Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

古気候 / 大気大循環モデル / 全球凍結 / 古気候モデリング / 炭素循環 / 気候感度 / 原生代 / 気候 / 氷床 / 大循環モデル

地球上には長い目でみれば生命が存在するような温暖な環境が保たれてきた。ところが、原生代前期と原生代後期において、低緯度の陸が氷で覆われるほどの氷河期が出現したこと、その後急激な温暖化で気候が回復したことなどが最近明らかになった。このような地球規模の大寒冷化では全球凍結状態が実現したのではないかと考えられ、スノーボールアース仮説とよばれている。本研究では、大循環モデルと炭素循環モデルを用いて、地球の過去に見られるような全球規模の凍結や融解がどのような条件で起こりうるものなのかを数値実験によって明らかにすることを大目標としている。
本研究では、まず、大循環モデルによる全球凍結の臨界条件決定のための数値実験を数多く行ない、全球凍結に至る気候遷移過程や全球凍結から脱する遷移過程などを調べた。大循環モデル(東京大学気候システム研究センター/環境研にて開発)を用いて、気候感度をしらべるためのエネルギーバランスモデルと同様の系統的実験を行った。季節変化のある場合とない場合、現実のように大陸配置がある場合をまったくなくてすべて海の場合のような異なるケースに対して、異なる太陽定数を設定した実験を、系統的に実行した。結果は、全球凍結に陥る条件については、季節変化の有無に敏感であることがわかった。また、大循環モデルの結果は、地球が部分凍結している条件の範囲がエネルギーバランスモデルで求めたものよりずっと広く、これはハドレー循環や中緯度擾乱など大気輸送メカニズムを考慮したことによることがわかった。
海洋熱輸送の変化の寄与を考えずに大気熱輸送の寄与のみを考える限りにおいては、大陸配置はほとんど臨界条件に影響を与えないことがわかった。さらに、大陸配置依存性は、少なくとも降水や蒸発に関わる大気水循環を通じて、炭素循環や氷床形成条件に影響を与えることなどが示唆された。今後この結論は海洋循環や海氷力学の扱いによって変更される可能性があることが、予備的に現在開発中の大気海洋海氷結合モデルの示す南北半球の違いから示唆された。また氷床の力学が臨界条件を変更することが予想される。今後は、大循環モデルの結果を氷床モデルや炭素循環システムのモデルに与えて数値実験を行なうこと、さらに海洋および海氷の効果と氷床力学の効果について検討してゆくこと、など課題は多く残されている

氷床力学モデル / 大循環モデル / 第四紀 / 古気候 / 氷床3次元力学モデル / 第四紀遷移 / 氷期間氷期サイクル / 氷床質量収支 / 最終氷期 / 海面水準変化

大気/表層過程と氷床流動過程の間で重要となる相互作用過程はおもに4つほどある。1つはローカルな高度/質量収支フィードバックといわれるもので、氷床が高くなると大気の気温減率に影響され、寒いところに存在する氷床面積が広がり氷床がますます融けにくくなる。また、雪氷過程では重要となるice albedo feedbackがある。さらに大気大循環過程を経るものとして、氷床地形(厚さ数千m級)や冷源によって惑星(定在)波が変調されて気温の空間分布が変調されるstationary wave/temperature feedbackや、氷床地形によってstorm trackの位置さらに降水帯が氷床南縁に極在化して氷床かん養をたすけるtransient eddy feedbackが考えられている。この第三および第四の大気大循環を経たフィードバック過程は、大気線形モデルや大気大循環モデルによってその重要性は指摘されてきたものの、他のフィードバック過程と比較して定量的にどれほど氷床形状をかえるほどのものであるかの評価をした研究はなかった。それは大気大循環モデルと氷床流動モデルとを組みあわせた研究がこれまでほとんど存在しなかったためである。われわれのグループでは、大循環モデルおよび氷床流動モデルの開発およびそれによる数値実験にとりくみ、大気大循環モデルで気候変化のアノマリを氷床モデルへの入力とすることに成功し、氷床が大気に与える影響と大気が氷床に与える影響の両側面を調べることができ、北半球氷床の発生、維持に大気大循環の果たす役割が大きいことを示した。また、求められた形状を大気大循環モデルの境界条件として計算をくり返せば、時間発展問題として氷床と気候の変化を求めることができる。現在の南極/グリーンランドのみならず第四紀に起こった全地球規模の氷床の成長/維持/後退過程を扱う方法を確立できた。

【研究分担者】
田近英一	東京大学	大学院理工学研究科地球惑星科学専攻	助教授	(Kakenデータベース)