「対流」をめぐる気候モデルの発展: 真鍋淑郎氏のモデリレから次世代モデルへ

摘要

地球の気候を数値的に計算するシミュレーションモデル「気候モデル」は，大気を3次元的なメッシュで区切ってエネルギーの出入りと循環を数値的に計算していくものです。真鍋淑郎先生は1960年代に，初めて気候状態を数値的に計算できる気候モデルの開発を進めました。真鍋さんの気候モデルの開発は，大気の高さ方向の温度分布を求める鉛直1次元モデルの開発から始めました。これにより，地球大気の高さ方向の温度構造を放射と対流のバランスで求めることができることが示されました。このバランスは「放射対流平衡」と呼ばれています。実際に地球で起こっている対流は，数km程度の水平スケールをもつ積乱雲です。真鍋さんやその後に続く世界中の気候モデルのメッシュ間隔は数百km程度であり，対流を直接計算することができません。そこで，真鍋さんは対流の効果を「対流調節」と呼ばれる方法で導入しました。対流調節では，一つの格子内で高さ方向に成層が不安定な場合，格子の内部で対流が生じることを想定して，高さ方向の成層の不安定性を解消します。これによりエネルギーや水蒸気が上下に混合し，雨が降ることになります。現在の気候モデルでも，対流の効果は「対流パラメタリゼーシヨン」と呼ばれる手法によって導入されており，対流調節はそのーつと位置づけられます。対流パラメタリゼーションは様々な理論的?観測的知見にもとづいてモデル化されていますが，そのモデル化には任意性があり，計算される気候場に大きな影響を与えるため,気候予測の大きな不確定性の要因となっています。