A new global climate model, MRI-CGCM3, has been developed at the Meteorological Research Institute (MRI). This model is an overall upgrade of MRI’s former climate model MRI-CGCM2 series. MRI-CGCM3 is composed of atmosphere-land, aerosol, and ocean-ice models, and is a subset of the MRI’s earth system model MRI-ESM1. Atmospheric component MRI-AGCM3 is interactively coupled with aerosol model to represent direct and indirect effects of aerosols with a new cloud microphysics scheme. Basic experiments for pre-industrial control, historical and climate sensitivity are performed with MRI-CGCM3. In the pre-industrial control experiment, the model exhibits very stable behavior without climatic drifts, at least in the radiation budget, the temperature near the surface and the major indices of ocean circulations. The sea surface temperature (SST) drift is sufficiently small, while there is a 1 W m-2 heating imbalance at the surface. The model’s climate sensitivity is estimated to be 2.11 K with Gregory’s method. The transient climate response (TCR) to 1 % yr-1 increase of carbon dioxide (CO2) concentration is 1.6 K with doubling of CO2 concentration and 4.1 K with quadrupling of CO2 concentration. The simulated present-day mean climate in the historical experiment is evaluated by comparison with observations, including reanalysis. The model reproduces the overall mean climate, including seasonal variation in various aspects in the atmosphere and the oceans. Variability in the simulated climate is also evaluated and is found to be realistic, including El Niño and Southern Oscillation and the Arctic and Antarctic oscillations. However, some important issues are identified. The simulated SST indicates generally cold bias in the Northern Hemisphere (NH) and warm bias in the Southern Hemisphere (SH), and the simulated sea ice expands excessively in the North Atlantic in winter. A double ITCZ also appears in the tropical Pacific, particularly in the austral summer.

The new Meteorological Research Institute Earth System Model version 2.0 (MRI-ESM2.0) has been developed based on previous models, MRI-CGCM3 and MRI-ESM1, which participated in the fifth phase of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5). These models underwent numerous improvements meant for highly accurate climate reproducibility. This paper describes model formulation updates and evaluates basic performance of its physical components. The new model has nominal horizontal resolutions of 100 km for atmosphere and ocean components, similar to the previous models. The atmospheric vertical resolution is 80 layers, which is enhanced from the 48 layers of its predecessor. Accumulation of various improvements concerning clouds, such as a new stratocumulus cloud scheme, led to remarkable reduction in errors in shortwave, longwave, and net radiation at the top of the atmosphere. The resulting errors are sufficiently small compared with those in the CMIP5 models. The improved radiation distribution brings the accurate meridional heat transport required for the ocean and contributes to a reduced surface air temperature (SAT) bias. MRI-ESM2.0 displays realistic reproduction of both mean climate and interannual variability. For instance, the stratospheric quasi-biennial oscillation can now be realistically expressed through the enhanced vertical resolution and introduction of non-orographic gravity wave drag parameterization. For the historical experiment, MRI-ESM2.0 reasonably reproduces global SAT change for recent decades; however, cooling in the 1950s through the 1960s and warming afterward are overestimated compared with observations. MRI-ESM2.0 has been improved in many aspects over the previous models, MRI-CGCM3 and MRI-ESM1, and is expected to demonstrate superior performance in many experiments planned for CMIP6.

Possible changes in the tropical cyclones in a future, greenhouse-warmed climate are investigated using a 20 km-mesh, high-resolution, global atmospheric model of MRI/JMA, with the analyses focused on the evaluation of the frequency and wind intensity. Two types of 10-year climate experiments are conducted. One is a present-day climate experiment, and the other is a greenhouse-warmed climate experiment, with a forcing of higher sea surface temperature and increased greenhouse-gas concentration. A comparison of the experiments suggests that the tropical cyclone frequency in the warm-climate experiment is globally reduced by about 30% (but increased in the North Atlantic) compared to the present-day-climate experiment. Furthermore, the number of intense tropical cyclones increases. The maximum surface wind speed for the most intense tropical cyclone generally increases under the greenhouse-warmed condition (by 7.3 m s−1 in the Northern Hemisphere and by 3.3 m s−1 in the Southern Hemisphere). On average, these findings suggest the possibility of higher risks of more devastating tropical cyclones across the globe in a future greenhouse-warmed climate.

A new version of the atmospheric general circulation model of the Meteorological Research Institute (MRI), with a horizontal grid size of about 20 km, has been developed. The previous version of the 20-km model, MRIAGCM3.1, which was developed from an operational numerical weather-prediction model, provided information on possible climate change induced by global warming, including future changes in tropical cyclones, the East Asian monsoon, extreme events, and blockings. For the new version, MRI-AGCM3.2, we have introduced various new parameterization schemes that improve the model climate. Using the new model, we performed a present-day climate experiment using observed sea surface temperature. The model shows improvements in simulating heavy monthly-mean precipitation around the tropical Western Pacific, the global distribution of tropical cyclones, the seasonal march of East Asian summer monsoon, and blockings in the Pacific. Improvements in the model climatologies were confirmed numerically using skill scores (e.g., Taylor’s skill score).

New versions of the high-resolution 20- and 60-km-mesh Meteorological Research Institute (MRI) atmospheric general circulation models (MRI-AGCM version 3.2) have been developed and used to investigate potential future changes in tropical cyclone (TC) activity. Compared with the previous version (version 3.1), version 3.2 yields a more realistic simulation of the present-day (1979–2003) global distribution of TCs. Moreover, the 20-km-mesh model version 3.2 is able to simulate extremely intense TCs (categories 4 and 5), which is the first time a global climate model has been able to simulate such extremely intense TCs through a multidecadal simulation. Future (2075–99) projections under the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) A1B scenario are conducted using versions 3.1 and 3.2, showing consistent decreases in the number of TCs globally and in both hemispheres as climate warms. Although projected future changes in basin-scale TC numbers show some differences between the two versions, the projected frequency of TC occurrence shows a consistent decrease in the western part of the western North Pacific (WNP) and in the South Pacific Ocean (SPO), while it shows a marked increase in the central Pacific. Both versions project a future increase in the frequency of intense TCs globally; however, the degree of increase is smaller in version 3.2 than in version 3.1. This difference arises partly because version 3.2 projects a pronounced decrease in mean TC intensity in the SPO. The 20-km-mesh model version 3.2 projects a northward shift in the most intense TCs (category 5) in the WNP, indicating an increasing potential for future catastrophic damage due to TCs in this region.