全球化学気候モデルSOCOLにおける電離圏ポテンシャルの表現

The representation of ionospheric potential in the global chemistry-climate model SOCOL.

• Arseniy Karagodin
• Eugene Rozanov
• Evgeny Mareev
• Irina Mironova
• Evgeny Volodin
• Ksenia Golubenko

抄録

本論文では、化学気候モデル(CCM)SOCOL(Solar Climate Ozone Links)を用いた電離層電位計算の初の結果を発表する。この研究では、電離層の地表面と下界の電位差を雷雨と電離雲の特性の関数としてパラメータ化した。このモデルは、気球サウンディングで得られたIPと十分に一致することを示した。シミュレーションされたIPのUT変動は、20ユニバーサルタイム(UT)で最大、約2UTで最小となり、雷活動のUT周期と一致している。得られた結果は、日周、季節、年単位でのIPの変動パターンを理解することを可能にした。また、同様のIPパラメータを用いて気候モデルINMCM4でシミュレーションしたIPとの比較を行った。比較の結果、特に12UT以前のUTサイクルはよく一致していることがわかった。シミュレーションされたIPの年間サイクルは、両モデルともに晩春に最大となる。しかし、この比較では、異なる時間スケールでのIP変動の振幅にいくつかの違いがあることも明らかになった。大きな偏差は夏を除くすべての季節でUT12年以降に発生しており、両結果の最大値はUT12年以前に発生している。CCM SOCOLでシミュレーションされたIPのUT周期は、最大値のタイミングが似ていることから、UT12年以降の位相の点で、観測値とよりよく一致している。気候モデルを用いたIPの計算は、観測されたIPが利用できない場合のギャップを埋めるのに役立ちます。また、IPをインタラクティブに計算することは、大気と電離圏のプロセスを結合させる上でも一歩前進です。

In this paper, we present the first results of the ionospheric potential (IP) calculations with the chemistry-climate model (CCM) SOCOL (Solar Climate Ozone Links). For the study, we exploit a parameterization of the difference in electric potential between Earth's surface and lower boundary of the ionosphere as a function of thunderstorm and electrified cloud properties. The model shows a good enough agreement with the IP obtained by balloon soundings. The simulated UT variation of IP exhibits a maximum at 20 Universal time (UT) and minimum at about 2 UT which agree with the UT cycle of the lightning activity. The obtained results allow understanding of IP variability pattern at diurnal, seasonal and annual timescales. We also compare our results with the IP simulated with the climate model INMCM4 using similar IP parameterization. The comparison shows a good agreement of UT cycles especially before 12 UT. Simulated IP annual cycle reaches its maximum in late spring in both models. However, the comparison also reveals some differences in amplitudes of IP variability on different time scales. The large deviations occur after 12 UT for all seasons except summer where the maximum of both results happens before 12 UT. The UT cycle of IP simulated with CCM SOCOL is in a better agreement with observations after 12 UT in terms of phase with similar timing of maximum values. The calculation of IP using climate models can help to fill up the gaps when the observed IP is not available. The interactive calculation of IP is also a step forward in coupling atmospheric and ionospheric processes.

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