大気内部で発生する非地形性慣性重力波の放射メカニズムおよびその特性の理論的解明

大气中非地形惯性重力波辐射机制及特征的理论阐明

基本信息

批准号：
13J08466
负责人：
安田勇輝
金额：
$ 1.92万
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

项目摘要

大気や海洋は様々な時間・空間スケールの運動を含む。そのため、ある現象を理解するためには、その現象に関わる要素を抽出し調べる必要がある。申請者は、理論的な抽出方法に着目し、二つの異なる大気・海洋現象を調べている。一つ目は、北大西洋の縁海に関する研究である。これらの縁海は、海洋深層水の数少ない生成源であり、気候変動に大きな影響を与える。昨年度は、力学モデルから得られる線形方程式系に修正を行い、理論予測の精度向上を示した。本年度は、昨年度までに得られた結果をまとめて、国際論文誌に発表した。二つ目は、熱・統計力学の極渦への応用である。極渦とは、冬季極域の成層圏に現れる巨大な孤立渦である。南半球では、極渦がオゾンホール生成の主要因の一つであり、その理解は実際問題としても重要である。極渦は、対流圏起源の波動により常に乱されており、この乱れが大きくなると崩壊する。この現象は成層圏突然昇温 (以下 SSW) と呼ばれる極端気象の一つである。本年度は極渦に熱・統計力学の方法を適用し、SSW の新解釈を明らかにした。具体的に、理論・数値モデル・気象庁再解析データの三つを相互比較し、新解釈を提示した上で、その妥当性を示した。まず、気象庁55年長期再解析データ (JRA-55) を用いて、簡単な数値モデルの実験結果の妥当性を確認した。具体的に、JRA-55 から得られる SSW 時の渦位分布を平均したものを比較対象とし、数値モデルがこの渦位分布を再現できることを確認した。次に、熱・統計力学の理論的方法を用いて、数値モデルの実験結果を詳細に調べた。結果として、SSW は準安定状態から平衡状態への遷移と解釈できる可能性が強く示唆された。この結果は複数の国内学会で発表した後、現在、国際論文誌へ投稿準備中である。

大气和海洋涉及不同时间和空间尺度的运动。因此，为了理解某种现象，就必须提取并研究与该现象相关的要素。申请人专注于理论提取方法并研究两种不同的大气和海洋现象。第一个是北大西洋边缘海的研究。这些边缘海是少数深海水源之一，对气候变化具有重大影响。去年，我们通过修改动力学模型得到的线性方程组，提高了理论预测的准确性。今年，我们汇总了去年获得的结果，并将其发表在国际期刊上。第二个是热力学和统计力学在极涡中的应用。极地涡旋是冬季极地地区平流层中出现的巨大孤立涡旋。在南半球，极地涡旋是造成臭氧空洞形成的主要因素之一，对其的理解具有重要的实际意义。极涡不断受到来自对流层的波的干扰，当这种干扰变大时，它就会崩溃。这种现象是一种极端天气事件，称为平流层突然变暖（SSW）。今年，我们将热力学和统计力学方法应用于极地涡旋，并阐明了对 SSW 的新解释。具体来说，我们比较了理论、数值模型和日本气象厅再分析数据，提出了新的解释，并证明了其有效性。首先，我们利用日本气象厅55年长期再分析数据（JRA-55）证实了简单数值模型实验结果的有效性。具体来说，我们比较了从 JRA-55 获得的 SSW 期间的平均涡流势分布，并确认数值模型可以重现这种涡流势分布。接下来，我们利用热力学和统计力学的理论方法详细研究了数值模型的实验结果。结果强烈表明，SSW 可以解释为从亚稳态到平衡状态的转变。该成果已在多个国内会议上发表，目前正在准备提交给国际期刊。