成層圏突然昇温の 再現実験に向けて 佐伯 拓郎 神戸大学 理学部 地球惑星科学科 4 回生 地球および惑星大気科学研究室
目次 本研究の概要 Matsuno (1971) について 基礎方程式 今後の研究手順 まとめと目標
本研究の概要 目的 内容 大気力学の基礎理論の理解 成層圏突然昇温の再現実験 波と平均風の相互作用についての理解 成層圏突然昇温のメカニズムを学ぶ Matsuno (1971) のモデルを参考にした数値計算
本研究の概要 成層圏の概要 高度とともに温度が増加 上下運動に対して安定 対流は起こらない 成層圏で起こる主な現象 成層圏突然昇温 赤道準二年周期振動 右図: 米国標準大気の高度分布 (松野・島崎, 1981)
本研究の概要 成層圏突然昇温とは 極域の上部成層圏において気温が突然上昇す る現象 1952 年にシェルハーク (独) が発見 気温上昇は上層ほど早く起こり, 次第に弱まり ながら下層に移動 右図: 成層圏突然昇温が発見された ときの, ベルリン上空 15 hPa, 25 hPa, 100 hPa における気 温の時間変化 (小倉, 1999)
本研究の概要 現象のメカニズム 1. プラネタリー波の伝播 2. 波と平均風の相互作用 3. 地衡風バランス崩壊 4. 極側で鉛直発散 B 面の形状・気圧分布変化 AB 間の大気に西向きの力 西風の減速 3. 地衡風バランス崩壊 4. 極側で鉛直発散 5. 下降流域で昇温 右図: 突然昇温発現機構の模式図 (Matsuno and Nakamura, 1979 を改変)
Matsuno (1971) について 研究目的 支配方程式 成層圏突然昇温の力学モデルの構築 “A Dynamical Model of the Stratospheric Sudden Warming” (Matsuno, T., 1971, J. Atmos. Sci., 28, 1479--1494) 研究目的 成層圏突然昇温の力学モデルの構築 支配方程式 帯状平均場とそこからのずれ (擾乱) とに分け た断熱的で地衡風的な渦位方程式
Matsuno (1971) について モデルの概要 主要構成要素は「プラネタリー波の伝播」と「波 と平均風の相互作用」 緯度-高度の空間 2 次元で計算 最初は計算領域全域で擾乱ゼロ 観測に則した波動を強制として与える 順圧大気
Matsuno (1971) について 想定したケース 結果 A: β面, 初期風分布一様, 波数 1 B: 球面, 初期風分布一様, 波数 1 C: 球面, 現実的風分布, 波数 1～3 結果 ケース C の波数 3 の場合を除いて, 突然昇 温時に見られる諸現象が再現された.
基礎方程式 1. 擾乱成分に対する渦位方程式 2. 帯状平均角運動量の方程式
基礎方程式 3. 帯状平均層厚の方程式 4. 帯状平均の連続の式 2～4 から帯状平均成分に対 する渦位方程式が得られる
今後の研究手順 Matsuno (1971) のケース A を再現 鉛直 1 次元で計算する β面, 初期風分布一様, 擾乱の波数 1 支配方程式の緯度依存部分を無視する
今後の研究手順 問題点 解決策 現象のメカニズム上, 緯度方向の広がりを考 慮しないと昇温を再現するのは不可能 ひとまず平均風の鉛直プロファイルの時間変 化のみ求める そして求めた平均風の様子から温度風の関係 を用いて温度場の変化を見積もる
まとめと目標 まとめ 今後の目標 波と平均風の相互作用が成層圏突然昇温の 発生において重要 Matsuno (1971) のモデルの支配方程式は断 熱的で地衡風的な渦位方程式 今後の目標 支配方程式の詳細な導出 数値計算によって現象を再現
参考文献 (1/2) 気象用語集 http://kobam-hp.web.infoseek.co.jp/meteor/top.html Matsuno, T., 1971: A Dynamical Model of the Stratospheric Sudden Warming, J. Atmos. Sci., 28, 1479—1494. Matsuno, T., Nakamura, K., 1979: The Eulerian-and Lagrangian- Mean Meridional Circulations in the Stratosphere at the Time of a Sudden Warming, J. Atmos. Sci., 36, 640—654. 松野太郎, 島崎達夫, 1981: 大気科学講座3 - 成層圏と中間圏の大気, 東京大学出版会, 279pp.
参考文献 (2/2) 小倉義光, 1999: 一般気象学 [第 2 版], 東京大学出版会, 308pp. Pedlosky, J., 1987: Geophysical Fluid Dynamics [second edition], Springer, 710pp. 辻野智紀, 2010: 鉛直一次元モデルを用いた赤道準二年周期振動の 再現実験, 神戸大学卒業論文.