著者

NGUYEN T. Hanh ISHIJIMA Kentaro SUGAWARA Satoshi HASEBE Fumio

出版者

Meteorological Society of Japan

雑誌

気象集誌. 第2輯 (ISSN:00261165)

巻号頁・発行日

pp.2021-056, (Released:2021-05-20)

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Stratospheric profiles of the mean age of air estimated from cryogenic air samples acquired during a field campaign over Indonesia, the Coordinated Upper-Troposphere-to-Stratosphere Balloon Experiment in Biak (CUBE/Biak), are investigated by employing the boundary impulse evolving response (BIER) method and Lagrangian backward trajectories, with the aid of an atmospheric general circulation model-based chemistry transport model (ACTM). The ACTM provides realistic meteorological fields at one-hour intervals by nudging toward the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis-Interim (ERA-Interim). Since the BIER method is capable of taking unresolved diffusive processes into account, while the Lagrangian method can distinguish the pathways the air parcels took before reaching the sample site, the application of the two methods to the common transport field simulated by the ACTM is useful in assessing the CO2- and SF6-derived mean ages. The reliability of the simulated transport field has been verified by the reproducibility of the observed CO2, SF6, and water vapor profiles using the Lagrangian method. The profile of CO2 age is reproduced reasonably well by the Lagrangian method with a small young bias being consistent with the termination of trajectories in finite length of time, whereas the BIER method overestimates the CO2 age above 25 km altitude possibly due to high diffusivity in the transport model. In contrast, the SF6 age is only reproducible in the lower stratosphere, and far exceeds the estimates from the Lagrangian method above 25 km altitude. As air parcels of mesospheric origin are excluded in the Lagrangian age estimation, this discrepancy, together with the fact that the observed SF6 mole fractions are much lower than the trajectory-derived values in this height region, supports the idea that the stratospheric air samples are mixed with SF6-depleted mesospheric air, leading to overestimation of the mean age.

著者

NGUYEN T. Hanh 石島 健太郎 菅原 敏 長谷部 文雄

出版者

公益社団法人 日本気象学会

雑誌

気象集誌. 第2輯 (ISSN:00261165)

巻号頁・発行日

vol.99, no.5, pp.1149-1167, 2021

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<p> インドネシアのビアクで行われたCoordinated Upper-Troposphere-to-Stratosphere Balloon Experiment in Biak (CUBE/Biak)観測キャンペーンの一環として行われたクライオジェニックサンプリング実験による大気サンプルから推定された平均大気年齢(mean age)の成層圏高度分布について、大気大循環モデルに基づく化学輸送モデル(Atmospheric general circulation model-based Chemistry Transport Model: ACTM)を用いたBoundary Impulse Evolving Response (BIER)法とラグランジュ後方流跡線解析の二つの方法を適用して検証した。ACTMは、大気大循環モデルをEuropean Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis-Interim (ERA-Interim)にナッジングすることにより、1時間間隔の現実的な気象場を提供した。BIER法では陽に解像されない拡散混合過程を考慮することが可能であり、後方流跡線解析では空気塊が観測地点に到達するまでの経路を区別できる。ACTMによって再現された共通の輸送場に対して二つの方法を適用することは、CO₂とSF₆から推定された平均年齢を評価する上で有用である。計算に用いた輸送場の信頼性は、ラグランジュ法によって再現されたCO₂、SF₆、および水蒸気の鉛直分布を観測結果と比較することで評価した。二つの方法による平均年齢をCO₂ ageと比較すると、ラグランジュ法の結果が比較的良い再現性を示した。ラグランジュ法の平均年齢はやや小さくなるバイアスが見られたが、このことは流跡線計算を一定の有限時間で停止させているためであると考えられる。一方、BIER法の平均年齢は、高度25km以上においてCO₂ ageよりも大きくなっており、モデルの拡散の効果が大きい可能性が示唆された。これとは対照的に、SF₆ ageとの比較では成層圏下部のみで再現性が良いものの、SF₆ ageはラグランジュ法の平均年齢よりもかなり大きくなった。ラグランジュ法では中間圏起源の空気塊が含まれていないことや、観測された上層のSF₆濃度が流跡線から再現された濃度よりもかなり低くなっていることから、観測された大気サンプルがSF₆消失の影響を受けた中間圏大気との混合の影響を受けているために平均年齢が過大評価になっているという仮説を裏付けている。</p>

著者

NGUYEN T. Hanh ISHIJIMA Kentaro SUGAWARA Satoshi HASEBE Fumio

出版者

公益社団法人 日本気象学会

雑誌

気象集誌. 第2輯 (ISSN:00261165)

巻号頁・発行日

2021

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<p> Stratospheric profiles of the mean age of air estimated from cryogenic air samples acquired during a field campaign over Indonesia, the Coordinated Upper-Troposphere-to-Stratosphere Balloon Experiment in Biak (CUBE/Biak), are investigated by employing the boundary impulse evolving response (BIER) method and Lagrangian backward trajectories, with the aid of an atmospheric general circulation model-based chemistry transport model (ACTM). The ACTM provides realistic meteorological fields at one-hour intervals by nudging toward the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis-Interim (ERA-Interim). Since the BIER method is capable of taking unresolved diffusive processes into account, while the Lagrangian method can distinguish the pathways the air parcels took before reaching the sample site, the application of the two methods to the common transport field simulated by the ACTM is useful in assessing the CO₂- and SF₆-derived mean ages. The reliability of the simulated transport field has been verified by the reproducibility of the observed CO₂, SF₆, and water vapor profiles using the Lagrangian method. The profile of CO₂ age is reproduced reasonably well by the Lagrangian method with a small young bias being consistent with the termination of trajectories in finite length of time, whereas the BIER method overestimates the CO₂ age above 25 km altitude possibly due to high diffusivity in the transport model. In contrast, the SF₆ age is only reproducible in the lower stratosphere, and far exceeds the estimates from the Lagrangian method above 25 km altitude. As air parcels of mesospheric origin are excluded in the Lagrangian age estimation, this discrepancy, together with the fact that the observed SF₆ mole fractions are much lower than the trajectory-derived values in this height region, supports the idea that the stratospheric air samples are mixed with SF₆-depleted mesospheric air, leading to overestimation of the mean age.</p>