炭素循環グループの進捗状況河宮未知生吉川知里加藤知道 (FRCGC/JAMSTEC) 気候ー陸域炭素循環結合モデル (Sim-CYCLE+MATSIRO+AGCM) AGCM (大気モデル) ua, va, Ta, qa, Ps, Prec, Rad↓ CO2a E, H,τ Rad↑ MATSIRO (陸面の熱・水) NE P LAI Ts, Tg ua, va, Ta, qa, Ps, Prec, Rad↓ CO2a Sim-CYCLE (陸域炭素) Leaf Area Index （葉面積） Sim-CYCLE+MATSIRO+AGCM 衛星から観測したLAI (MODIS) Jul. 1999 Jul. 2000 ・LAIの分布は、衛星観測値とよく一致した。 → モデルの予測制度は高い Land use change 1900 1950 1990 Fraction of crop land 0.0 0.5 1.0 大気CO2濃度の年々変化 Table. 全球炭素収支 (1980-1989; PgC/yr) 化石燃料本研究 Total 実測値陸域海洋全球平均大気CO2濃度 (ppmv; 1959-1999） Houghton (2003) 化石燃料 +5.39 +5.40 海洋 -2.16 -1.70 陸域生態系 -0.53 -2.40 土地利用変化 +0.56 +2.00 Total +3.26 +3.30 ・Totalは実測値によく一致・陸域は大気CO2に中立的な振舞・しかし、その内訳は文献値と異なる → 文献値が過大評価の可能性大気海洋結合モデル •MIROC 3.2 中解像度版 (フラックス調整無) 共生１aと共通の設定 •大気: CCSR/NIES/FRCGC AGCM 5.7 T42L20 (2.8度相当） Online aerosol •海洋: COCO3.4 (CCSR) (0.5-1.0)°×1.4°, 43 Layers + BBL 出力例(SST) 陸域炭素循環モデル (Sim-CYCLE) 海洋生態系モデル •栄養塩、植物・動物プランクトン、デトライタスの4変数モデル (Oschlies & Garcon, 1998) •OCMIPに従った炭酸系の定式化積分 • 初期値 – 物理場、陸域生態系：産業革命以前に対応する駆動力でスピンアップ済みのもの(2400年)。 – 海洋生態系：全炭酸・アルカリ度→OCMIPモデルの定常値、栄養塩→気候値、プランクトン→一定値（0.1mmolN/m3)。 • スピンアップ – CO2濃度を固定(285ppm)、上記初期値より280年間積分。 • 実験：CO2排出シナリオ(A2)を用い1850年から2100年まで積分。 – 実験１：モデル内で増えたCO2濃度を放射ルーチンで使用。（温暖化と炭素循環との相互作用を考慮。） – 実験2：放射ルーチンでは一定のCO2濃度(285ppm)を使用。（温暖化と炭素循環との相互作用なし。）大気海洋結合炭素循環モデルによる温暖化実験地表面気温→4度上昇温暖化と炭素循環の相互作用なし CO2濃度将来予測 130ppm 温暖化と炭素循環の相互作用あり海洋中の人為起源CO2分布 Model Obs. (Sabine et al, 2004) Ocean uptake for 1800-1994 = 98 PgC (Model) 118 ± 19 PgC (Obs.) 炭素循環ー気候系のフィードバック解析 CO2-Land CO2-T Present Study 0.0070 T-Land CO2-Ocean 1.29 1.29 gain feedback T-Ocean -80.9 -36.3 0.23 1.30 人為起源二酸化炭素海洋吸収量 [PgC/yr] 温暖化の効果を考慮に入れない場合温暖化の効果を考慮に入れた場合温暖化する場合、大気中 CO2濃度はより高いが海表面のCO2分圧も上がるため、2つの実験間でフラックスはそれほど変わらない。温暖化のあるなしによる、二酸化炭素分圧の差(2100年） fCO2の違いを要因別に分解 fCO2  F (T , S , T CO2, Alk), T:温度, S:塩分, TCO2:全炭酸, Alk:アルカリ度 fCO2  fCO2c  fCO2u F F F F fCO2  T  S  TCO2  Alk T S TCO2 Alk ＊添え字 c, u はそれぞれ結合、非結合ランの結果であることを示す。 → 線形化の仮定のもとモデル結果から各項を計算。分解の詳細 F T  {F (Tc, Su , T CO2u , Alku )  F (Tu , Su, T CO2u , Alku ) T 1  F (Tc, Sc, T CO2 c, Alkc )  F (Tu , Sc, T CO2 c, Alkc )} 2 F F F S  ..., TCO2  ..., Alk  .... S TCO2 Alk ＊添え字 c, u はそれぞれ結合、非結合ランの結果であることを示す。要因別fCO2変化（全球平均）温塩全度分炭酸ア合ル計カリ度結合炭素循環モデルラン解析結果 • 炭素循環ー気候系のフィードバック：2100年時点のＣＯ２濃度差にして130ppm。 • 温暖化による海洋表層の二酸化炭素分圧の上昇→水温・塩分・アルカリ度・全炭酸変化の効果が競合した結果。 • （温暖化による炭素循環の変化を考える際の、アルカリ度や P-E の変化を考慮することの重要性を示唆 (cf. Dore et al., 2003)）。 C4MIP参加→IPCCへの貢献 (Coupled Climate - Carbon Cycle Model Intercomparison Project) Bern-CC Friedlingstein et al. (2005, JC, in revision) ＊C4MIPについては IPCC AR4 の 6,7,10 章に記述あり。鉄循環のモデル化海洋表層への鉄分供給にはダストを介した過程が重要であるため、共生3 で取得した海上エアロゾルデータが役立つ。まとめ 1. 土地利用変化によるＣＯ２排出量が過大評価されてきた可能性を示唆。 2. パラメータ調整済みの炭素循環モデルでの温暖化実験 → 前より強いフィードバック効果。 3. 温暖化が大気ー海洋間ＣＯ２交換に与える影響：水温以外の要素の重要性示唆。 4. C4MIPへのデータ提出 → IPCC報告書への貢献。今後：１．、２．については解析をさらにすすめ論文を執筆。結合炭素循環モデルについてはパラメータ感度実験が進行中。鉄循環のモデル化を通じ共生3と協力。要因別fCO2変化（全球平均）＊スピンアップ期間や陸域モデルのパラメータが異なる実験温塩全度分炭酸ア合ル計カリ度 → 全炭酸の分布変化が CO2分圧を下げる効果が強く、その結果、温暖化がトータルでCO2分圧に与える影響が小さい。要因別fCO2変化（全球平均）最初の実験におけるもの（再掲）温塩全度分炭酸ア合ル計カリ度各種海洋炭素循環モデルの、温暖化に対する反応 Bern-CC Friedlingstein et al. (2005) ４つの要因別に分けた二酸化炭素分圧変化を、再度足し合わせたもの温暖化のあるなしによる、二酸化炭素分圧の差（再掲）海面全炭酸変化海面アルカリ度変化海面塩分変化 P-E 変化