冬期極域成層圏対流圏循環の変動に おける赤道域ＱＢＯの影響の 統計的有意性 KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 南極昭和基地大型大気レーダープロジェクト（ＰＡＮＳＹ）研究集会 2004.12.21 冬期極域成層圏対流圏循環の変動に おける赤道域ＱＢＯの影響の 統計的有意性 内藤 陽子 ・ 余田 成男 （京大・理） 1. Introduction 2. 数値実験編 ― たくさん時間積分して統計解析 - Naito, Taguchi & Yoden (2003) [JAS, 60, 1380— ] 3. 現実大気編 ― 実験で得られた結果を確認 - Naito & Yoden (2005) [SOLA, submitted] 4. Summary A Statistical Analysis by Using Large Samples

KAGI International Symposium Beppu, 2004 1. Introduction November 3, 2004 成層圏対流圏大気循環の変動が受ける影響 (Yoden et al., 2002; JMSJ ) Equatorial Extratropical dynamical variability Stratospheric Sudden Warming (SSW) events A Statistical Analysis by Using Large Samples

中高緯度へのＱＢＯ影響に関する過去の研究 KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 中高緯度へのＱＢＯ影響に関する過去の研究  現実大気データの解析 - Holton & Tan (1980, 1982) ; Labitzke (1982) - Dunkerton & Baldwin (1991) ; Naito & Hirota (1997) ＱＢＯの位相 西風相（Ｗ） 東風相（Ｅ） 月平均で見た 極渦の状態 強い 冷たい 弱い 暖かい 大昇温 （大規模な突然昇温） 少ない （7回 / 26年） 多い （13回 / 20年） 数値実験 • 現実大気データの解析結果を支持 - Holton & Austin (1991) ; O’Sullivan & Young (1991) - Gray et al. (2001, 2003) - Niwano & Takahashi (1998) ; Hamilton (1998) A Statistical Analysis by Using Large Samples

KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 2. 数値実験編 Naito, Taguchi and Yoden (2003) [JAS, 60, 1380— ]  使用したモデル 簡略化した３次元大気循環モデル  ＱＢＯ位相を模した強制 du / dt = …… - aQBO ( u - UQBO ) aQBO : 緩和時間係数 ; UQBO : 基本プロファイル (いずれも赤道域下部成層圏に限るような分布)  長時間積分 • 10800日 x 9とおり  標本の大きさ • 境界条件：常に冬の状態、ＱＢＯ強制も時間変化なし A Statistical Analysis by Using Large Samples

対流圏 449hPa での 冬極の温度の 頻度分布 データ数: 10800日ずつ KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 E1.0 W1.0 Frequency (%) Temperature (K) 対流圏 449hPa での 冬極の温度の 頻度分布 データ数: 10800日ずつ ~1K 正規分布に近い ほとんど重なっている A Statistical Analysis by Using Large Samples

 大標本法による、二つの平均値の差の検定 KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004  大標本法による、二つの平均値の差の検定 統計量 Z : NW と NE が十分大きければ標準正規分布 標本を取り出した母集団の平均が等しいという仮説のもとで Z が 40.6 に達する確率は非常に小さい (< 10-27) [TW] : TW の平均値 [TE] : TE の平均値 sW2 : TW の分散 sE2 : TE の分散 NW : TW の標本サイズ NE : TE の標本サイズ 二つの平均値の差は非常に有意 A Statistical Analysis by Using Large Samples

KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 3. 現実大気編 Naito and Yoden (2005) [SOLA, submitted ]  解析したデータ NCEP/NCAR再解析データ　1958-2003年(46年分) - 12月-1月-2月(北半球の冬)の日々のデータを解析  ＱＢＯ位相の定義 赤道東西風データ (courtesy of Dr. Naujokat) - 40-50hPaの平均値を使って、冬ごとに位相を決定  西風相（Ｗ） 2316日、東風相（Ｅ） 1834日 連続データの独立性 (Laurmann & Gates 1977) 標本サイズ N を N’  N / t0 に置換え t0 : Effective sampling time (日) - およそ成層圏で月、対流圏で週のオーダー A Statistical Analysis by Using Large Samples

帯状平均温度の Effective sampling time t0 (日) KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 帯状平均温度の Effective sampling time t0 (日) 灰色: t0 > 300日 30 成層圏 月(数十日) のオーダー pressure (hPa) 対流圏 20 週(十数日) のオーダー 10 latitude A Statistical Analysis by Using Large Samples

KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 帯状平均温度のコンポジット差 (K) 青色: 西風相（Ｗ）のほうが低温 50 hPa 差が最大 ~4K pressure (hPa) 250 hPa ~2K latitude A Statistical Analysis by Using Large Samples

帯状平均温度のコンポジット差の統計的有意性 (%) KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 帯状平均温度のコンポジット差の統計的有意性 (%) 灰色: t0 > 300日 50 hPa 98.30 % pressure (hPa) 250 hPa 最も有意99.9985 % latitude A Statistical Analysis by Using Large Samples

KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 冬極の温度の頻度分布: 対流圏 250hPa ~2K 西風相（W） 東風相（E） 2316日 1834日 有意性 99.9985 % 正規分布に近い ほとんど重なっている A Statistical Analysis by Using Large Samples

KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 4. Summary 実験と解析の新しい枠組みを提案 • 簡略化した３次元大気循環モデルを用いて、 実験パラメータを変えての長時間積分が可能 • 中高緯度成層圏対流圏循環の変動に対する 赤道域ＱＢＯの影響の統計的有意性を 大標本法で検定 この手法の応用 • 他の外的強制の影響もこの手法で調べられる (例: 太陽活動１１年周期変動、火山エアロゾル、 エルニーニョ南方振動、等々) A Statistical Analysis by Using Large Samples

KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 PANSYへのお願い • 観測の長期間継続 …… データが長すぎることはない 長ければ長いなりの統計ができる A Statistical Analysis by Using Large Samples

That’s all. Thank you for your attention. KAGI International Symposium Beppu, 2004 November 3, 2004 That’s all. Thank you for your attention. A Statistical Analysis by Using Large Samples