第5章　研究系と研究センターの活動

本分野は，1991年4月の気候システム研究センターの設置とともに発足し，松野太郎が教授（センター長），中島映至が助教授に着任した．松野が1994年9月に北海道大学教授に転出後，中島が1994年12月に教授に昇進し，沼口敦が1997年4月に国立環境研究所から助教授に着任した．沼口は1999年8月北海道大学助教授に転出した．今須良一が2000年4月に資源環境技術総合研究所から助教授に着任した．2001年4月に発足した第2期気候システム研究センターでは，気候モデリング研究部門のもとに本分野が置かれ，中島が教授に，今須は大気モデリング研究分野に異動した．2004年9月，阿部彩子助手が気候変動研究分野から助教授に異動した．2009年7月からは吉森正和特任助教が加わった．

本分野では発足以来，気候システムモデリングに関する研究を行う．また，気候システムモデルに組み込まれる物理過程の改良，地球温暖化予測に重要な役割を果たす雲とエアロゾルの関係や大気中の微量成分の放射強制力の評価などを行う．

松野は，赤道域の大気海洋波動に関する力学理論の確立や成層圏の突然昇温機構に関する理論の確立などの業績を上げてきたが，センターの確立を機に，地球温暖化予測や熱帯気象学の新たな展開に指導的役割を果たした．「アジア太平洋地域を中心とした地球環境変動の研究」（新プログラム）において我が国の気候モデルの開発体制の確立と，現在のMIROC気候モデルに発展する大気海洋結合大循環モデルの開発に貢献した．これは，その後の「人・自然・地球共生プロジェクト」（2002～2006年）における地球シミュレータを活用した「日本型気候モデル」開発と，それを用いた地球温暖化研究に発展した．

中島は，本センターで新たに始まった気候モデルの開発において，放射伝達過程のモデリングと人工衛星による地球観測の研究を推進した．太陽放射と地球放射の伝達過程は地球気候の形成において決定的な役割を果たしており，その理解と，高精度・高効率のモデリングは必須である．研究によって，水蒸気や二酸化炭素等の大気組成ガスや雲・エアロゾルの大気粒子による温室効果や日傘効果などを高精度・高効率に計算するMstrn放射コードが開発された．Mstrnコードは現在では，MIROC，NICAM，CReSSなどの気候，気象モデルに組み込まれている．並行して様々なリモートセンシングアルゴリズムの開発も行われ，エアロゾルのオングストローム指数の全球分布や，大気汚染等によって変質する低層雲の微物理特性の全球分布が世界で初めて得られた．

沼口は，大気大循環モデルを中心とした気候モデルの開発を担いつつ，気候システムにおける水循環研究を展開した．水が気候形成維持に関わる役割を，雲，地表面など様々なプロセスを考慮して検討し，気候システムの力学の構築に寄与した．大気同位体等トレーサーモデルも開発，その流れは，現在芳村准教授らが発展させている．気候モデルによる研究と，フィールドや衛星観測データを用いた研究の全国的橋渡しにも多いに貢献した．

阿部は，本センターのミッションであった大気海洋結合モデル開発のため，モデルカップラー・河川モデル・海氷モデルを開発した．さらに温室効果ガスに対する応答実験を実施しIPCC報告書に寄与した．気候変化の様々な応答特性の理解と気候モデル検証に必要なため，気候モデルの過去の気候への適用も推進し，さらなる地球システム各種要素モデルや簡易気候モデルを導入した．氷床力学モデルの開発と高度化，海洋炭素循環モデルの導入，動的植生モデルおよび陸域炭素循環モデルを導入した．一連のモデルを組み合わせて，過去や将来の気候における地球システム諸要素の役割を調べた．なかでも氷期サイクルのメカニズムの解明を目指した氷期サイクルの気候変動再現では複雑な気候モデルを用いて世界で初めて成功した．また南極やグリーンランド氷床変動と海水準への影響研究を推進した．さらに過去と現在と将来の気候感度特性や，極域気候変化増幅メカニズムの研究を進めた．また，氷床の大気大循環への影響解析，氷期の海洋大循環モデリングと古気候データ解釈研究，氷床の融解の海洋大循環に対する影響解析，氷期のダストの放射および炭素循環に対する影響解析，気候―植生相互作用と陸域炭素循環に関する研究等を推進した．

