大気自由振動モード群の生成・維持・減衰機構の解明

阐明大气自由振动模式的产生、维持和阻尼机制

• 批准号: 21K03661
• 负责人: 坂崎 貴俊
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03661/
• 关键词: 自由振動; ペケリスモード; 地上気圧; 大気再解析; 赤道波; 準二年周期振動; トンガ噴火; Lamb波; 再解析データ; 熱帯成層圏; 大気波動; 気候モデル

本研究は、観測データ・気候モデルデータの統合解析と数値シミュレーションの実施により「自由振動はどのように生成・消失するのか？」という問題の解決を通じて、大気の素過程について理解を深めることを目的としている。その研究を進めていく過程で、自由振動現象そのものについて、以下の二つの成果を得た。(1) ペケリスモードの発見：トンガの火山噴火に伴う気圧パルス波の解析により、これまで知られていた自由振動モード（ラムモード）とは異なるモード（ペケリスモード）が存在することを初めて明らかにした。これは理論的には予測されていたものだが、観測データを用いて同定したのは世界初である。さらに、過去40年にわたる地上気圧データを統計的に解析したところ、このPekerisモードは今回の火山噴火時のみならず、常時存在していることも明らかになった。これらの結果は国際ジャーナル論文で公開された(Watanabe et al., 2022)。(2) 生の観測データを用いた自由振動モードの同定：研究代表者がこれまで自由振動モードの同定に成功した一連の研究(Sakazaki & Hamilton,2020; Watanabe et al., 2022)では、観測データを数値モデルに同化して得られるデータセット（再解析データ）を主に用いてきた。しかし、このデータに現れる自由振動がどれだけ生の観測データの変動を反映しているかは定かでなかった。今回新たに、時空間的に非均一な生の観測データだけから自由振動モードを同定する手法を考案し、全球地上気圧データに適用したところ、生のデータにも自由振動モードの変動が現れていることを明らかにした。現在国際ジャーナル論文へ投稿準備中である。

这项研究的目的是通过对观测数据和气候模型数据的综合分析以及数值模拟来解决“自由振荡是如何产生和消散的”问题，从而加深我们对大气基本过程的理解。在进行这项研究的过程中，我们获得了以下两个关于自由振动现象本身的结果。 (1) Pekeris模态的发现：对汤加火山喷发相关的压力脉冲波的分析首次揭示了与先前已知的自由振动模态(Lam模态)不同的模态(Pekeris模态)的存在。尽管这是理论上的预测，但利用观测数据确定这一点在世界上尚属首次。此外，对过去40年地表压力数据的统计分析表明，这种佩克里斯模式不仅存在于本次火山喷发期间，而且在任何时候都存在。这些结果发表在一篇国际期刊文章中（Watanabe 等人，2022）。 （2）利用原始观测数据识别自由振动模式：在主要研究者成功识别自由振动模式的一系列研究中（Sakazaki & Hamilton，2020；Watanabe et al.，2022），观测我们主要使用通过将数据同化到数值模型中获得的数据集（再分析数据）。然而，尚不清楚该数据中出现的自由振荡在多大程度上反映了原始观测数据的波动。这次，我们设计了一种仅从时空不均匀的原始观测数据中识别自由振动模式的新方法，并将其应用于全球表面压力数据，发现自由振动模式的波动也出现在原始数据中。确实有。我们目前正在准备将论文提交给国际期刊。

项目成果

Discovery of quasi-stationary equatorial waves trapped in stratospheric QBO westerly and easterly Jets

发现平流层 QBO 西风和东风急流中困住的准静止赤道波

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Sakazaki

research map

研究地图

ハワイ大学(米国)

夏威夷大学（美国）

First Detection of the Pekeris Internal Global Atmospheric Resonance: Evidence from the 2022 Tonga Eruption and from Global Reanalysis Data

首次检测到 Pekeris 内部全球大气共振：来自 2022 年汤加火山喷发和全球再分析数据的证据

• DOI: 10.1175/jas-d-22-0078.1
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 3.1
• 作者: Watanabe Shingo;Hamilton Kevin;Sakazaki Takatoshi;Nakano Masuo
• 通讯作者: Nakano Masuo

地上観測データに基づく 高周波自由振動モードの更なる証左

基于地面观测数据的高频自由振动模式的进一步证据

• 发表时间: 2022
• 作者: 坂崎貴俊