2022/6/3
国立環境研究所気候変動適応センター
気候変動リスク産官学連携ネットワーク

地球温暖化対策に資するアンサンブル気候予測データ
ベース（d4PDF）について
京都大学防災研究所
森 信人

目 次
1. d4PDFシリーズの概要
2. 解析結果の紹介：気候要素
3. 解析結果の紹介：風水害等への応用
4. 事業での活用例
5. その他
Q&A

詳しい内容• 公式Web– https://www.miroc-gcm.jp/d4PDF/• Description paper– Mizuta, R., et al. (2017) The Bulletin of the American
Meteorological Society (BAMS), July, pp.1383-1398.

• Review paper– Ishii, M., N. Mori (2020) Progress in Earth and Planetary
Science, 7, Article number 58.
– 石井正好・森 信人 (2022) 地球温暖化対策に資するアンサンブ
ル気候予測データベースの開発と気候変動リスク評価研究成果の社会, 天気，印刷中d4PDFシリーズの概要

特 徴• 大規模アンサンブル，長時間積分• GCM（60km）+RCM（20km）のセット• 過去，非温暖化実験• 定常な全球平均気温昇温条件– +4, +2, +1.5K• オープンデータ，商業利用OK• 設計段階から気候と影響評価研究者が議論して実施

背景 2014年 IPCC 第五次評価報告書が発刊された頃...
➢ 国内外での温暖化適応・緩和推進の機運の高まり!!
➢ 「共生」、「革新」、「創生」と続く文部科学省温暖化研究プロジェクトからの社会貢献を!!!
➢ 極端現象の評価を!!!
FY2002-06

FY2007-11

FY2012-16

ES3

2014年10月 気象学会秋季大会@福岡国際会議場「気候予測データセットを作ろう！」 (木本先生)

2014年12月 JAMSTEC 地球シミュレーター (ES3)
特別推進課題採択
2015年 1月 キックオフ@東大柏キャンパス
東大、気象研、国環研、京大の参加者
地理的に整合し、セクター間で整合する国内の温暖化影響評価とこれに基づく施策を実現できる気候予測データベースを開発する。

初回会合時の記録

d4PDFの基本設計
ModelExp. Configuration•MRI-AGCM
Dx=60km res.

•••

MRI-AGCM/NHRCM• 60km to 20km
1メンバー: 60年
初期値摂動• 過去：100メンバー• 将来：15メーバ/SST
境界条件• SST and sea ice• COBE2-SST• 6 SSTs fromCMIP5
scaled +4K

将来のSSTs15

MRI-CGCM315

MPI-ESM-MR

15

MIROC515

HadGEM2-AO

15 GFDL-CM3

CCSM4100

10015

NAT
di-trend(6000yrs)

Historical(6000yrs)+4K(5400yrs)

MRI-NHRCM
Dx=20km res.

Mizuta et al. (2017) BAMS

実験設定

60km 全球大気モデル20km領域気候モデル

MRI-AGCM3.2 (Mizuta et al. 2012)

NHRCM (Sasaki et al. 2012)

Mizuta et al. (2017, BAMS)
過去実験： 観測の海面水温(SST) と海氷に摂動(δT) を与えたモデルシミュレーション

将来実験： ΔT + T’ + δT (海氷も同様) によるモデルシミュレーション
非温暖化過去実験： T’ + δT (海氷も同様) によるモデルシミュレーション

大気SST・海氷

グ力
学的ダウン
スケーリン

※ それぞれの実験で初期値摂動も併用している。

ΔT と δT でそれぞれ力学モデルと内部変動の不確実性表現の最大化を狙っている。

T’: 温暖化トレンドを除いた過去 60 年の SST 経年変動 (青線; COBESST2； Hirahara et al. 2014)

δT：時空間連続な SST
15 摂動

ΔT ： 6 種のCMIP5 温暖化パターン
2080～2099年の平均で固定

海氷密接度の経年変動と摂動も使用

ΔT：6 種のCMIP5 温暖化パターン
2080～2099年の平均で固定

昇温量

d2PDF (+2K)
気候変動適応技術社会実装プログラム (FY2015-19)• +2K 実験 (d2PDF) の実施• 20 km NHRCM領域実験からの5km、2km、1km
ダウンスケーリング（一部領域）• 地域スケールの温暖化影響の評価• 大規模データ効率利用システム

