統合的観測解析システムの構築による全球・アジア太平洋の炭素循環の変化の早期検出（平成 26年度）
Integrated observation and analysis system for early detection of carbon cycle change globally and in Asia-Pacific region

研究概要

GOSATや航空機を利用したCO2の地球規模での観測、アジア太平洋での炭素収支観測において我が国が持つ研究基盤の優位性を活かし、観測データのもつ情報を最大限に活かす統合的観測解析システムを構築する。そのための観測データの整備、解析システムの開発改良、炭素収支評価の高精度化を行う。
　このため、第一に、多様で大量の観測データを統合し、最大限利用できる解析システムの設計開発を行う。特に、これまで複数の研究グループが開発改良してきた複数の大気輸送モデル、インバージョン・データ同化手法の新たな統合解析システムに対する適用可能性を比較検討し、温室効果ガス収支の高精度評価、各種パラメータの自動設定が可能でかつ長期安定運用できるシステムとして最適な組み合わせを策定する。第二に、アジア太平洋で特に有効なCONTRAILデータについて、データ整備を強化すると同時に、その時空間的な不均一性の影響を最小限にするためのデータ最適化手法の開発改良を行う。また、炭素収支評価において誤差要因となりうる都市域や成層圏データの影響評価や、各地域における観測データの時空間代表性の評価を行う。第三に、確立された統合的観測解析システムにより全球・アジア太平洋の炭素収支、特に国・地域別の炭素収支の評価を行う。その結果を統合された陸域観測データと経験モデル、プロセスモデル等に基づくボトムアップ法による結果と比較し不確実性の評価を行う。さらに、炭素循環のホットスポットの検出を行う。

研究の性格

• 主たるもの：技術開発・評価
• 従たるもの：モニタリング・研究基盤整備

全体計画

　全球特にアジア太平洋で収集される衛星・航空機等による大気中CO2濃度観測データ、地表でのCO2フラックス観測データなどの多様で大量の温室効果ガス観測データの総合的な整備提供を行い、ぞの情報を最大限に活用するためのインバージョン・データ同化手法の適用性を評価する。アジア太平洋で炭素循環の変化が起こる可能性のある地域や要因について調査するため、既存のデータを用いて予備解析を行う。
　温室効果ガス関連の観測データの整備提供を進めるにあたり、アジア太平洋の炭素収支の高精度化に特に有効であるが解析システムへの融合に技術的課題のある高頻度航空機観測データについて、データを最適に入力するためのシステムを確立する。同時に、ホットスポット解析に必要となる特定地域のデータ融合手法の構築とボトムアップ手法に基づくホットスポット解析に着手する。
　観測データのもつ情報を最大限に活かし、各種パラメータの自動設定が可能で、かつ長期暗転運用の可能な統合的観測解析システムを構築する。このシステムによる算出結果、ならびにこれまでの研究で得られた各種解析結果をもとに、全球・アジア太平洋の国別・地域別の炭素収支の評価、炭素循環の変化の大きい地域の検出、将来大きな変化の起こる可能性のある地域（ホットスポット）の推定を行う。

今年度の研究概要

　全球・アジア太平洋の各種プラットフォームで観測される大気中CO2濃度データ、地表でのCO2フラックスデータ等の時空間的に不均一で多様な形式をもつ観測データを整備する。特に航空機データの整備を強化する。
　過去に実施された複数の大気輸送モデル（NIES-TM、NICAM-TM、ACTM等）、インバージョン・データ同化手法（シンセシスインバージョン法、4次元変分法、アンサンブルカルマンフィルタ等）に関する比較研究の結果を総合的に収集・解析し、また独自に開発された解析手法に基づく検討を加えて、複数の大気輸送モデルとデータ同化手法の最適な用途、及び手法の違いがもたらす不確実性の定量評価を行う。
　アジア太平洋の炭素収支評価の精度向上に特に有効である高頻度航空機データについて、時空間不均一性の評価を行い、代表性の高い解析値を得るための最適化手法について検討を行う。また、航空機データの時空間不均一性の影響について、現状のCO2解析システムを使った評価実験を行う。　
　全球・アジア太平洋規模の陸域炭素循環評価に関する既存研究の成果及びデータを過去に遡って収集し、炭素循環の変化を検出するための予備解析を開始する。特に、複数のトップダウン法（インバージョンモデル等）、複数のボトムアップ法（陸域モデル等）の結果を収集し、それらの時空間分布を比較する。

外部との連携

独立行政法人海洋研究開発機構、気象庁気象研究所