発表論文

Multi-Parameter Multi-Physics Ensemble (MPMPE): a new approach exploring the uncertainties of climate sensitivity

著者
Shiogama H., Watanabe M., Ogura T., Yokohata T., Kimoto M.
雑誌名
Atmos. Sci. Let.
DOI
10.1002/asl2.472
概要
To explore both the parametric and structural uncertainties of climate sensitivity (CS), we have proposed a new general circulation model (GCM) ensemble termed the multi-parameter multi-physics ensemble (MPMPE). We used eight multi-physics ensemble (MPE) models in which the MIROC5 physics schemes were replaced by those of MIROC3. MPMPE consisted of perturbed-physics ensembles in which the parameter values were swept for each MPE model. MPMPE resulted in a wide range of CS, which was related to the shortwave cloud feedback (SWcld). Coupling between low- and mid-level clouds controlled the differences in the parametric spread of SWcld among the MPE models.

CO2濃度が産業革命前の2倍になった場合の全球平均地上気温上昇量(気候感度)には、計算に用いる気候モデル(GCM)間で2倍以上の幅がある。気候感度がGCM間で異なる要因は、大きく二つに分けられる。一つ目は、モデルの格子(50から300km)よりも小さいスケールの現象を近似する物理スキームの作り方が、GCM間で異なることである(構造不確実性)。もう一つは、同じGCMでも物理スキーム内のパラメータ値を変更すると、挙動が変わることである(パラメータ不確実性)。これまで、前者は複数GCMを比較することで、後者は単一GCMのパラメータ値を走査することで調べられてきた。

我々は、構造不確実性とパラメータ不確実性を同時に調査するために、「マルチパラメータ・マルチ物理アンサンブル(MPMPE)」と呼ぶ新しい数値実験手法を開発した。MPMPEでは、新旧二つのGCMで雲、積雲対流、境界層乱流スキームを取り替えて8バージョンのGCMを用意した。その上で、各GCMでパラメータを走査して、気候感度を調べる実験を行った。MPMPEでは、気候感度は約2℃〜10℃と非常に広い幅の分布をもち、そのばらつきは雲が日射を反射する効果(雲短波フィードバック)の違いに起因することがわかった。今後、このMPMPEの実験データを更に分析することで、気候感度の不確実性要因に関する理解を深めていく。