAS と 比 較 し て，過 大 な 外 向 き 長 波 放 射（OLR:Outgoing Long‑wave Radiation）の緩和，過小であった地表面の下向き長波放射の増加，大気による短波放射の吸収の適正化など，放射スキーム改良による放射関係要素の改善が見られる．一方，過剰な水の対ラジオゾンデバイアスである．JRA‑25では（灰循環，大気上端および地表面での正味フラックス量な色線），下部成層圏に顕著な低温バイアスが存在してどの悪化も見られている．

いた．この問題は，JRA‑25で使用された全球予報モ

ここで，依然として観測値に比べて過大傾向にある

デルで使用されていた当時の放射スキームがもつ顕著

OLR の 分 布 を 確 認 し て お く（第 ６ 図）．JRA‑25/な系統誤差に起因していることが判明しており，2004

JCDAS では乾燥問題が生じていたアマゾン域やサハ

年12月に気象庁現業モデルにこの問題点を改善した新

ラ砂漠において見られた過大バイアスが，JRA‑55でしい 長 波 放 射 ス キーム が 導 入 さ れ た．JRA‑55で はは同データと比較して緩和された．一方，熱帯の対流（黒色線），この新放射スキームを使用したことによ

活動活発域に着目すると，JRA‑55では過大バイアスり，下部成層圏の顕著な低温バイアスが大幅に軽減しが悪化していることが分かる．晴天放射ではこの様なている．

大きなバイアスは見られないことから，この過大バイ

これまで主に JRA‑55の改善点を述べてきたが，以アスは予報モデルの雲の分布・高さの再現性や光学的特性，雲放射過程と関連している可能性が高いと考えられる．

第２表

Wild et al.（2013）に示された観測のエネルギー収支の値（21世
紀 初 頭 の 気 候 学 的 な 値）を 抜 粋 し，JRA‑25/JCDAS お よ び
JRA‑55の値を追記したもの．長期再解析については2002〜2008
年の統計値．単位は Wm ．

次に水循環に関連して考察す
る．Trenberth et al.（2011）では全球の可降水量については再解析値間 の 比 較 を 行って い る が，JRA‑55では同量は12.2×10 km（2002〜2008年平均値）と再解析
値の中 で 最 も 少 な い．こ れ は，
JRA‑55で用いている数値予報モデルの対流圏中層に乾燥バイアスがあり，観測データにより水蒸気が補充されるものの，大気中に保持出来ずに降水として除去されてしまうことを示唆している．第７図には対流圏における比湿インク
リ メ ン ト の 経 年 変 化 を 示 す．

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〝天気" 61．4．

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第８図 1998〜2009年期間の熱帯域（22°S‑22°N）に お け る JRA‑55，JRA‑25お よ び ERA‑Interim の対 TRM M 3B42日別降水量空間相関係数の出現頻度分布．空間相関はすべてのデータセットを2.5°格子のボックス平均値に変換したのち計算を行っている．

JRA‑55では，JRA‑25で見られたマイクロ波放射計（SSM /I:Special Sensor M icrowave/Imager）や改良型マイクロ波水蒸気探査計（AM SU‑B:Advanced
第６図2002〜2008年平均の大気上端における外向 き 長 波 放 射．
（a）は JRA‑55の 値，（b）および（c）は JRA‑55から そ れ ぞれ CERES，JRA‑25/JCDAS の 値 を 引いたものをそれぞれ表す．（b）および（c）の等値線間隔は６Wm ．

M icrowave Sounding Unit‑B）導入時のインクリメントの不連続は改善されているものの，データ同化時に，850hPa より上層での水蒸気量の増加が期間を通して見られる．また1970年代前半の NOAA 衛星赤外探査計の輝度温度観測（VTPR:Vertical Temperature Profile Radiometer）の 導 入 時 に850〜700hPa付近に比湿インクリメントの増大が見られるほか，対流圏中・上層では，2000年以降に比湿インクリメントの増大が見られ，衛星観測システムの発展に伴い，最近の年代でより顕著となっている．
これまで述べたように，水循環は過剰傾向が明瞭ではあるものの，降水量の空間分布については大きな改善が見られたので最後に述べておく．第８図は熱帯域（22°S‑22°N）における各再解析データ日別降水量と
熱 帯 降 雨 観 測 衛 星（TRM M :Tropical Rainfall
M easuring Mission）に よ る 日 別 降 水 量 推 定 値（TRMM 3B42）との空間相関係数の出現頻度分布で
あ る．JRA‑55は，JRA‑25/JCDAS や ERA‑Interim

