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。

大气重力波是中层大气动力学中的重要波之一。然而，一直缺乏关于引力波对平均风的影响的观测研究，特别是在南极洲等难以到达的地区。在这项研究中，我们利用最近在昭和站安装的南极洲第一台大型大气雷达PANSY雷达一年的数据（2013年1月至12月）对大气重力波进行了研究。使用的PANSY雷达观测数据的垂直分辨率为150 m，时间分辨率为30分钟。光谱分析表明，对流层顶上方10至12公里高度处主要存在垂直波长约4公里、地面周期超过4小时的波状扰动。因此，我们对这种波状扰动进行了光记录分析，研究了引力波的力学特性。有趣的是，与中低纬度地区不同，波浪动力学没有显着的季节性变化。简单来说，冬季和夏季的区别在于，固有频率与惯性频率的比值冬季较小，为0.40，夏季较大，为0.45，平均水平波长冬季稍短，为140公里，夏季较短。夏季有160公里，相当长。全年垂直波长约为1.85公里。冬季能量传播方向向下的情况为 18.4%，夏季为 10.7%。这是中低纬度地区所未见的大值，与此前少数关于南极引力波的研究结果一致。接下来，我们使用对称梁法估计了水平动量的南北通量。研究发现，当对流层中气旋等天气尺度现象占主导地位时，该值会变得明显更大。这一结果表明，对流层顶上方重力波的产生与对流层的天气尺度事件密切相关。研究结果提交给欧洲地球科学联盟旗下期刊《地球物理学年鉴》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