高解像度全球予報システムによる成層圏界面上昇現象のメカニズム及び予測可能性の解明

利用高分辨率全球预报系统阐明平流层上升现象的机制和可预测性

基本信息

批准号：
16J09665
负责人：
野口峻佑
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Japan, Meteorological Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

（１）気象研究所大気大循環モデルの高層化・高解像度化を行い、成層圏界面上昇（ES）イベントの再現性向上を図った。改変を施した設定（水平20km格子、鉛直～300層）で、近年生起したESイベントを対象とした再現・比較実験（下層大気は拘束）を行なった結果、低解像度設定（水平110km格子、鉛直80層）の場合と比べて、成層圏界面の構造がより現実的になることが確かめられた。同時に、極夜ジェット軸上の重力波伝播や赤道域準二年振動に関係した基本場変動の再現性も向上することを確認した。（２）成層圏以高の領域で卓越する不安定擾乱に関して、昨年度に作成した長期にわたる初期摂動を用いた統計調査を行なった。いくつかの成層圏突然昇温について、その生起直前の上部成層圏において（変曲した極渦の順圧不安定と考えられる）高い成長率を持った摂動が出現する場合があることを示した。また、2017年にシステム仕様に大きな変更のあった気象庁現業予報の初期摂動も調査し、同様の傾向が見られることを確認した。（３）ESイベントに伴うオゾン破壊物質（主にNOx）の下方輸送が下層大気循環場へ与える影響の評価を、気象研究所地球システムモデルを用いて実施した。昨年度に構築した実験設定を洗練させ、最悪ケース（最大規模のESイベントが生起したタイミングで、最大規模の高エネルギー粒子降り込みが生じ、上空で大量のNOxが生成・輸送された状況）を想定し、その効果を取り入れるか否かによって生じる差異を、100メンバー程のアンサンブル感度実験を行うことによって調べた。結果、極域上部成層圏におけるオゾン破壊により、その場での低温偏差およびその直下での高温偏差が引き起こされ、成層圏中緯度帯において有意な東風偏差が生じることが確かめられた。また、この東風偏差はその後の波-平均流相互作用により増幅し、成層圏最終昇温のタイミングを早めうることを示した。

（1）气象研究院大气环流模型更高层、更高分辨率，提高平流层上升（ES）事件的再现性。通过使用修改设置（水平20公里网格，垂直300层）针对近年来发生的ES事件（低层大气限制）进行再现/比较实验，我们发现较低分辨率设置（水平20公里网格，垂直300层）使用了 110 公里网格，垂直约 300 层），已证实平流层顶的结构比 80 层的情况更加真实。同时，我们证实极夜急流轴上与引力波传播有关的基本场波动和赤道准两年一次振荡的再现性也得到了提高。（2）针对平流层以上区域普遍存在的不稳定扰动，我们利用去年产生的长期初始扰动进行了统计调查。我们发现，在某些平流层突然变暖的情况下，在突然变暖发生之前，平流层上层可能会出现高增长率的扰动（被认为是弯曲的极地涡旋的正压不稳定）。我们还调查了日本气象厅现场预报的初始扰动，该预报在 2017 年系统规范发生了重大变化，并确认观察到了类似的趋势。 (3)利用日本气象研究所的地球系统模型评估了与ES事件相关的臭氧消耗物质(主要是NOx)向下输送对低层大气环流场的影响。我们改进了去年建立的实验设置，并假设了最坏的情况（即最大数量的高能粒子与最大的ES事件同时发生的情况，并且在内部产生和运输大量的NOx）我们通过对大约 100 名成员进行了集合敏感性实验，研究了是否纳入该效应所造成的差异。结果证实，极地平流层上部臭氧消耗导致了原位低温异常和紧邻高温异常，以及中纬度平流层显着东风异常。我们还表明，这种东风异常会被随后的波浪-平均流相互作用放大，并且可以提前最终平流层变暖的时间。