過去の温暖化による穀物生産への影響評価

Iizumi et al. (2018a, b)

地球温暖化対策に資するアンサンブル気候予測データベース
database for(4) Policy Decision making for Future climate change

d4PDFファミリー

全球平均地上気温

地上気温偏差 [ K ]

( 90)
( 54)
( 54)
(100)

✓ 大気モデルに過去と将来の海面(100)

水温を与えた、全球域と日本域のタイムスライス温暖化予測実
験データセットd4PDF✓ 高解像度全球 (60km) ・領域(20km) 大気モデル使用
RCP8.5d2PDF

d1.5PDF

気候変動要因分析
過去再現

温暖化影響

✓ 大規模アンサンブル✓ 50～100メンバー✓ 様々なバリエーション：✓ 過去、+4K、+2K、+1.5K、非温暖化

非温暖化✓ 総積分年数: 約 4.5 万年

西暦年

Ishii and Mori (2020, SPEPS)

d4PDFファミリー
メンバ数

積分期間

境界条件

参考文献

10060年間(1951～2010)

観測された全球一様の温暖化気体濃度と、化学モデルで推定した月平均エアロゾル・オゾンの三次元分布
観測の海面水温と海氷 (COBE-SST2)

Mizuta et al. (2017)

100

60年間
(1951～2010)

1850年時点の温暖化気体濃度および1850年でのエアロゾルと1961年でのオゾンの三次元分布で固定
長期トレンドを除いた海面水温 (δT) と海氷

Mizuta et al. (2017)
Kawase et al. (2019)+1.5K将来HFB5429 年間(1982～2010 に対応)

RCP8.5 の 2030年の温暖化気体濃度およびエアロゾル・オゾン分布で固定
CMIP5 の温暖化レベル(2020-2039) + δT

Nosaka et al. (2020)+2K 将来5460 年間

同上、ただし 2040年のもの
CMIP5 の温暖化レベル(2030-2049) + δT

Fujita et al. (2019)+4K 将来90

60 年間同上、ただし 2090年のもの
CMIP5 の温暖化レベル(2080-2099) + δT

Mizuta et al. (2017)

実験名

過去HPB
非温暖化

d4PDF将来変化の確率評価が可能に例）東京での年最大日降水量+4K 将来降水量 (mm)

100年に一度の降水は将来、現在よりも150mm増える。

現在100年に一度の降水は将来15年に一度の頻度で発生する。

再現期間 (年)現在( 日比野 )

データの入手• 公式Web– https://www.miroc-gcm.jp/d4PDF/• 問い合わせ– d4pdf-support@jamstec.go.jp• エキスパートがお答えします• データの入手– データ統合・解析システムDIAS（Data Integrationand Analysis System• https://diasjp.net/service/d4pdf-data-download/• http://d4pdf.diasjp.net/

データの入手データの大きさ

データのハンドリング• データの種類を理解– GCM, RCM, サブセット– サブセットは領域を切り出せます．

• データの大きさを理解– 1メンバー，1変数から解析を始めてみて下さい．

• データフォーマット
– Grib, dr(MRIバイナリー),
netcdf• おすすめ解析ソフト– GrADS, matlab• データの種類– GCMとRCMでデータフォーマット
– GCMとRCMで計算開始時期が違います• GCM:1月，RCM：9月– GCMとRCM地図投影が違います• 詳しくは– 利用手引
• https://www.mirocgcm.jp/d4PDF/img/d4PDF_chap
ter4_20200214.pdf

利用において気をつけていただきたいこと
データについて引用等• 幾つか問題があります．

• 必須：Mizuta, R., et al.
(2017) The Bulletin of theAmerican MeteorologicalSociety (BAMS), July,
pp.1383-1398.
• 任意：https://www.mirocgcm.jp/d4PDF/
引用により，成果の普及範囲が確認できます．次期プログ
ラムへも重要なインプットになります．

