中間圏・熱圏大気大循環モデルの開発と計算機シミュレーションによる物理素過程の解明

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10740234
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 藤原 均 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (50298741)
• Keywords: 熱圏 / 大気ダイナミクス / 数値シミュレーション / オーロラ / ジュール加熱 / 熱圏大気大循環モデル

Research Abstract

本研究は、独自の中間圏・熱圏大気大循環モデルを構築し、グローバルな風系やエネルギー輸送の物理過程を調べることを目的として進められた。
本研究で開発された中間圏・熱圏大気大循環モデルは、水平方向に2.5°、鉛直方向に0.5スケールハイトの空間分解能を有し、従来欧米において開発されてきた数値モデルに比べておよそ2倍の分解能となっていることがその特色の1つである。現在は中間圏、下部熱圏での重力波、大気潮汐をモデル化するに至っていないため、本モデルを用いた数値シミュレーションでは、高度約100km以上の領域に着目している。したがって、熱圏領域での温度、風速の3次元分布、及びそれらの変動の計算を行なうものである。また、3次元モデルと同様のエネルギー過程を含んだ1次元モデルの開発を行い、熱圏領域での物理・化学過程のモデル化の際の数値的な取り扱いをチェックする基本ツールが得られた。これを用いて、将来的には上記の大気波動や高エネルギー粒子の降り込み、太陽紫外線、X線の入射に伴う諸過程のモデル化を行なうことが可能である。
高度約320kmは上部熱圏に属し、極域でのオーロラ現象に代表されるような極めて激しいエネルギーの入力と、それに伴う大気変動が生じる領域である。本研究による数値シミュレーションでは、オーロラ・オーヴァル中の高温領域の形成や、全球的な昼側から夜側に回り込むような風系が再現されている。また、オーロラ・オーヴァル中での温度上昇に伴って生じる圧力勾配によって、局所的な風系が形成されることも確かめられた。これは光学機器によるイメージング観測から得られる風速変動と類似する局所的な流れであり、今後本モデルを用いることにより、それらが大循環的な大規模な流れとどのような関係にあるのかを調べることが出来る。