Role of the troposphere-stratosphere dynamical coupling and extratropical ocean fronts for seasonal predictability of the tropospheric jet variability

• Project Area: Mid-latitude ocean-atmosphere interaction hotspots under the changing climate
• Project/Area Number: 22H04493
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Japan, Meteorological Research Institute
• Principal Investigator: 直江 寛明 気象庁気象研究所, 気候・環境研究部, 室長 (70354511)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 季節予測 / 中緯度海洋前線帯 / 海洋渦解像度モデル / 対流圏成層圏結合 / 大気海洋相互作用 / 中緯度ジェット

Outline of Research at the Start

本研究課題では、黒潮とその続流域やメキシコ湾流において対流圏成層圏結合による寒気吹き出しの季節内現象に注目し、高解像度の気象庁現業の季節予測システムを用いて、
現実的な海面水温変動分布を与えた場合と平滑化した海面水温変動分布を与えた場合などの予測実験から、中緯度海洋前線帯が対流圏ジェット変動の予測精度に与える影響の評価を行い、それらの比較解析からプロセスの解明を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

近年の詳細な衛星観測と高分解能の数値モデル実験により、黒潮などの暖流とそれに伴う中緯度海洋前線の影響は対流圏上層にまで及んでおり、季節予測の精度向上への寄与が期待されている。海洋モデルでは中緯度西岸境界流や中規模渦を表現するのに、少なくとも10km程度の高い水平格子解像度が必要とされ、高解像度化して渦の再現性を高めるとモデル気候値が有意に変化することが指摘されている。本研究では、最新の気象庁現業季節予測の大気海洋結合モデルにおける海洋モデル解像度比較実験から、冬季北大西洋における中緯度海洋前線帯の季節内予測の影響評価、および対流圏・成層圏大気の東西風気候値の変化について調べた。
低解像度モデルでは、中緯度海洋前線帯の南側でSST低温化とSSTに応答して局所的な大気循環が弱化し、先行研究と整合的である。予測SSTの精度は100km2オーダーで低解像度の方が高く、1000km2オーダーでは高解像度モデルの方が精度が高い。中緯度海洋前線領域平均SSTは前線帯近傍の大気各要素との変動に高い相関があり、北大西洋域における冬季の季節内予測（3-4週目予測）は中緯度海洋前線の表現の改善により、近傍の対流圏下層から上層にかけアノマリー相関は概ね0.1-0.2程度改善する。
低解像度結合モデルに対して、高解像度モデルには赤道付近や中緯度海洋前線帯にSST昇温が見られた。両半球の熱帯収束帯の対流活動は赤道側で活発化し、ウォーカー循環の上昇流域は太平洋側へ東偏した。対流圏上層の亜熱帯ジェット気流は赤道側で加速し、北半球成層圏の極夜ジェットは強化されていた。極夜ジェットの強化と整合的に、100hPaにおいて成層圏へ向かう上向き波活動度フラックスは正味の弱化がみられ、特に熱帯の海洋変化に関連した波数１の定在波の弱化が最も大きく寄与していることがわかった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The JRA-3Q Reanalysis (2024)
  • Author(s): KOSAKA Yuki、KOBAYASHI Shinya、HARADA Yayoi、KOBAYASHI Chiaki、NAOE Hiroaki、YOSHIMOTO Koichi、HARADA Masashi、GOTO Naochika、CHIBA Jotaro、MIYAOKA Kengo、SEKIGUCHI Ryohei、DEUSHI Makoto、KAMAHORI Hirotaka、NAKAEGAWA Tosiyuki、TANAKA Taichu Y.、TOKUHIRO Takayuki、SATO Yoshiaki、MATSUSHITA Yasuhiro、ONOGI Kazutoshi
  • Journal Title: Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II Volume: 102 Issue: 1 Pages: 49-109
  • DOI: 10.2151/jmsj.2024-004
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of the SST-Front on Subseasonal Predictions of North Atlantic Winter Circulation Using the JMA Operational Seasonal Prediction System (2023)
  • Author(s): Adachi Yukimasa、Naoe Hiroaki、Kubo Yutaro
  • Journal Title: SOLA Volume: 19 Issue: 0 Pages: 282-288
  • DOI: 10.2151/sola.2023-037
  • ISSN: 1349-6476
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improved Predictability of Summertime Rossby Wave Breaking Frequency near Japan in JMA/MRI-CPS3 Seasonal Forecasts (2023)
  • Author(s): Takemura Kazuto、Maeda Shuhei、Yamada Ken、Mukougawa Hitoshi、Naoe Hiroaki
  • Journal Title: Weather and Forecasting Volume: 38 Issue: 6 Pages: 999-1010
  • DOI: 10.1175/waf-d-22-0226.1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contribution of Anomalous Circulation to the Early Onset of Baiu in Western Japan in 2021 (2022)
  • Author(s): Takemura Kazuto、Nakae Yoshihiro、Fujihara Yoshihisa、Sato Hirotaka、Sato Hitoshi、Goto Atsushi、Naoe Hiroaki
  • Journal Title: SOLA Volume: 18A Issue: Special_Edition Pages: 21-26
  • DOI: 10.2151/sola.18A-004
  • ISSN: 1349-6476
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 気象庁現業季節予測システムにおける中緯度海洋前線帯の冬季北大西洋の季節内予測への影響 (2023)
  • Author(s): 足立恭将, 直江寛明, 久保勇太郎
  • Organizer: 日本気象学会2023年度春季大会
• [Presentation] Teleconnections of the quasi-biennial oscillation in multi-model QBOi-ENSO simulations (2023)
  • Author(s): Naoe, H., F. Serva, M. Taguchi, J. L. Garcia-Franco, C.-H. Park, J. Anstey