– 例）• たまに壊れているファイルが有る• RCMの氷に問題あり• RCMの台風強度に問題あり– 問題を発見したらサポートMLまで連絡下さい• 利用限界– シングルモデルアンサンブルであること– AGCMを用いた結果であること解析結果の紹介：気候要素

極端事象の解析
日降水量の例• 確率密度分布の評価が可能に• メンバー数が増加するのに従って，PDFが滑らかに

東京での年最大日降水量頻度分布(岡田ら, 2021)

Probability

過去気候と将来気候(+4K)○は95、97、99パーセンタイル

360年分

1,080年分

2,520年分

5,400年分[ mm/day ]メンバー数と将来変化の関係例）日降水量・東京

Ishii and Mori (2021) PEPS

観測との比較 【 過去実験 】
2001-2010年の間に観測記録が更新された面積割合(%)のPDF (全世界)

Shiogama et al. (2016) SOLA

観測との比較 【 過去実験 】

Mizuta et al. (2017) BAMS

イベントアトリビューション
H30年7月豪雨への温暖化影響 (E/A)
Risk-based Approach

大雨頻度は約4倍

7月上旬に80 mm/dayを超える頻度

Kawase, Imada et al. (2020) JGR

観測との比較 【 過去実験 】台風頻度
Observations: Best Tracks

Observations
d4PDF

Past Climate Simulation of d4PDF

Yoshida et al. (2017) GRL

温暖化のスケーラビリティ～日本域 ～
日最高気温

年最大日降水量+4K

線形関係+2K+1.5K
過去+2K

変化量 (%)

変化量 (K)

+4K

+1.5K

過去

全球平均気温変化

全球平均気温変化
Nosaka et al. (2020) SPEPS

将来変化：10年に1度の強い雨（日雨量）の将来変化（％）

Mizuta et al. (2017) BAMS

将来変化
東アジア域の強い降水の将来変化
台風を再現できるモデルを使用しているか否かで評価が変わる。

Endo et al. (2017) SOLA

将来変化：豪雪の頻度
総降雪量(11月～３月)の将来変化
中部日本内陸部での日別降雪量の頻度分布

頻度 (日/５か月)

弱い降雪は減少

10年に一度の大雪（日降雪量）

灰色： 現在気候
赤色： 将来気候

強い降雪が増加

弱い降雪

降雪量（水換算）
[mm]

強い降雪

21世紀末の気候状態（RCP8.5*注）では、本州の内陸部で十年に一度しか発生しない豪雪が現在より高頻度で現れ、豪雪に伴う降雪量も増加する可能性が高い

Kawase et al. (2016) CC将来変化：台風特性
33%
減
少Yoshida et al. (2017) GRL

将来変化
台風強度：北西太平洋発生個数のPDF
現在気候
将来気候
観測結果

中心気圧のCDF#28.9/yr#14.7/yr#26.6/yrMori et al. (2019) CEJ

冬期低気圧（爆弾低気圧）

高ら(2018) 土木学会

解析結果の紹介
風水害等への応用

降雨の将来変化• 流域平均日降水量の将来変化• ６０年間の最大値のアンサンブル平均

星野・山田（2018）土木学会

年最大時間流量/降雨量

Annual hourly maximum
PresentFuture (6 members)

荒川流域

Annual hourly maximum
Present
Future (6 members)

庄内川流域

Annual hourly maximum
Present
Future (6 members)

淀川流域
立川ら（2018）土木学会

極端河川流量の将来変化
全国の一級水系の極値流量の変化
荒川流域

河川：現在1/100～1/200年に対応する
将来流量は1/50年以下の再現期間に

田中（智）ら（2021）土木学会

20kmNHRCM
d4PDF

主要河川の流量・水重量の将来変化
石狩川(3)

十勝川(2)

雄物川(5)

北上川(6)

阿武隈(10)最上川(7)

信濃川(9)

利根川(12)

木曽川(15)

