中層大気の物質輸送をもたらす擾乱の効果の解明

中層大気の大気大循環は様々なスケールの擾乱により駆動されている。これまで緯度高度断面の変形オイラー平均(TEM)系を用いた2次元循環の解析により、成層圏のBrewer-Dobson循環は大気重力波やプラネタリー波、中間圏の夏極から冬極に流れる子午面循環は主に大気重力波によって引き起こされることがわかっている。しかし上記の循環を含む空気塊の経度方向の流れや子午面循環の経度依存性については、まだ解明されていないことが多い。これは空気塊の3次元輸送を記述するツールの定式化がきちんと行われていなかったことが原因である。申請者は大気微量成分の3次元分布及び輸送における擾乱の役割を解明するためTEM系を3次元に拡張し、慣性重力波に適用可能な3次元ストークスドリフトと波活動度フラックスを導出した(Kinoshita et al. 2010: JMSJ Award受賞)。昨年度は上記の理論を発展させた慣性重力波とロスビー波両者に適用可能な3次元ストークスドリフトと背景場に対する波強制を記述する3次元波活動度フラックス(3D-flux-(M))を導出した。これらを上部対流圏のストームトラックやアンデス山脈領域に適用し擾乱に伴う3次元残差流を調べた結果、それぞれの領域で特徴的な構造を持つことが明らかになった。また準地衡流系の準停滞性擾乱に適用可能な3次元ストークスドリフトも導出した。次に両方の波の性質を含んだ分散関係式を導き、これを用いて波の伝播を記述する波活動度フラックス(3D-flux-(W))を定式化した。これは3D-flux-(M)と異なる形をしている。その違いを調べるため上部対流圏の擾乱に伴う3次元残差流とそれぞれの波活動度フラックスの収束発散を調べた結果、3D-flur(M)の収束発散と残差流の分布はほぼ一致するが、3D-flux-(W)の収束発散はストームトラックの上流域と下流域で若干異なることがわかった。一方3D-flux-(W)はPlumb(1986)のロスビー波の伝播を記述する3次元波活動度フラックスとほぼ一致するが、3D-flux-(M)とは異なることがわかった。現在申請者は上記の研究を二つの論文にまとめ投稿予定である。

中層大気の大気大循環は様々なスケールの擾乱により駆動されている。これまで緯度高度断面の変形オイラー平均(TEM)系を用いた2次元循環の解析により、成層圏のBrewer-Dobson循環は大気重力波やプラネタリー波、中間圏の夏極から冬極に流れる子午面循環は主に大気重力波によって引き起こされることがわかっている。しかし上記の循環を含む空気塊の経度方向の流れや子午面循環の経度依存性については、まだ解明されていないことが多い。これは空気塊の3次元輸送を記述するツールの定式化がきちんと行われていなかったことが原因である。申請者は大気微量成分の3次元分布及び輸送における擾乱の役割を解明するためTEM系を3次元に拡張し、慣性重力波に適用可能な3次元ストークスドリフトと波活動度フラックスを導出した(Kinoshita et al. 2010: JMSJ Award受賞)。昨年度は上記の理論を発展させた慣性重力波とロスビー波両者に適用可能な3次元ストークスドリフトと背景場に対する波強制を記述する3次元波活動度フラックス(3D-flux-(M))を導出した。これらを上部対流圏のストームトラックやアンデス山脈領域に適用し擾乱に伴う3次元残差流を調べた結果、それぞれの領域で特徴的な構造を持つことが明らかになった。また準地衡流系の準停滞性擾乱に適用可能な3次元ストークスドリフトも導出した。次に両方の波の性質を含んだ分散関係式を導き、これを用いて波の伝播を記述する波活動度フラックス(3D-flux-(W))を定式化した。これは3D-flux-(M)と異なる形をしている。その違いを調べるため上部対流圏の擾乱に伴う3次元残差流とそれぞれの波活動度フラックスの収束発散を調べた結果、3D-flur(M)の収束発散と残差流の分布はほぼ一致するが、3D-flux-(W)の収束発散はストームトラックの上流域と下流域で若干異なることがわかった。一方3D-flux-(W)はPlumb(1986)のロスビー波の伝播を記述する3次元波活動度フラックスとほぼ一致するが、3D-flux-(M)とは異なることがわかった。現在申請者は上記の研究を二つの論文にまとめ投稿予定である。