1991年4月以降，博士の学位を取得したのは佐藤正樹，日暮明子，柴田清孝^＊，中島孝^＊，對馬洋子^＊，河本和明，片桐秀一郎，竹村俊彦，木村俊義，田中佐^＊，久世暁彦^＊，鈴木健太郎，関口美保，井口享道，向井真木子，五藤大輔，清木達也，福田悟，佐藤陽祐，齋藤冬樹，小倉知夫，千喜良稔，山岸孝輝，大石龍太，小畑淳^＊（^＊：論文博士），修士の学位を取得したのは田辺清人，沼田直美，関根創太，塚本雅仁，仙波秀志，中島孝，河本和明，對馬洋子，片桐秀一郎，丸山祥宏，張業文，竹村俊彦，黒田俊介，鈴木健太郎，臼井崇行，関口美保，丸山優二，井口享道，黄宣淳，向井真木子，浅湫吾郎，佐伯貫之，喜名朋子，五藤大輔，三井達也，福田悟，若林康雄，岡田裕毅，児嶋恵，一條寛典，木村隆太郎，佐藤陽祐，門脇弘幸，井手智之，及川栄治，武田淳平，外川遼介，岡田暁矩，金澤周平，北澤達哉，小山佑介，橋本真喜子，大方めぐみ，住吉政一郎，若松俊哉．また，歴代の研究員として，岡本創（大気放射），鈴木健太郎（雲物理），増永浩彦（大気放射），菊地信弘（大気放射），井口享道（雲物理），五藤大輔（大気化学），鶴田治雄（大気化学），井上豊志郎（大気放射），ティエ・ダイ（気候物理），打田純也（気候物理），柳瀬亘（古気候モデル，大気大循環），大石龍太（古気候モデル，植生大気相互作用），岡顕（古気候モデル，海洋大循環），吉森正和（古気候モデル，気候物理），近本めぐみ（古気候モデル，海洋物質循環），チャン・ウィン・リー（古気候モデル，気候物理）が研究を推進してきた．

2011年度の在籍者はD3：［理］及川栄治，佐藤陽佑，D2：［新］吉田真由美，D1：［理］橋本真喜子，M2：［理］浅田真也，大方めぐみ，住吉政一郎，若松俊哉，M1：［理］三澤翔大，宮地あかね，特任助教：吉森正和，特任研究員：井上豊志郎，打田純也，五藤大輔，チャン・ウィン・リー（イギリス），鶴田治雄，ティエ・ダイ（中国），福田悟，大石龍太である．

本分野は1991年設置の大気モデリング分野を前身とし，2001年4月より大気システムモデリング研究分野となった．1991年4月設置当時のスタッフは住明正教授であり，1991年7月に高橋正明が助教授，1995年3月に阿部彩子が助手に着任した．2001年4月気候システム研究センター第2期の改組に伴い，住は気候データ総合解析研究分野に，阿部は気候変動研究分野に配置換えとなった．後任として高橋が教授，今須良一が助教授に着任した．

本分野は大規模循環を精度よく表現できる数百km程度の水平解像度で長期積分が可能な大気大循環モデル（AGCM）の開発を行い，地球温暖化問題等未知の気候状態の予測のために，物理過程の精度向上さらに大気の微量成分を陽に表現するモデルの開発や気候の将来予測に関わる研究を行ってきた．

AGCMは，気候システム研究センター助教授として活躍していた故沼口敦（1997年4月～1999年5月）により気象庁のモデルを基に作成されたものがベースとなっている．気候予測のために，物理過程の精度向上，雲やエアロゾルなどの微物理をより忠実に再現することのできる放射モデルや雲予報スキームを導入することでAGCMの作成に成功し，気候値のみでなく年々変動も比較的よく再現された．温暖化実験を開始し，大気モデル相互比較実験AMIP等における国際比較においても妥当なモデル性能が確認され，大陸規模の水循環の把握，土壌水分の変動把握などについての成果が得られた．氷床のモデルが開発され，大気／海洋／氷床／陸面の各部分の最終氷期や最適温暖期の再現実験が行われた．大学院生の研究として，衛星観測による気候値の定量的評価，全球土壌水分が気候システムに与える影響，地球温暖化に伴う乾燥・半乾燥地域の気候変動などが行われた．

赤道域下部成層圏に存在する準2年振動（QBO）の，AGCMを用いた再現実験に世界で初めて成功した．河谷芳雄（大学院生）は超高分解能のモデルを用いて現実的なQBOを再現し，それを引き起こす波動の役割を示した．アジア域気候に関わる大気の年々変動の研究を行い，モンゴル域と東シベリアで変動パターンが反対の符号を持つモンゴル域夏季降雨特性が得られた．大学院生のその他の研究として，盛夏期日本の気候の年々変動の力学過程，夏季北太平洋における上層寒冷低気圧と熱帯対流活動の相互作用，夏季東アジア域の3極気候偏差の形成プロセス，太陽11年周期変動に伴う成層圏大気応答，アジアモンスーン域における成層圏対流圏結合に関する研究などが行われた．

