新たな雲追跡手法による金星大気の角運動量輸送の解明

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金星の高度70 km付近ではスーパーローテーションと呼ばれる最大で100 m/sを超える西向きの風が常に全球的に吹いているが、その形成メカニズムは解明されていない。大気中を伝播する波動は運動量輸送を伴い、大気の加速減速に寄与するため、スーパーローテーションの形成に関わると考えられており、大気波動の性質を明らかにすることは大気循環の理解につながる。メカニズムの候補の一つに高緯度の不安定性に起因する波動がある。金星の高度70 km付近では極向きの子午面循環があると考えられており、大気は高緯度に輸送されるにつれ、角運動量保存の観点からその角速度を増していく。高緯度で増大した空間的な速度差を解消しようとする不安定が発達し、波動が励起され、赤道に運動量を輸送することで大気を加速し、スーパーローテーションが形成されるとする説である。しかしながら、金星の高緯度において雲追跡により観測的に風速場を推定しようとすると、筋状模様が卓越するために筋に沿った方向の雲の移動が分からず、雲追跡による風速推定が困難であるという問題があった。これを解決するため、相関係数を計算する小領域内での筋の方向を自動で検知し、その方向で水平微分し筋模様を除去した画像を用いて雲追跡を行うアルゴリズムを開発した。この手法をあかつきの紫外画像に適用し風速場の推定を行い、得られた風速場の時系列データに周期解析を適用することで、2017年7月に赤道域の東西風、中緯度の南北風に4.9日の周期性が検出された。検出された4.9日周期の変動の空間構造を再現したところ、金星に存在すると考えられている惑星規模波動であるロスビー波と整合し、赤道向きにスーパーローテーションを加速させる向きの運動量輸送を伴うことが分かった。提案手法により初めて金星におけるロスビー波の全体像が捉えられ、スーパーローテーションの加速に寄与していることが分かった。