高解像度大気大循環モデルと大型大気レーダーを用いた大気重力波の研究

利用高分辨率大气环流模型和大尺度大气雷达研究大气重力波

• 批准号: 13F03734
• 负责人: 佐藤 薫
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13F03734/
• 关键词: 大気重力波; 南極大気; 大型大気レーダー; 南極大型大気レーダー; 成層圏; 大重力波; 大気大循環; 中層大気; 気候モデル

大気重力波は中層大気の力学において重要な波動の1つである。しかしながら、重力波による平均風に働く強制に関する観測的研究は、特に南極のようなアクセスのしにくい場所においては不足していた。本研究では、最近昭和基地に設置された南極初の大型大気レーダーであるPANSYレーダーによる1年分（2013年1～12月）のデータを用いて大気重力波の研究を行った。用いたPANSYレーダー観測データの鉛直分解能は150mであり、時間分解能は30分である。スペクトル解析等を行ったところ、鉛直波長約4kmおよび対地周期4時間以上の波状擾乱が対流圏界面直上の高度10～12kmに卓越していることがわかった。そこで、この波状擾乱に対してホドグラフ解析を行い、重力波の力学特性を調べた。興味深いは、中低緯度と異なり、波の力学特性に顕著な季節変化が見られないことである。強いて言えば、冬と夏の違いとして、固有周波数と慣性周波数の比が冬には0.40と小さく、夏には0.45と大きくなっていること、平均水平波長は冬に140kmとやや短く、夏に160kmとやや長いことが指摘される。鉛直波長は年間を通して1.85km程度であった。エネルギーの伝播方向は冬が18.4%、夏が10.7%が下向きであった。これは中低緯度には見られない大きな値であり、南極重力波に関する数少ない先行研究の結果とも一致する。次に、対称ビーム法を用いて、水平運動量の南北フラックスの推定を行なった。その値は、対流圏での低気圧等の総観規模現象が卓越しているときに顕著に大きくなっていることがわかった。この結果は、対流圏界面直上の重力波の発生が対流圏での総観規模イベントに強く関連していることを示唆する。この結果はヨーロッパ地球科学連合の学術誌Annales Geophysicaeに投稿し、受理された。

大气重力波是大气中部力学中的重要振动之一。然而，缺乏对引力波诱导的强迫力的观察性研究，尤其是在无法接近南极等位置。在这项研究中，我们使用一年（2013年1月至2013年12月）的数据使用Pansy Radar（南极洲的第一个大型大气雷达）进行了一项研究，该研究是最近在Showa Air Base安装的。使用的纵向雷达观察数据的垂直分辨率为150m，时间分辨率为30分钟。光谱分析表明，垂直波长约为4公里，在地面上的垂直波长为4公里或更长时间，在对流层界面上方10-12km的高度上均出色。因此，对这种波样干扰进行了大扫描分析，以研究重力波的机械性能。有趣的是，与中低纬度不同，波浪的机械性能没有显着变化。如果我不得不说，请指出冬季和夏季之间的差异是，冬季的固有频率与惯性频率的比率在冬季为0.40，夏季为0.45，冬季的平均水平波长在冬季的140公里略短，夏季在160公里处更长。垂直波长全年约1.85公里。冬季的能量传播方向为18.4％，夏季为10.7％。这是在中纬度和低纬度纬度上找不到的很大值，并且与先前关于南极重力波的一些研究的结果一致。接下来，使用对称光束方法估算了水平动量的南北通量。发现当天气尺度现象（例如对流层中的气旋）是出色的，该值显着增加。该结果表明，直接在对流层界面上的引力波的产生与对流层中的天气尺度事件密切相关。结果已提交给欧洲地球科学联盟的学术期刊Annales Geophysicae，并被接受。

项目成果

Properties of inertia gravity waves in the lower stratosphere as observed by the PANSY radar over Syowa Station in the Antarctic

南极昭和站上空 PANSY 雷达观测到的平流层低层惯性重力波特性

• 发表时间: 2015
• 作者: M. Mihalikova;K. Sato;M. Tsutsumi;and T. Sato
• 通讯作者: and T. Sato

Properties of inertia-gravity waves in the lowermost stratosphere as observed by the PANSY radar over Syowa Station in the Antarctic

• DOI: 10.5194/angeo-34-543-2016
• 发表时间: 2015-04
• 期刊: Annales Geophysicae
• 影响因子: 1.9
• 作者: M. Mihaliková;Kaoru Sato;M. Tsutsumi;Toru Sato