成層圏オゾンを主体する成層圏化学過程の大気モデルへの導入を開始した．滝川雅之（大学院生）が化学過程と成層圏エアロゾルを導入し，永島達也（大学院生）は極成層圏雲を導入したオゾンホールの再現実験と将来予測実験を行い2050年頃に1970年代のオゾン量に戻ることを示した．オゾンを主体とした対流圏化学過程を導入した化学気候モデル（CHASER）が須藤健悟（大学院生）により作成され，広く利用されている．共同研究者九州大学山本勝准教授はAGCMを用いて初めて金星大気に存在する高速東西風を再現した．一方，池田恒平（大学院生）により放射過程をきちんと考慮した数値実験が行われ，上層の高速東西風は再現されたが，下層で高速東西風が再現されず未解明の問題として残っている．黒田剛史（大学院生）は大気大循環モデルを用いた火星の気象におけるダストの効果の研究を行った．

人工衛星を用いた大気微量成分研究においては，国内の衛星ミッション推進に大きく貢献してきた．旧通商産業省の温室効果気体観測センサーIMGのデータから，初めて大気中水蒸気の安定同位体HDOの広域濃度分布を導出した．また，太田芳文（大学院生）は同センサーのデータから二酸化炭素の全球濃度分布を1ppmvの高精度で解析した．このことが宇宙航空研究開発機構，環境省，国立環境研究所の共同プロジェクトとして温室効果ガス観測技術衛星GOSATに熱赤外線バンドを追加する提案を促した．同バンドデータからは日本の衛星搭載センサーとしては初めて，南極オゾンホールの全体像が解析されている．太田は世界的にも高速，高精度なものと評される偏光多重散乱計算コードPSTARを開発し，GOSATデータ解析用として提供しているほか，広く一般にも公開している．

温室効果気体の収支，循環研究のため，丹羽洋介（大学院生）は大気大循環モデルNICAMの中に，二酸化炭素やメタンの循環プロセスを取り入れた．このモデルを用いた逆問題解析法（インバージョン解析法）により，これらの気体の発生源，吸収源の解析を行い，国際的な研究コミュニティであるTransComのモデル比較実験に日本を代表するモデルとして貢献している．

1991年4月以降，博士の学位を取得したのは沖理子，西村照幸，久保田尚之，滝川雅之，永島達也，佐藤尚毅，須藤健悟，河谷芳雄，太田芳文，坂本圭，黒田剛史，廣田渚郎，山下陽介，丹羽洋介，井上誠，Onmar Htway，池田恒平である．修士の学位を取得したのは西村照幸，井上孝洋，小高正嗣，鈴木英一，留小強，滝川雅之，有田帝馬，内田淳一郎，斎藤冬樹，徐敏，永島達也，小倉知夫，千喜良稔，佐藤尚毅，山本陽子，須藤健悟，河谷芳雄，黒田剛史，橋本尚久，大石龍太，山岸孝輝，中元美和，原田千夏子，新井豊，太田芳文，坂本圭，加藤美樹，田代朋之，蜷川雅晴，芦川亮，小熊健太郎，酒井大輔，辻宏一郎，中村卓也，平野映良，倉田耕輔，廣田渚郎，斉川真介，小澤慶太郎，山下陽介，門脇正尚，安生哲也，丹羽洋介，池田恒平，比連崎路夫，金森史郎，奥谷智，久保田貴久，笛田将矢，片山匠，林洋司，宮村真人，村上康隆，稲子谷昴子，染谷有，太田真衣である．研究員として，倉本圭，橋本成司，片桐秀一郎，趙南，千喜良稔，山森美穂，岩朝美晴，岩尾航希，斎藤尚子，カシム・モハメッド（エジプト），丹羽洋介が研究を推進した．

2011年度の在籍者はD3：［理］門脇正尚，［新］小濱里沙，D2：［新］林洋司（兼務者），M2：［理］太田真衣，村上康隆，［新］稲子谷昂子，染谷有，M1：［新］高見澤秀樹，特任研究員：新井豊である．

本分野は1991年に海洋モデリング分野として発足した．気候システム研究センター第2期への改組時に海洋システムモデリング研究分野と改称され，大気海洋研究所への統合時にもこの名称を引き継いだ．1991年7月に杉ノ原伸夫教授が着任して本分野が始動し，1991年10月に山中康裕助手が，1992年1月に中島健介助手が着任した．1995年6月に中島が九州大学に転出し，代わって1995年10月に古恵亮が助手に着任した．1998年4月に山中が北海道大学に転出し，代わって同月に羽角博康が助手に着任した．杉ノ原は2000年3月をもって定年退職し，後任として2002年7月に気象庁気象研究所から遠藤昌宏を教授に迎えた．以降，2003年10月に古恵がハワイ大学国際太平洋研究センターに転出，2004年4月に羽角が助教授に昇任，2008年3月に遠藤が退職，2010年3月に岡顕が講師に着任した．

