深部対流モデルによる系外惑星大気運動の多様性の数値的研究

• Project Area: New Frontiers of Extrasolar Planets: Exploring Terrestrial Planets
• Project/Area Number: 26103706
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 竹広 真一 京都大学, 数理解析研究所, 准教授 (30274426)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 系外惑星 / ホットジュピター / 同期回転惑星 / 赤道加速 / 木星大気 / 土星大気 / 赤道加速ジェット流 / 縞状構造 / 回転球殻熱対流

Outline of Annual Research Achievements

平成 27 年度は同期回転ガス惑星(ホットジュピター)を想定したパラメター数値実験を行なった. 用いたモデルは地球流体電脳倶楽部の惑星大気大循環モデル DCPAM5 である(http://www.gfd-dennou.org/library/dcpam/). 動径方向に静水圧近似を仮定した 3 次元プリミティブ系に入射短波放射と長波放射を表現するための 2 バンドの放射過程を適用している. 入射中心星放射は同じ半球面を常に照らしている. 計算領域を大気圧 1e7 Pa の深さまでとった. 計算領域下面からの熱流はない. 解像度は経度方向に128 点, 緯度方向に 64 点(三角波数切断 42), 鉛直方向に 50 点とした.
観測により物理パラメターが比較的よく同定されている系外惑星 HD209458b の状況での数値計算を標準実験として, 中心星からの放射強度を減少させて数値実験を行なった. 入射中心星放射強度が HD209458b の値(1e6 W/m^2)の場合には, 強い赤道超回転ジェットが生成し, 1 気圧レベルまで達している. 入射中心星放射強度を弱めていくにつれて, 赤道ジェットは弱まり浅くなっていく. そして入射中心星放射強度を 1e3 W/m^2 にまで下げると, 赤道ジェットは回転と逆方向に向き, 高緯度の回転と同方向のジェットが卓越する. この東西ジェット流の向きの遷移は, 入射放射強度が低いと冷却時定数が長いくなり, 速度擾乱の緯度成分と経度成分の相関が逆転し角運動量輸送が赤道から中高緯度へと運ばれるようになるからである.
この新たに見いだされた, 潮汐固定されたガス惑星の赤道逆行ジェットの大気大循環レジームは, これまでに提唱されていた赤道順行ジェットの大気大循環とは対照的なものである.

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Bifurcation structure of two-dimensional viscous zonal flows on a rotating sphere (2015)
  • Author(s): Eiichi Sasaki, Shin-ichi Takehiro and Michio Yamada
  • Journal Title: Journal of Fluid Mechanics Volume: 774 Pages: 224-244
  • DOI: 10.1017/jfm.2015.262
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Regeneration cycle and the covariant Lyapunov vectors in a minimal wall turbulence (2015)
  • Author(s): Masanobu Inubushi, Shin-ichi Takehiro, and Michio Yamada
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 92 Issue: 2 Pages: 023022-023022
  • DOI: 10.1103/physreve.92.023022
  • NAID: 120005672620
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Equatorial symmetry of Boussinesq convective solutions in a rotating spherical shell allowing rotation of the inner and outer spheres (2014)
  • Author(s): K.Kimura, S.Takehiro, M.Yamada
  • Journal Title: Physics of Fluids, Volume: 26 Issue: 8
  • DOI: 10.1063/1.4893374
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 潮汐固定されたガス惑星の大気大循環の多様性 -- 入射中心星放射強度に対する依存性 (2016)
  • Author(s): 竹広真一, 高橋 芳幸, 中島 健介, 林 祥介
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2016 年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2016-05-26
• [Presentation] 潮汐固定されたガス惑星の大気大循環の多様性 -- 入射中心星放射強度に対する依存性 (2016)
  • Author(s): 竹広真一, 高橋 芳幸, 中島 健介, 林 祥介
  • Organizer: 日本気象学会 2016 年春季大会
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター
  • Year and Date: 2016-05-18
• [Presentation] Diversity of atmospheric circulations of tidally locked gas giant planets -- dependence on the intrinsic heat flux strength (2016)
  • Author(s): Takehiro, S., Takahshi, Y. O., Nakajima, K., Hayashi,Y.-Y.
  • Organizer: International Workshop on "Exoplanets and Disks: Their Formation and Diversity III"
  • Place of Presentation: Hotel Nikko Yaeyama
  • Year and Date: 2016-02-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高速回転する薄い球殻内の熱対流により引き起こされる表層縞状構造の 消滅 (2015)
  • Author(s): 佐々木洋平, 竹広真一, 石岡圭一, 中島健介, 林祥介
  • Organizer: 2015 年日本流体力学会年会
  • Place of Presentation: 東工大大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-26
• [Presentation] On extremum statistics in dynamical systems and two dimensional flows (2015)
  • Author(s): Takehiro, S., Yamada, M.
  • Organizer: 8th International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM)
  • Place of Presentation: Beijing
  • Year and Date: 2015-08-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高速回転する薄い球殻内の熱対流により引き起こされる表層縞状構造の 消滅 (2015)
  • Author(s): 佐々木洋平, 竹広真一, 石岡圭一, 中島健介, 林祥介
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2015 年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2015-05-25
• [Presentation] 高速回転する薄い球殻内の熱対流により引き起こされる表層縞状構造の 消滅 (2015)
  • Author(s): 佐々木洋平, 竹広真一, 石岡圭一, 中島健介, 林祥介
  • Organizer: 2015 年 日本気象学会春季大会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2015-05-23
• [Presentation] Disappearance of surface banded structure produced by thermal convection in rapidly rotating thin spherical shells (2015)
  • Author(s): Takehiro, S.
  • Organizer: 二国間交流事業共同セミナー「日仏連携による惑星大気モデル研究」
  • Place of Presentation: 神戸大学惑星科学研究センター
  • Year and Date: 2015-05-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 木星型惑星大気の縞状構造と赤道ジェットについて (2015)
  • Author(s): 竹広真一
  • Organizer: 惑星大気研究会 2015 早春
  • Place of Presentation: 東京大学理学部 1 号館 336 号室
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] 深部対流を考慮した木星型惑星大気循環の多様性-- 下面熱流分布と大気層厚さの依存性 (2015)
  • Author(s): 竹広真一, 高橋芳幸, 中島健介, 林祥介
  • Organizer: 平成 26 年度系外惑星大研究会
  • Place of Presentation: 東京大学 情報学環 福武ホール
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-03
• [Presentation] 高速回転する薄い球殻中の対流により引き起こされる表層の帯状流 (2014)
  • Author(s): 佐々木 洋平, 竹広真一, 石岡圭一, 中島健介, 林祥介
  • Organizer: 日本気象学会 2014 年度秋季大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2014-10-21
• [Presentation] 高速回転する薄い球殻内の熱対流により引き起こされる表層の帯状流 (2014)
  • Author(s): 佐々木洋平, 竹広真一, 石岡圭一, 中島健介, 林祥介
  • Organizer: 2014 年日本流体力学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学川内北キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-15
• [Presentation] 高速に回転する薄い球殻内の熱対流により引き起こされる表層の帯状流 (2014)
  • Author(s): 佐々木洋平, 竹広真一, 石岡圭一, 中島健介, 林祥介
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2014 年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-05-01