江の川(17)筑後川(19)吉野川(18)淀川(16)

淀川流域の浸水ダメージ額

Tanaka et al. (2018) HRL

内外水氾濫リスク分析：名古屋市域
庄内川からの外水氾濫

外水氾濫

内水氾濫

名古屋市周辺域への強雨による内水氾濫

外水氾濫

内水氾濫

左岸名古屋市街地名古屋
市街地

右岸
41

田中（智）（2021）土木学会

極端高潮の評価

中緯度帯での顕著な高潮の将来変化

Mori et al. (2019) CEJ

高潮の将来変化予測
d4PDF+統計モデル：大阪湾+4Kでは低頻度に+4Kではより高頻度寄与

Mori et al. (2019) CEJ

事業での活用

d4PDF を活用した社会実装
適応政策
••••

•

•

検討会資料「気候変動に伴う北海道沿岸域の海象変化の検討」、北海道開発局、気候変動に伴う北海道沿岸域の海象変化検討会、2020年10月*
提言「低平地等の水災害激甚化に対応した適応策推進上の重要課題」、日本学術会議
土木工学・建築学委員会気候変動と国土分科会、2020年9月
答申「気候変動を踏まえた水災害対策のあり方について」、国土交通省、気候変動を踏まえた水災害対策検討小委員会、2020年
7月
提言「気候変動を踏まえた海岸保全のあり方」、農林水産省・国土交通省、気候変動を踏まえた海岸保全のあり方検討委員会、2020年7月*
提言参考資料「気候変動を踏まえた下水道による都市浸水対策の推進について」、国
土交通省、気候変動を踏まえた都市浸水対策に関する検討会、2020年6月
手引き「高潮浸水想定区域図作成の手引き
Ver.2.00」、農林水産省・国土交通省、高潮浸水想定区域図に関する検討会、2020年6月

••

••••

中間とりまとめ「気候変動を踏まえた適応策（水害リスクの低減）について」、国土交通省北海道開発局、北海道地方における気候変動を踏まえた治水対策技術検討会、
2020年5月
検討会資料「気候変動による災害環境への影響予測」、国土交通省、気候変動を踏まえた砂防技術検討会，2020年1月
提言「気候変動を踏まえた治水計画のあり方」、国土交通省、気候変動を踏まえた治水計画に係る技術検討会、2019年10月
常設展示「地球温暖化と気象変動シミュレーション」、熊本県環境センター、2019年3月*
審議資料「気候変動を踏まえた設計外力設定の考え方」、大阪府河川構造物等審議会、2019年2月*
最終とりまとめ資料（詳細）「北海道地方における気候変動予測（水分野） 技術検討委員会」、国土交通省北海道開発局、北海
道地方における気候変動予測（水分野） 技術検討委員会、2018年3月

気候変動を考慮した防災減災設計• 1級河川の基本計画– 熊野川，球磨川等• 海岸保全施設での活用– 東京湾，大阪湾他

国土交通省・社会資本整備審議会・令和２年７月資料３

社会実装の例
国土交通省・気候変動を踏まえた治水計画に係る技術検討会・提言 (2019)• d4PDF(20km）/d2PDF(20km)• d4PDF(5km）/d2PDF(5km)
資料：気候変動を踏まえた治水計画に係る技術検討会

社会実装の例
基本高水の設定
新宮川水系河川整備基本方針

新宮川水系河川整備基本方針・基本高水等に関する資料 (2021)

社会実装の例
北海道開発局・北海道地方における気候変動を踏まえた治水対策技術検討会 (2019)

リスクの変遷山田(2020,雑誌河川)