  • Organizer: JpGU meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of SST-front on the sub-seasonal prediction in North Atlantic winter circulation using the JMA operational seasonal prediction system (2023)
  • Author(s): Naoe, H., Y. Adachi, and Y. Kubo
  • Organizer: JpGU meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Subseasonal forecast response to ocean-model resolution in the North Atlantic winter in a JMA seasonal prediction system (2023)
  • Author(s): Naoe, H., Y. Adachi, and Y. Kubo
  • Organizer: hotspot2 Mid-latitude Ocean-Atmosphere Interactions: Their Processes and Predictability
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of SST-front on the sub-seasonal prediction in North Atlantic winter circulation using the JMA operational seasonal prediction system (2023)
  • Author(s): Naoe, H., Y. Adachi, and Y. Kubo
  • Organizer: 第28回国際測地学地球物理学連合総会（IUGG2023）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 気象庁現業季節予測システムにおける海洋モデル高解像度化の冬季季節予測への影響 (2023)
  • Author(s): 平原翔二, 石川一郎, 藤井陽介, 足立恭将, 直江寛明
  • Organizer: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [Presentation] Teleconnections of the quasi-biennial oscillation in multi-model QBOi-ENSO simulations (2023)
  • Author(s): Naoe, H., F. Serva, M. Taguchi, J. L. Garcia-Franco, C.-H. Park, J. Anstey
  • Organizer: Joint SPARC DynVar - SNAP Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MA/MRI-CPS3 再予報データにおける黒潮・メキシコ湾流の同期現象の海面熱フラックスの再現性 (2023)
  • Author(s): 山田賢, 前田修平, 竹村和人，直江寛明
  • Organizer: 日本気象学会2023年度秋季大会
• [Presentation] QBOi-ENSO実験におけるQBO遠隔影響のマルチモデル評価 (2023)
  • Author(s): 直江寛明, 田口正和, F. Serva, J. Garcia-Franco, C.-H. Park, J. Anstey, 吉田康平
  • Organizer: 日本気象学会2023年度秋季大会
• [Presentation] 気象庁現業季節予測システムにおける中緯度海洋前線帯の冬季北西太平洋の季節内予測への影響 (2023)
  • Author(s): 足立恭将, 直江寛明, 久保勇太郎
  • Organizer: 日本気象学会2023年度秋季大会
• [Presentation] JRA-3Qにおける中層大気SAOとQBOの長期トレンド (2023)
  • Author(s): 柴田清孝, 直江寛明
  • Organizer: 日本気象学会2023年度秋季大会
• [Presentation] 気象庁長期再解析(JRA-3Q)の表現と一貫性について (2022)
  • Author(s): 直江寛明, 古林慎哉, 髙坂裕貴, 千葉丈太郎, 田中泰宙, 徳広貴之, 原田やよい, 小林ちあき, 今田由紀子, 出牛真
  • Organizer: 日本気象学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 中緯度海洋前線の予測への影響評価-2020年2月の大西洋サイクロン事例- (2022)
  • Author(s): 足立恭将, 直江寛明, 久保勇太郎, 小寺邦彦
  • Organizer: 日本気象学会2022年度秋季大会
• [Presentation] JMA/MRI-CPS3における夏季日本付近での砕波頻度の季節予測可能性 (2022)
  • Author(s): 竹村和人, 前田修平, 山田賢, 直江寛明, 向川均
  • Organizer: 日本気象学会2022年度秋季大会
• [Presentation] JMA/MRI-CPS3 再予報データにおける黒潮・メキシコ湾流の同期現象の再現性と予測精度 (2022)
  • Author(s): 山田賢, 前田修平, 竹村和人, 直江寛明
  • Organizer: 日本気象学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 成層圏準二年振動(QBO)の十年規模振幅変調 (2022)
  • Author(s): 柴田清孝, 直江寛明
  • Organizer: 日本気象学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 成層圏変動の冬季極域対流圏気候への影響予測子としての役割 (2022)
  • Author(s): 黒田友二, 直江寛明
  • Organizer: 日本気象学会2022年度秋季大会
• [Presentation] Decadal variations of the quasi-biennial oscillation (QBO) in the equatorial stratosphere (2022)
  • Author(s): Naoe, H. and K. Shibata
  • Organizer: SPARC 2022 7th General Assembly
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Representation and Consistency of the Latest Japanese Reanalysis for Three Quarters of a Century (JRA-3Q) (2022)
  • Author(s): Naoe, H., S. Kobayashi, Y. Kosaka, J. Chiba, T. Y. Tanaka, T. Tokuhiro, Y. Harada, C. Kobayashi, Y. Imada, M. Deushi
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 気象研究所 直江寛明
  • URL: https://www.mri-jma.go.jp/Member/clg/kinaoehiroakina.html
• [Remarks] NAOE Hiroaki, Meteorological Research Institute
  • URL: https://www.mri-jma.go.jp/Member/clg/kinaoehiroakina.html