冨川喜弘 （国立極地研究所・トロント大学）

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1 冨川喜弘 （国立極地研究所・トロント大学）
南極下部成層圏研究のレビュー 冨川喜弘　（国立極地研究所・トロント大学） 南極昭和基地大型大気レーダー（PANSY）でできることは？

2 温度構造 対流圏界面は通常10km以下 →広い成層圏 対流圏界面を越えても気温は高度20km付近まで減少 →特異な温度構造
Tropopause

3 子午面循環 下降流に伴う断熱加熱が放射平衡から大きく外れた温度分布を実現
熱帯の上昇流（～0.3mm/s)に比べて強い下降流（～0.6mm/s) →MSTレーダーによる直接検出は無理 →子午面循環の変化は気温変動として現れる（PSC生成への影響） 子午面循環の変化は物質分布に大きな影響 →成層圏の水蒸気増加 →オゾンホール回復の遅れ

4 ダウンワードコントロール ある高度の鉛直流速は上層の運動量収束(wave drag)の総和の南北微分で決まる 余田 (1995)より抜粋

5 重力波パラメタリゼーション 対流圏から上層への運動量輸送はプラネタリ波と重力波によって為される
プラネタリ波による運動量輸送はモデルで陽に表現可能 モデルで陽に表現できない重力波による運動量輸送はパラメタライズ 重力波パラメタリゼーションの不確定性が子午面循環の再現を困難にする →Cold Pole Problem

6 Wave Dragの鉛直分布 パラメタリゼーションの種類によってwave dragの鉛直分布が異なる →駆動される子午面循環が異なる →温度分布にも影響 特にMSTレーダーの中間圏モードで重要 Alexander and Dunkerton (1999)より抜粋

7 Source Spectrumの分布 重力波のSource Spectrumは位相速度と水平波長（分散関係を通じて周波数と鉛直波長に変換可能）、さらに緯度の関数といった形で与えられる MSTレーダーでの高時間分解能観測 →重力波活動度の周波数依存性 極域でのMSTレーダー観測は皆無 →ラジオゾンデ観測に基づく極域重力波の統計解析はある(e.g., Yoshiki and Sato, 2000)が、時間分解能・測定精度に問題あり →極域での重力波活動度の新しい知見

8 重力波の南北伝播 南北伝播する重力波は運動量も輸送する
→重力波によるwave dragの鉛直積分は、下端を通過する上向き運動量フラックスだけでは決まらない 極域成層圏で観測される重力波の一部は低緯度方向から伝播 Sato et al. (2003)より抜粋

9 水蒸気観測 成層圏の水蒸気増加トレンド →子午面循環が弱くなったことで気塊の成層圏での滞留時間が延び、メタンの酸化による水蒸気生成が増加
→赤外放射の増加による成層圏寒冷化 →対流圏界面の上昇（観測が容易な気候変動シグナル） Shepherd (2002)より抜粋

10 SnowWhite 安価で簡便な水蒸気ゾンデ 2003年に昭和基地で試験観測
増加トレンドのvalidationには夏季観測の蓄積が必要 →20km付近に温度の極小が現れる冬季には、下降流に伴うdehydration（熱帯対流圏界面と逆）が起こる →熱帯下部成層圏とは逆向きのテープレコーダーが存在？（冬季観測も面白い） 極域下部成層圏は子午面循環の終着点 →成層圏水蒸気量の変化に伴う気候変動シグナルが最も強く現れる

11 Sub Vortex 高度16km以上では極渦境界が輸送障壁として働くが、16km以下では働かない
南半球では北半球に比べて輸送障壁が下層に及んでいる →極渦の強さに起因？ McIntyre (1995)より抜粋

12 フィラメント構造 Orsolini et al. (1997)より抜粋

13 重力波砕波による乱流拡散 Whiteway et al. (2003)より抜粋

14 重力波によるPSC生成 MPLとラジオゾンデによる複合観測の成功例 Shibata et al. (2003)より抜粋

15 オゾンホール オゾンホールの将来予測には子午面循環の正確な見積もりが必要
弱い子午面循環⇔強い極渦（極渦の寒冷化） 　　→オゾンホールの長期持続 　　→PSC生成の活発化 　　→子午面循環によるオゾン供給の減少 　　→中緯度との大気交換の減少 温室効果・オゾン減少による成層圏寒冷化の影響 ⇒オゾンホールの強化・長期持続

16 極渦境界領域に卓越する短周期擾乱 極渦境界領域で卓越 水平波長2000km 周期12～24時間 背景風に対して西向きの位相速度
極渦境界領域の渦位勾配の極大に捕捉された波動 以上、Tomikawa and Sato (2003)より抜粋

17 Antarctic Oscillation (AAO)
極渦（または極夜ジェット）の強弱と対応 AAOの下方伝播は波動－平均流相互作用によって実現？ Kuroda and Kodera (2001)より抜粋

18 まとめ 重力波と子午面循環 水蒸気、オゾン（と子午面循環） 物質の輸送・混合
極域下部成層圏には強い気候変動シグナル (e.g., 気温、水蒸気、対流圏界面高度）

19 PANSYでできることは？ PANSY単体では 　・重力波 　・乱流 が中心になるが、 　・水蒸気ゾンデ 　・ラジオゾンデ・オゾンゾンデ 　・ライダー観測 　・GPS掩蔽による温度観測 　・人工衛星による微量成分観測 などとの複合観測を行うことで、物質輸送や気候変動への問題提起が可能