A Study on the Interhemispheric Coupling of the Middle Atmosphere Using a High-resolution General Circulation Model

利用高分辨率大气环流模型研究中层大气半球间耦合

基本信息

批准号：
22KJ0587
负责人：
奥井晴香
金额：
$ 1.41万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、高解像度ハイトップ大気大循環モデルを用いて、特に大気重力波（以下、重力波）の役割に注目しながら中層大気の力学変動および遠隔結合過程の解析を行っている。中層大気では、大気波動による運動量の再分配によって放射で決まる構造とは大きく異なる循環・温度場が形成・維持されている。重力波は特に中間圏の循環の駆動において中心的な役割を果たす。しかし、時空間スケールが小さい波であるため、多くの気候モデルでは重力波による運動量輸送はパラメタリゼーションによって表現されている。重力波そのものを解析できる全球一様なデータセットは非常に少なく、このために重力波の中層大気力学における役割には未解明な点が多くある。本研究で用いるJapanese Atmospheric General Circulation Model for Upper Atmosphere Research（JAGUAR）は、重力波を陽に扱う全球モデルで、地表から下部熱圏までの全中性大気を含むモデルとしては世界トップレベルの解像度を持つ。このモデルをデータ同化システムJAGUAR-DAS（Koshin et al., 2020, 2022）で作成された再解析データで初期値化し、北半球冬季の再現実験を実施した。この結果を、近年発表された3次元残差循環の理論（e.g., Kinoshita et al., 2019）なども用いながら解析している。当該年度には、成層圏突然昇温に対する冬季成層圏・中間圏の応答メカニズムを調べ、重力波によるプラネタリー波の発生が上部中間圏の昇温をもたらすことを示し、論文として発表した（Okui et al., 2021）。また、重力波の鉛直波数スペクトルを全球で調べ、レーダー・衛星観測との整合性を確認するとともに、東西風ジェット下部の鉛直シアーが重力波の飽和に与える影響を明らかにした。

本研究利用高分辨率高顶大气环流模型来分析中层大气的动态变化和远程耦合过程，特别关注大气重力波（以下简称重力波）的作用。在中层大气中，大气波引起的动量重新分布产生并维持了与辐射决定的结构有很大不同的环流和温度场。引力波在驱动中间层循环方面尤其发挥着核心作用。然而，由于波的时空尺度较小，在许多气候模型中，引力波引起的动量传递是通过参数化来表达的。能够分析引力波本身的全球统一数据集非常少，因此，引力波在中层大气动力学中的作用存在许多未知数。本研究中使用的高层大气研究用日本大气环流模型（JAGUAR）是明确处理引力波的全球模型，是世界上分辨率最高的模型，涵盖了从地球表面到低层热层的整个中性大气层。有该模型利用数据同化系统JAGUAR-DAS（Koshin et al., 2020, 2022）创建的再分析数据进行初始化，并进行了北半球冬季的再现实验。我们正在使用最近发表的三维剩余循环理论（例如，Kinoshita 等人，2019）来分析这一结果。同年，我们研究了冬季平流层和中间层对平流层突然增温的响应机制，并发表论文表明引力波引起的行星波的产生导致中层上部温度升高（Okui等，2015）。 ., 2021)。此外，我们还考察了全球引力波垂直波数谱，证实了与雷达和卫星观测的一致性，并阐明了纬向急流底部垂直切变对引力波饱和度的影响。