21トランプの同位体から水循環の履歴を読み解く機構モデル「MIROC6-iso」を開発―年々変動の再現性向上、観測データのない地域や時代の気候復元が可能に―

＜成果のポイント＞
・  大気・陸・海洋・海氷を結合した全球気候モデルに「水の同位体」の挙動を実装したモデルを日本で初めて開発した。

・  産業革命後から近年（1850-2014年）の21トランプ・海氷の同位体比を、観測と整合的に再現した。

・  大気と海洋の相互作用を考慮することにより、太平洋表層海水の酸素同位体比（δ¹⁸O_sw）の空間分布に加え、エルニーニョ・ラニーニャ現象に起因する年々変動の再現性が向上し、鉛直混合と水平移流の重要性を示した。

【概　要】
　中央大学の李 一帆 助教、ブラックジャックゲームルール環境リモートセンシング研究センターの岡崎 淳史 准教授、東京大学生産技術研究所のコクヮン アレクサンドル 特任助教、芳村 圭 教授からなる研究グループは、水の同位体^注1）を気候モデル^注2）MIROC6 に導入し、日本初となる、大気・陸・海洋・海氷を結合した水同位体気候モデル「MIROC6-iso」を開発しました。
　水の同位体とは、地球上の水にわずかに含まれる重い同位体を含んで構成される水分子のことで、蒸発や凝結の際に少しずつ選り分けられるため、水循環の履歴を示す自然の目印として利用できます。
　本研究グループは、産業革命後から近年まで（1850-2014年）のシミュレーションで、21トランプの同位体比、および海水同位体比と塩分との関係を、観測と比較し、開発した機構モデルでは水循環を全球で物理的に整合した形で再現できることを確認しました。さらに、太平洋を例に、海洋を3次元で計算する完全結合設定と、表層における鉛直混合のみを考慮した従来型の設定での計算結果を比較し、海洋での鉛直混合と水平移流を解くことが海水同位体比の再現性向上に重要であることを示しました（図1）。本成果は、人類の観測が行われていない時代や地域での気候の復元に有効な自然代替記録（サンゴ殻や氷の同位体比等）の解釈を支える基盤となり、現在や過去の気候変動のメカニズムの理解に役立つだけでなく、将来の気候と水循環の変化の予測にも役立つことが期待されます。

【用語解説】
（注1）水の同位体
　水素や酸素の重い同位体である²H（重水素）や¹⁸Oを含む水分子のこと。蒸発や凝結といった水の相変化が生じる際に、気体側よりも液体側に、液体側よりも固体側に重い同位体をもつ水分子がより多く分けられるという特徴（同位体分別）により、相変化を伴う地球上の水の循環過程の指標となる。

（注2）気候モデル
　地球全体の大気・海洋・陸面・雪氷圏の状態とそれらの相互作用を、力学・熱力学・放射などの物理法則に基づいて数値的に表現したコンピュータプログラム。観測データで検証しながら、過去の気候変動の理解や、温室効果ガスや土地利用変化を仮定した将来予測に用いられている。物理過程や表現方法の違いにより、世界では数十種類の気候モデルが開発されている。

【発表論文】
雑誌名： Journal of Advances in Modeling Earth Systems
題名：Improved response of δ¹⁸O_sw in the Pacific Ocean to atmosphere-ocean interaction and ENSO using the isotope-enabled Fully Coupled Model MIROC6-iso
著者名：Yifan Li, Alexandre Cauquoin, Atsushi Okazaki, Kei Yoshimura
DOI： 10.1029/2025MS005082