北海道では、気候変動の影響を含め、リスク評価結果に基づく治水分野の検討が開始されている。
IPCC事務局
長 Mokssit氏

資料：北大山田・稲津さん提供

社会実装の例
国交省/農水省・気候変動を踏まえた海岸保全のあり方検討会・提言 (2020)• d4PDF(AGCM60km） 台風• 波浪予測データ
資料：気候変動を踏まえた海岸保全のあり方検討会

d4PDF を活用した社会実装
適応策• 大阪府・河川構造物等審議会✓ 三大水門の改築にあたり、設計外力に気候変動の影響を考慮✓ 段階的適応が可能な構造設計へ✓ 令和3年1月29日付・答申✓ 令和4年度着工

d4PDFの台風デー
タをもとに水門設計が進む↓
わが国初の例

資料：大阪府河川構造物審議会

大阪府河川構造物等審議会資料

大阪府河川構造物審議会資料

大阪高潮ゲートの例

気候変動に対する適応策
予測が外れるとオーバースペック

損害保険・災害リスク評価
自然災害リスク x 気候変動 ＝ 社会課題

気候変動による大規模洪水による洪水リスクへの影響評価
荒川やベトナムレッドリバー流域における洪水リスクを、HPBHFB4K/2K降水量
データを基に流出氾濫解析および損害評価を行うことで推定

d4PDF：databaseforPolicyDecisionmakingforFutureclimatechange（気候変動リスク情報創生プログラム）（Mizuta etal.2017）

年最大流量の将来変化

ソンタイ地点の年最大流量の変化

損害額の変化

過去実験
1000

4℃上昇実験

経済損害指数

return period（Year）

再現期
間（年）

100

2℃上昇実験
10

過去実験
2℃上昇実験
4℃上昇実験

10

5000

10000

15000

20000

25000

30000

discharge （㎥/s）

35000

40000

(HPB,RP1000の値を1.0とした時の倍率)

10000

2.5
HFB4K
2.0

HFB2K

HPB
1.5
1.0
0.5
0.0
1

台風季節予報可能性の調査

corr=0.47

1,000

10,000

HFB気圧・降水量データを基に確率論的水災リスク評価モデルを構築し、リスク評価へ活用。

接近数の年々変動に回帰した海面水温（7～10月）

接近数の年々変動

100

確率論的水災モデルによるリスク評価

HFB各種データを基に台風季節予報の可能性を調査
2510

再現期間（年）

年最大流量（㎥/s）

60N

d4PDF
40N

2020N

15EQ

1020S
60E
60N

120E

180E

120W

60W

120E

180E

120W

60W

観測
40N

520N

01980 1985
観測

1990

1995 2000 2005 2010
d4PDF100アンサンブル平均
d4PDF個別アンサンブル

EQ

20S

60E

21→ これ以外，損害料率算出機構 風水害部会

56
提供：東京海上日動リスクコンサルティング

d4PDF を活用した研究の広がり
70 編超の気候解析～影響評価関連論文が公開
Ishii and Mori (2020, SPEPS、d4PDFレビュー)
 気候変動要因解明
 主要な気象・気候イベントの再現性と近未来と世紀末での変化
 E/A： 現在気候における温暖化寄与
 統計的仮定が不要な影響評価研究[ パラダイムシフト ] 情報工学を導入した気象・気候研究 データサービス研究➔ いくつかの分野で社会実装が実現➢ d4PDF が日本の学際的な温暖化研究コミュニティの形成に貢献➢ 分野間共同研究が促進され、時空間シームレスな研究の必要性が高まる

その他

リクエスト・今後の課題• 多様なモデル出力要素 (気温・降水量以外) の活用• 高解像度の予測情報が欲しい、顕著現象表現を良くして欲しい– モデル (物理スキーム) 開発• 全球～地域スケールの予測の不確実性を明かに•

多シナリオ、多アンサンブル、観測・物理モデルの不確実性• 海洋と大気～海洋～陸面が整合する予測情報•• 日本周辺の大気-海洋-陸面結合プロセスの理解の深化とモデリング 台風・豪雨・豪雪などの発生・維持・消滅メカニズムの理解• バイアス補正

利用者からの多様な要望
科学的課題の解決将来構想• 今年度中– 文部科学省「気候変動予測先端研究プログラム」がスタートしました• 領域課題１～４– d4PDFシリーズの全国5kmダウンスケール実験を開始してます– ユーザーの皆さんとの積極的な対話を考えています• 数年先– 先端プログラムでは，数年後に次期d4PDFをリリースする計画があります．

おわり
• 謝辞
– このスライド：気象研究所 石井正好

• d4PDF全体の情報– 公式Web• https://www.miroc-gcm.jp/d4PDF/– Description paper• Mizuta, R., et al. (2017) The Bulletin of the American MeteorologicalSociety (BAMS), July, pp.1383-1398.

