成果概要

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社会的意思決定を支援する気象-社会結合系の制御理論[A-3] 海上における湿潤対流の変化技術の開拓

2025年度までの進捗状況

1. 概要

背景:激しい気象に対して適切に介入を行い、その脅威を抑制しようとするとき、どのような介入手法を用いればよいかは、当然極めて重要な課題です。台風のような海上において発達する現象は海上で介入を行うことが望ましいです。今は存在しない新たな介入手法を理論研究との連携で創り出していく必要があります。

目的:理論研究に基づいて、台風をはじめとする極端気象の未来を大きく変えるために、現実の大気に対して適用可能な介入手法を開発します。

手法:海上の台風において大量に発生している個別の積乱雲に注目します。この積乱雲やそれをもたらす湿潤対流に多角的にアプローチすることで積乱雲を抑制することを目指します(図1)。海上での実施が可能な手法を模索します。

図
図1. 研究開発項目の全体像。海上の積乱雲を生じる気象への介入に多角的なアプローチで挑みます。

2.   これまでの主な成果

① 2024年1月に本研究開発項目は発足しました。他の研究開発項目との連携によって、図1に示すように海上の個別の積乱雲をもたらす気象システムに対し、大気上層と下層からそれぞれアプローチする戦略を策定しました。

② 大気上層からのアプローチを実現するため、雲の生成を制御できる新しい氷核活性物質を探索しています。大気中では、氷の核となる物質がないと、-30℃でも水が凍らず、雲が形成されないことがあります。ここで航空機等を利用して氷核活性物質を散布し、積乱雲をもたらす気象の制御を目指します。氷核活性物質として、植物・菌類等に由来する、環境への悪影響が小さく、なおかつ効果の高いものを探索しています。図2は例としてブルーベリーの枝内の氷核活性をまとめたものです。氷が形成されにくいような高温(-1.6℃)でもブルーベリー枝内では氷が形成できることが分かります。2024年度はレンギョウ枝などに含まれている氷核活性物質の解析を進めました。クラウドシーディング物質としてよく用いられるヨウ化銀と同程度の氷核活性を持っていることがわかりました。並行して雪の下から分離した菌類などの解析を進めました。

図
図2. ブルーベリーの枝内の氷核活性。それぞれの層がおおよそ何℃で凍るかを示しています。気象制御の観点からは高い温度で凍ることが望ましいです。そのような高温でも凍る物質を探索しています。

③ 2025年度においては特に菌類由来の氷核活性物質に焦点を当て、その性質の解析を進めました。多数回の実験・測定を通じてロバストな結果を得ることができました。試験管中での氷核活性の詳細な解析を通じて、ヨウ化銀と比較しても十分な氷核活性を有していることを確認しました。しかし、試験管中の水系での振る舞いというのは必ずしも実際に大気中に散布したときと同様であるとは限りません。そこで雲生成チャンバーという室内で現実大気における雲の生成を模擬することができる特殊な実験装置で測定を始めました。これまでの成果を受け、この菌類由来の物質が有望であると判断し、活性をもたらすたんぱく質の同定や大量生産の方法を検討しました。

3. 今後の展開

積乱雲の上端からアプローチする手法について研究活動の立ち上げと初期的な成果を得ることができました。今後も効率よく雲・氷を大気中で作ることができる新規物質の開拓を進めていきます。
また現在研究開発項目A-2との連携が進んでおり、このような新規物質が実際に海上の積乱雲にどこまで影響を与えられるかをシミュレーションで確かめることを進めています。今後はよりシミュレーションとの結びつきを強め、気象制御理論による制御可能性の探索と、探索した介入を実現する工学的アプローチの開発のサイクルを強力に回すことを志向します。