[A-AS11] 成層圏・対流圏過程とその気候への影響

[AAS11-18] 成層圏SO₂注入によるジオエンジニアリングの成層圏エアロゾル・大気循環への影響

*関谷 高志¹、樫村 博基²、渡邉 真吾²、須藤 健悟^1,2 (1.名古屋大学大学院環境学研究科、2.海洋研究開発機構)

キーワード：ジオエンジニアリング、成層圏エアロゾル、成層圏大気循環、エアロゾル微物理

ジオエンジニアリングは、地球温暖化対策として、意図的に気候システムを改変する手法である。その中でも、成層圏へのSO₂注入は大規模火山噴火による成層圏へのSO₂放出とその後の全球平均の地上気温低下に基づいている。しかしながら、ジオエンジニアリングモデル相互比較プロジェクト（GeoMIP）に参加している気候モデルは、大きくばらついた結果が示している。その不確実性の一因は、エアロゾルの微物理特性や成層圏大気循環である考えられる。そこで本研究は、地球システムモデルMIROC- ESM-CHEMに成層圏硫酸塩エアロゾル微物理モジュールを導入し、成層圏硫酸塩エアロゾルの分布・微物理特性を陽に計算できるモデルを構築した（以降、MIROC-ESM-CHEM-AMPとする）。MIROC-ESM-CHEM-AMPを用いて、GeoMIPのG4実験に準拠したジオエンジニアリング実験を行った。G4実験は、RCP4.5シナリオ下での5 Tg/yearのSO₂を下部成層圏の赤道上への注入を想定している。また、MIROC-ESM-CHEMによるG4実験の結果と比較を行った。ただし、MIROC-ESM-CHEMでは、ピナツボ火山噴火時に観測された成層圏エアロゾル光学的深さ（stratospheric aerosol optical depth; SAOD）に基づくSAODを与えることで成層圏SO₂注入の影響を表現している。比較の結果、MIROC-ESM-CHEM-AMPは、MIROC-ESM-CHEMより約2倍大きなSAODを示した。また、MIROC-ESM-CHEM-AMPでは、成層圏SO₂注入によって、硫酸塩エアロゾルの有効粒径が0.51 μm まで成長した。2040～2069年における成層圏硫酸塩エアロゾルの平均滞留時間は1.13年、成層圏総量は 2.85 TgSであり、1年間のSO₂注入量（2.5 TgS）よりも大きかった。
また、成層圏SO₂注入の成層圏大気の平均年代への影響を調査した。両方のモデルにおける成層圏大気の平均年代は、50 hPaより下方では増加（最大0.15年）、50 hPaより上空では減少した（最大0.25年）。MIROC-ESM-CHEM-AMPにおける大気の平均年代の変化は、MIROC-ESM-CHEMと比較して3倍以上大きな変化を示した。さらに、MIROC- ESM-CHEM-AMPを用いて、RCP4.5（ジオエンジニアリングを実施しない）実験の海水面温度を与えたG4実験を行い、成層圏大気の平均年代における成層圏SO₂注入の影響について詳しく調査した。その結果、50 hPaより上空における大気の平均年代の減少は、速い応答（例えば、硫酸塩エアロゾルによる赤外放射の吸収の影響）によって引き起こされていることが示された。一方、50 hPaより下方における平均年代の増加は、遅い応答（例えば、対流圏の寒冷化）に起因していた。遅い応答に伴う成層圏循環の弱化は、わずかにSAODを増加させた（約5%）。