– Review paper• Ishii, M., N. Mori (2020) Progress in Earth and Planetary Science, 7,
Article number 58.
• 石井正好・森 信人 (2022) 地球温暖化対策に資するアンサンブル気候予測
データベースの開発と気候変動リスク評価研究成果の社会, 天気，印刷中d4PDF Logo

気象研・今田さん

d4PDF 31
最初の実験実験と初期体制の構築に取り組んだコアメンバー
気象庁気象研究所
高薮 出 (*)、石井正好、水田 亮、遠藤洋和、今田由紀子、吉田康平、佐々木秀孝、村田昭彦、青柳暁典、川瀬宏明、野坂真也
東京大学大気海洋研究所
木本昌秀 (*)、渡部雅浩、森 正人、高橋千陽、荒井美紀
京都大学防災研究所
中北英一 (*)、森 信人、田中賢治、竹見哲也、立川康人、岡田靖子、志村智也、Khujanazarov Temur
国立環境研究所
塩竈秀夫
筑波大学
鬼頭昭雄、荒川 理、釜江陽一、日比野研志、長友利晴
海洋研究開発機構
池田美紀子＊： 共同代表

所属は2015年当時のもの

謝辞
 文部科学省「気候変動リスク情報創生プログラム」◼ 住 明正 プログラムディレクタおよびプログラム関係者の皆様◼ 文部科学省環境エネルギー課： 石橋和昌課長補佐 および関係者の皆様

 文部科学省「気候変動適応技術社会実装プログラム」SI-CAT◼ 木村富士男／三上正男プログラムディレクタおよびプログラム関係者の皆様◼ 文部科学省環境エネルギー課： 石橋和昌課長補佐 および関係者の皆様

 文部科学省「統合的気候モデル高度化研究プログラム」◼ 住 明正 プログラムディレクタ、原澤英夫プログラムオフィサ、およびプログラ
ム関係者の皆様◼ 文部科学省環境エネルギー課： 葛谷暢重課長補佐 および関係者の皆様 海洋研究開発機構第3世代地球シミュレータの特別推進課題
 高橋桂子地球情報基盤センター長および関係者の皆様

 文部科学省「データ統合・解析システム(DIAS)」◼ 小池俊雄東京大学工学系研究科教授、根本利弘東京大学生産技術研究所准教授
および関係者の皆様 気象庁気象研究所企画室◼ 笹川悠調査官および関係者のみなさま※ 肩書は当時

d4PDF 小史
2014/12/26
2015/1/20
2015/2/26
2015/3/23
2015/5/8
2015/7/14
2015/8/31
2015/9/25
2015/11/18
2015/11/26
2015/12/21
2016/6/6
2017/10/30

地球シミュレーター(ES) 特別推進課題として採択
キックオフ@東京大学柏キャンパス
第2回会合@気象研
d4PDF +4K、過去、非温暖化実験計算開始
第3回会合@気象研
第4回会合@気象研
d4PDF +4K 、過去、非温暖化実験計算終了
第5回会合@気象研
公開ウェブサイト立ち上げ http://www.miroc-gcm.jp/~pub/d4PDF/
第6回会合@気象研
公開シンポジウム@一橋会館 (来場者数 339名)
d4PDF データ公開@DIAS http://www.diasjp.net/
気象学会2017年度秋季大会専門分科会「大規模アンサンブル気候実験を用いた新しい研究の展開」(@北海道大学)
2018/8/10 d4PDF +2K 実験 (d2PDF) データ公開 (SI-CAT)
2018/8/20 d4PDF データの 商用利用を可能 とするデータポリシーへ改訂
2018/10/10 d4PDF ユーザ研究会合「d4PDFの現在と未来を考える」@気象研