課題2

1年の倍数の期間について、定常状態を仮定して、 地表面のエネルギー収支を考える。 地表面のエネルギー収支は、放射、乱流輸送(潜熱・顕熱)、 地表面から下のエネルギーフラックス(陸の場合は土壌熱伝導)からなるが、 定常状態では、地表面から下のエネルギーフラックスは0とみなすことができる。 また、地表面から上でも放射フラックスと乱流フラックスの合計が0になっている はずである。 放射フラックスの全成分のデータが(直接観測ではないが)あるので、 これによって、潜熱と顕熱の合計の乱流輸送のエネルギーフラックスがわかる。

潜熱・顕熱の乱流フラックスの見積もりは放射フラックスよりもむずかしい。 しかし、大気の水蒸気収支に関しても定常状態を考えれば、 全球平均としては、蒸発量と降水量は等しいはずである。 降水量については全球データがあるので、 これを使って全球平均の蒸発量を求め、 間接的に全球平均の顕熱フラックスを推定することができる。 ただし、 水の質量あたりの蒸発の潜熱は定数 2.5×10⁶ J/kgとみなす。

データ

衛星観測に基づいて求めた地表面の放射フラックス

ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) というプロジェクトで、「ひまわり」を含む静止気象衛星とNOAA衛星による 可視・赤外の観測をもとにして、 1983年7月から最近までの全球の雲に関する統計データが作られている。 (Rossow and Schiffer 1999; http://isccp.giss.nasa.gov/)。

これをもとに、NASA GISSを中心とするISCCPチームと、 NASA Langley Research CenterのSRB (Surface Radiation Budget)チームで それぞれ、大気中の放射伝達を計算して、 地表面での放射フラックスの格子データが作成された。

ここでは、GISSで作成されたISCCP-FDデータ (Zhang et al. 2004; http://isccp.giss.nasa.gov/projects/flux.html)の、 地表面での放射フラックスの月平均値を用意した。 ISCCPおよびISCCP-FDの格子データは、 緯度幅は2.5度、 経度幅は低緯度では2.5度だが高緯度になると大きくなり 面積がほぼ等しくなるようになっている。 ここでは、緯度経度2.5度に内挿して、 課題1のデータと同じ形にした。 また、対象期間も、ひとまず課題1のデータと同じ 1985年2月から1989年4月までそれぞれ1月なら1月についてあるだけの年を 平均したものを用意し、気候値のようにみなしてみることにした。 (これについてはあとで変更するかもしれない。)

演習用データは、CD-Rのディレクトリisccpfdに用意した。 ファイル形式は課題1と同様。 ファイル名は、変数名 + 月(数字2けた) + ".txt" の形にした。 年平均値は月の代わりに "an" (annualの略)とした。 変数名は次のとおり。

• lwdnsfc: 地表面での下向き「長波」
• lwupsfc: 地表面での上向き「長波」
• swdnsfc: 地表面での下向き「短波」
• swupsfc: 地表面での上向き「短波」

単位はW/m²。

ISCCP-FDの長波放射は、寒い地方の冬に値が大きめになり、 チベット高原などの夏に値が小さめになる傾向があることがわかっている (増田の報告は http://www.jamstec.go.jp/frcgc/research/p2/masuda/radcmp/index.html)。 これは、長波放射を計算する際に必要な気温の情報を、 ISCCP-FDでは衛星観測だけに基づいていて鉛直分解能が細かくないので、 大気のうちの地表面に近い部分だけが冷たくあるいは熱くなっているような 温度分布をあまりよく表現できていないかららしい。 なお、SRBデータセットの場合は気象モデルで計算された気温を使っているため、 地表面に近い部分の温度分布が詳しく表現されているが、 それが真実に近いかどうかは必ずしも保証されない。

降水量

最新情報ではないが、おもな全球規模の降水量の格子データについては [別ページ]にまとめておいた。

そこにあげたもののうちで、 Global Precipitation Climatology Project (GPCP)の Version 2データ (Adler et al., 2003; http://cics.umd.edu/~yin/GPCP/main.html) を使うことにした。 これは月ごとの2.5度格子で作成されている。

対象期間はこれも仮に課題1のデータと同じとしてみた。

演習用データは、CD-Rのディレクトリgpcpに用意した。 ファイル形式は課題1と同様。 ファイル名は、変数名 + "av" + 月(数字2けた) + ".txt" の形にした。 年平均値は月の代わりに "an" (annualの略)とした。 変数名は "precip"。 単位は mm/日。 (月降水量だが、一定時間あたりの降水量がほしいことが多く、 月の日数が一定でないことの不便を避けるためこのようにした。)

参考文献

• R.F. Adler, G.J. Huffman, A. Chang, R. Ferraro, P.-P. Xie, J. Janowiak, B. Rudolf, U. Schneider, S. Curtis, D. Bolvin, A. Gruber, J. Susskind, P. Arkin, and E. Nelkin, 2003: The version-2 Global Precipitation Climatology Project (GPCP) monthly precipitation analysis (1979 - present). Journal of Hydrometeorology, 4, 1147 - 1167.
• W.B. Rossow and R.A. Schiffer, 1999: Advances in understanding clouds from ISCCP. Bulletin of the American Meteorological Society, 80, 2261 - 2287.
• Yuanchong Zhang, William B. Rossow, Andrew A. Lacis, Valdar Oinas, and Michael I. Mishchenko, 2004: Calculation of radiative fluxes from the surface to top of atmosphere based on ISCCP and other global data sets: Refinements of the radiative transfer model and the input data. Journal of Geophysical Research, 109, D19105, doi:10.1029/2003JD004457, 27 pp.