研究領域「計測技術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計測・解析手法の開発と応用」
研究課題
「大型大気レーダー国際共同観測データと高解像大気大循環モデルの融合による大気階層構造の解明」
研究期間：2016年10月～2022年3月
研究代表者：佐藤 薫（東京大学大学院理学系研究科 教授）
研究構想
本チームの目的は、南極大型待機レーダーPANSYレーダーを中心とする高分解能大型大気レーダー国際共同観測のデータと高解像大気大循環モデル (GCM) を融合させることで、水平スケール数十kmから4万kmに至る大気重力波（浮力を復元力とする小規模な大気波動）とロスビー波（地球自転により存在する大規模な大気波動）を含む水平スケール数十km～4万km（緯度円の長さ）にわたる大気階層構造を解明することである。注目するのは高度約10㎞～100㎞の中層大気と呼ばれる高度領域で、特に観測もスパースで、モデルもなかなか届かない中間圏以上の未知の高度領域も研究対象とするのが特色である。最近中間圏を介した気候結合の存在が発見され、そのメカニズム解明は世界的にも期待されている。本チームではこれを実現するために、中層大気を対象とするデータ同化システムを開発することにした。
具体的には下記3つのテーマに分けて取り組むこととした。
- PANSYレーダーを軸とする高解像国際共同観測データの収集と整備
- データ同化スキームの開発と高解像GCMを用いた全球大気高解像解析データ作成
- 大気階層構造と南極大気固有現象の物理的解明
- 大気レーダーによる乱流4次元スペクトル計測と散乱空間構造可視化技術の開発
図1に研究構想の概要を示す。すなわち、テーマ1では、研究代表者佐藤がPIを務める南極初の大型大気レーダー観測データと、同じく佐藤が主導する国際協同のレーダー観測網データを各国の共同研究者に呼びかけ収集する。各気象機関で作られている上部成層圏までの大気再解析データも整備する。テーマ2では、まず、低解像GCMを用いたシステムを開発して実大気のグリッドデータを作成する。次に、これを初期値にして高解像GCMで再現実験を行い、全球高解像データを作成する。その検証はテーマ1で収集したレーダー観測網データを用いて行う。テーマ1で整備したレーダーデータとテーマ2で開発するデータ同化システムによる全中性大気解析データおよび高解像GCMによる再現実験データを解析することで、テーマ3では大気階層構造と南極大気上下結合の定量的な物理的解明を行う、テーマ4では、PANSYレーダーの高機能性を生かした高度計測技術開発により大気の乱流計測の高精度化やこれまでにない高空間分解能での風観測の実現を図る、というものである。