第７図

全球平均した比湿インクリメント（解析値−第一推定値）の時間−高度断面図．
（a），（b）は JRA‑55，JRA‑25の 値 をそれぞれ表す．陰影は正のインクリメン
トを，点線の等値線は負のインクリメン
ト を 表 し，そ の 間 隔 は ２×10 kgkg
day ．と比較して，空間相関係数の出現頻度分布がより高い領域に全体的にシフトしており，日別スケールの降水
現 象 の 再 現 性 は，JRA‑25/JCDAS や ERA‑Interimと比較して優れていると言える．この傾向は，特に北半球の暖候期で明瞭となっている．
以上，JRA‑55の性能に対する初期評価結果についてまとめると，48時間予報成績では期間中一貫して2014年４月

47

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気象庁55年長期再解析（JRA‑55）

JRA‑25を 上 回 り，JRA‑25よりも安定して高性能であることが分かった．また
成層圏については，JRA‑25で見られた下部成層圏の低温バ イ ア ス は ほ ぼ 解 消し，時間方向に不自然な不連続の少ない気温プロファイルを実現することが出来た．一方，熱帯の対流活動活発域で外向き長波放射の正バイアスが増加し，水収支では水循環が JRA‑25よりも過剰となるなど，今後に向けた課題も見つかっている．ただし，水循環は過剰でありながらも日々の降水量の空間分布再現性につ

第９図

長期再解析と主な気象業務への活用．

い て は，JRA‑25/JCDASや ERA‑Interim を 上 回 る性能を示している．

は2013年以降も準リアルタイムに JRA‑55を継続 する．今後，これらの業務について，順次 JRA‑55に置

４．データの公開状況

き換えて，予報や各種プロダクトのさらなる精度向JRA‑55のデータ公開については，JRA‑25/JCDAS

上，知見の拡充を進める．また，JRA‑55を活用したと同様に JRA 公式ページ（http://jra.kishou.go.jp，新規業務として，現業非静力学領域モデル（水平解像2014年２月現在）から研究利用を対象にオンライン・度５km）を用いた領域ダウンスケーリングによる日無償公開を行っている．またこの他に，地球環境情報

本域詳細再現データの作成に着手しており，平成27年

統融合プログラムデータ統合・解析システム（DIAS:

度の完成をめざしている．気象庁ではこれを活用しData Integration & Analysis System），筑波大学計て，日本域の詳細な気候変化を把握する一助として大算 科 学 研 究 セ ン ター（ CCS:Center for Com-

雨等顕著現象の長期変化傾向の調査を行ったり，特別putational Sciences）およびアメリカ大気研究セン警報にも資する波浪や高潮の顕著事例調査を行う予定

ター（NCAR:National Center for Atmosphericである．また大雨等の個々の顕著現象の事例調査へのResearch,USA）などに協力いただき，これらの機関活用も期待されている．のサイトからもデータが取得可能となっている．
６．JRA‑55ファミリー
５．JRA‑55の気象庁業務への活用

最後に JRA‑55のサブプロダクトとして，気象研究

気象庁では，これまで JRA‑25/JCDAS を，気候系所気候研究部で実施中の JRA‑55 sub‑product as-

監視及び異常気象分析検討会での基礎資料，季節予報

similating Conventional observations only（JRA‑55のための平年値，季節予報ガイダンス作成，過去再予C）と JRA‑55 AM IP‑type simulation（JRA‑55報によるモデルの開発・評価・検証，エルニーニョ監AM IP）を 簡 単 に 紹 介 す る．JRA‑55C は JRA‑55と視・予測，海況解析やオゾンの解析，メソモデルによ同じデータ同化システムを使いながら，衛星データる顕著事例の再現実験など，気象庁内の幅広い業務にを使用せず，従来型観測データのみを同化する手法活用してきた（第９図）．精度が向上した季節予報は，で計算を実施している．JRA‑55と JRA‑55C を比較

気候リスク管理の普及にもつながっている．JRA‑55

することにより，衛星データの変動の影響を特定して

48〝天気" 61．4．

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評価できることが期待される．また，JRA‑55AM IPは，その名の通り，JRA‑55のデータ同化システムで観測データを全く同化しない境界値のみを使用した数
値 モ デ ル の 長 期 積 分（http://www‑pcmdi.llnl.gov/projects/amip/NEWS/overview.php）で あ り，モデルの気候特性を確認することが可能となる．これらと JRA‑55を総称して JRA‑55ファミリーと称する．
これらのデータは，平成26年度中に計算を完了し，公開される予定となっている．JRA‑55のデータとあわせて，国内外の調査・研究に大いに活用されることを期待している．なお，JRA‑55C の特性については C.
Kobayashi et al.（2014）を参照願いたい．
参考

文

献

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