【地球環境変動領域】地球環境の変動を観測・解析・予測する
私たちが暮らしている地球上では、海洋、大気、陸域での自然環境、さらにその中で育まれた生態系が互いに作用しあって地球環境を形作っています。この数千年来、地球環境は、私たちに様々な恩恵を与え、人類の存続とその文明を守り育ててきました。しかし近年、地球温暖化など人間活動に起因する急激な変化が地球環境に現れてきており、その実態を知り、原因を解明し、さらに将来の変化を予測することが、社会にとって緊急かつ大きな課題となっています。
地球環境変動領域は、多様な手法で海洋、大気、陸域、生態系を観測しそれらの変化の実態を捉え、それをもとに変化のメカニズムを知り、さらにこれらの様々な知識を統合した予測モデルを開発し、将来の環境変化のより確かな予測を目指しています。また、国内外の関係機関と連携し、全球地球観測システム(GEOSS)等の国際的な地球観測計画の推進や、気候変動に関する政府間パネル(IPCC)における地球環境問題の検討への積極的な関与を通して、世界の環境変動研究における日本のプレゼンスを支える柱として、気候変動対策の決定、さらには地球規模、全人類規模での社会の永続性確保に貢献していきます。
海は膨大な熱を蓄え、色々な物質を溶かし込んでいます。そしてそれらが海の中で輸送されることで地球の気候に大きな影響を与えると考えられています。
このプログラムでは、海洋中の熱や二酸化炭素などの化学物質の分布や輸送とそれらの変化を明らかにするために、海中を漂い定期的に海面に浮かび上がりながら海洋観測をしてデータを自動的に送ってくる自動昇降式漂流ブイ(Argoフロート)を放流する、研究船によって大洋を縦断・横断する高精度の観測を実施する、黒潮続流域で海洋−大気間の熱交換を計測するためのブイを係留する、等の観測研究を行っています。さらに、これらの観測データと数値シミュレーションの結果を統合するためのデータ同化研究も行い、観測とモデルの横断研究を実施しています。
太平洋・インド洋の熱帯域には独特の大気・海洋の変動現象が形成され、地球全体の気候にも影響を及ぼします。なかでもエルニーニョ、インド洋ダイポールモード現象、モンスーン、及び大気の主要な変動であるマッデン・ジュリアン振動は、互いに関係しつつ人々の生活や経済活動に深く関わっています。
このプログラムでは、海洋に係留ブイ観測網を展開してエルニーニョやダイポールモード現象の変動の仕組みを研究し、インドネシア・インドシナ半島域を含む西太平洋からインド洋の熱帯域で高精度の海洋・大気・陸域の観測を行ない、日周期から年変動までのモンスーンに関わる水循環やマッデン・ジュリアン振動の発生・発達の仕組みとその影響を研究して、これらの現象と相互関係を明らかにしていきます。
北極海やシベリアなど北半球寒冷圏は、地球上で最も温暖化が顕著に現れる場所と言われています。北極海の海氷減少やシベリアの凍土融解、積雪・氷河などの実態把握と変動のメカニズムを解明することは、地球温暖化や気候変動を理解・予測するために必要不可欠です。
このプログラムでは、北極海においては、「みらい」や砕氷船、漂流ブイなどを用いた総合観測を行い、大気・海氷・海洋の変化とその相互作用に関する理解を深めます。また、シベリアやモンゴルなどアジア大陸でも積雪・氷河・凍土や水文現象を観測し、データ収集や解析するモデルを構築し雪氷変動・水循環に関する研究を進めます。さらに北極圏やアジア大陸の寒冷圏変動に伴う世界各地の異常気象の実態や全球気候システムへの影響の解明を行っていきます。
地球温暖化を引き起こしている二酸化炭素などの温室効果気体は地球の表層の大気、海洋、陸域を循環しています。この物質循環の過程には生態系の活動が深くかかわっています。我々人間が放出した二酸化炭素が増えてくると、温暖化が進むとともに、生態系に影響が及び物質循環のあり方が変わってくることが懸念されています。人類が将来にわたって地球の上で住み続けるためには、このような、未知の効果を正しく理解することにより、将来を正確に予測することが必要です。本プログラムでは海洋、陸域における生態系と物質循環を監視し、過去から現在までの変動の過程を理解し、将来予測のためのモデルを向上させることを目指しています。
このプログラムでは、これまでの大気・海洋・陸面の相互作用を扱う気候モデルに、さらに、陸の植生や海洋のプランクトンなどの生態系の効果や、大気中の化学反応・輸送の効果を取り入れた地球システム統合モデルを開発し、観測データを基に検証、高度化して、地球温暖化の予測研究に取り組んでいます。また、外力は変化しなくとも様々な時間・空間スケールで自然に変動している地球の気候システムの中で、地球温暖化はどのように進むのかを明らかにするために、氷河時代などの古気候のシミュレーションや、観測・数値実験のデータの解析等を通して、気候システムの様々な変動メカニズムを解明する研究も行っています。
私たちの生活は、エルニーニョのような短期の気候変動、アジア・モンスーンなどの著しい季節変動や日本南岸の黒潮変動など、海洋や大気の様々な変動に大きく左右されています。
このプログラムでは、様々な数値シミュレーションモデルを用いた予測実験などを行い、数か月から数年規模の気候変動や海洋変動のメカニズムを明らかにするとともに、それらの予測精度を向上させるための基礎研究を行っています。特に、予測結果を検証しながら精度を高める実証的なアプローチを目指しています。また、予測結果をどのように社会に還元するかという応用利用研究も、私たちの重要なテーマです。
1週間以上先の天気予報や地球温暖化による気候変動の予測には、残念ながらいまだにかなりの不確かさが残っています。これらの精度を大きく向上させることは、現在のコンピュータの性能では難しいと見られますが、幸いなことにコンピュータの能力は、今後もさらに向上するものと期待できます。
このプログラムでは、5年から10年くらい先の未来のコンピュータの性能を見越した上で、中長期的視点から地球環境の変動予測に貢献することを目的に、現在の数値モデルに比べ飛躍的に高い精度を持つ数値モデルを開発します。このため、観測事実と照合しつつ、数値モデルによって大気・海洋・陸面などにおける諸過程を詳細・正確に再現するための研究を進めています。