本分野では発足以来，海洋の深層と表層をつなぐ全海洋規模の循環である熱塩循環を研究の主軸に据えており，熱塩循環の物理的な成り立ちや，大気海洋結合系や海洋物質循環における熱塩循環の役割に関する研究を遂行してきた．特に，熱塩循環のコントロール要因としての海洋内部混合現象・風・海氷・淡水収支などの役割について，研究成果を挙げてきた．研究手法は数値モデリングであり，COCOという名称の海洋大循環モデルを継続的に開発しながら，必要に応じて大気大循環モデルとの結合や物質循環コンポーネントの取り込みを行うことで，上述の研究を進めてきた．また，熱塩循環にとっては極域海洋における深層水形成と呼ばれる過程が重要であることから，極域海洋に特有の現象に関する研究を重点的に行ってきたことも本分野の特長である．

本分野の研究は，教員が様々な国際共同研究プロジェクトに主導的立場として参画することを通して，国際的な先端性を維持するようにも方向付けられてきた．すなわち「世界海洋循環実験（WOCE）」の科学推進委員（杉ノ原），科学技術振興調整費総合研究「北太平洋亜寒帯循環と気候変動に関する国際共同研究（SAGE）」の研究推進委員長（杉ノ原），「気候変動及び予測可能性研究計画（CLIVAR）」の海洋モデル開発作業部会委員（羽角），「北太平洋海洋科学機構（PICES）」の気候モデリングに関する作業部会委員（羽角）などの活動を通して，それらと密接にリンクした研究を展開してきた．

地球温暖化に関する「人・自然・地球共生プロジェクト」（2003～2006年度）および「気候変動予測革新プログラム」（2007～2011年度）においては，気候システム研究センター／気候システム研究系の多くの教員・研究員が参画する中，本分野は海洋モデルおよび大気海洋結合モデルの開発を担った．これらのプロジェクトはまた，本分野において高解像度海洋モデリングや熱塩循環とは直接関係しない海洋現象の研究を推進するきっかけにもなった．特に「人・自然・地球共生プロジェクト」では，海洋中規模渦を解像した大気海洋モデルによる気候変動予測実験を世界に先駆けて実施し，黒潮変動予測などの面において従来とは一線を画すモデリング研究成果を得た．また，その準備段階における高解像度海洋モデリングの結果からは，太平洋深層東西ジェットの発見という成果が得られた．

2006～2011年度には羽角を研究代表者として，CREST「マルチスケール・マルチフィジックス現象の統合シミュレーション」研究領域において研究課題「海洋循環のスケール間相互作用と大規模変動」を実施した．海洋研究開発機構との共同研究により極域における小規模海洋現象と全海洋規模熱塩循環との関わりに関する各種の高解像度モデリング研究が格段に進んだこと，北海道大学低温科学研究所との共同研究により氷海域に関するかつてない形の観測モデリング融合研究を展開できたこと，また多数のポスドク研究員を本分野に配置して系統的なモデリング研究を実現できたことにより，本分野に新しい研究の方向性をもたらした．

2010年4月の研究所統合もまた，本分野における研究の方向性にとって大きな転機をもたらした．海洋研究所教員との共同研究により，これまで数値モデリングであまり取り扱われることがなかった化学過程や微生物過程を取り込み，海洋物質循環・生態系に関する新たなモデリング研究を展開しつつある．また，2011年度に開始された大気海洋研究所の全所的な取り組みである「東北マリンサイエンス拠点形成事業」では，三陸沿岸の小規模な湾のスケールまでを対象として，外洋の大規模海洋循環と沿岸現象の相互作用に関するモデリング研究を推進している．

本分野の教員は大学院において理学系研究科地球惑星科学専攻の教育を担当してきた．1991年4月以降博士の学位を取得したのは，山中康裕^＊，中田稔，羽角博康，河宮未知生，古恵亮^＊，辻野博之，中野英之，岡顕，小室芳樹，渡邉英嗣，松村義正，川崎高雄，浦川昇吾である（^＊は論文博士）．また，1991年4月以降修士の学位を取得したのは，石川一郎，古恵亮，楳田貴郁，河宮未知生，羽角博康，辻野博之，中野英之，角田智彦，三木緑，水上英樹，岡顕，小室芳樹，渡邉英嗣，川崎高雄，松村義正，加藤聖也，浦川昇吾，山下文弘である．

2011年度の在籍者はM2：［理］山下文弘，M1：［理］廣田和也，日本学術振興会特別研究員（PD）：浦川昇吾，特任研究員：川崎高雄，草原和弥，平池（山﨑）友梨である．