2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02129
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
岩崎 俊樹 東北大学, 理学研究科, 教授 (80302074)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 ちあき 気象庁気象研究所, 気候研究部, 主任研究官 (20354459)
山崎 哲 国立研究開発法人海洋研究開発機構, アプリケーションラボ, 研究員 (20633887)
宮崎 和幸 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球表層物質循環研究分野, 主任研究員 (30435838)
相木 秀則 国立研究開発法人海洋研究開発機構, アプリケーションラボ, 主任研究員 (60358752)
高谷 康太郎 京都産業大学, 理学部, 准教授 (60392966)
須賀 利雄 東北大学, 理学研究科, 教授 (70211977)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 等温位面/等密度面の加重付平均 / 波動平均流相互作用 / 寒気流出 / コールドサージ / 大気微量成分輸送 / サブダクション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
5年間の研究計画を詳細に検討した。特に、平均流と擾乱の相互作用について、大気/海洋、対流圏/成層圏、中高緯度/低緯度など、異なるカテゴリーに属する現象を、統一的な視点で整理する方法を議論した。中心的な課題は、等圧面上の平均と等温位面(大気)/等密度面(海洋)における加重付平均の関係である。
（１）再解析データJRA55を利用して、北極域の特定温位(代表的な値は280K)以下の寒気の蓄積と放出の関係について調べた。蓄積の時間スケールは20日程度であるが、放出の時間スケールは数日と短く、コールドサージの特徴を表している。
（２）気象庁の再解析データJRA55について、Brewer-Dobson 循環の様子を調べた。とくに、観測データを同化した場合（準2年振動(QBO)有）と、同化しない場合（QBO無、観測された海面水温を境界条件とする大気大循環モデルの単純な積分）の比較から、QBOがB-D 循環を強化することを確認した。
（３）等温位面上の加重付時間平均量に基づき、Eliassen-Palm フラックスを3次元化した。ただし、表現には任意性が残る。中緯度において、南北風の気候値の力学的なバランスは定常波動による気圧傾度力が支配的だが、非定常波動の影響も無視できない。
（４）大気輸送のトレーサーとして利用できる一酸化炭素の大気中濃度３次元分布と地表面排出量についての再解析を行い、2005-2014年の10年間についてデータを作成しweb上で公開した。
（５）Argoデータに基づく格子化海洋データセットに等密度面解析を適用して、冬季混合層から海洋内部への海水沈み込み量の 2005年～2012年の年々変動を明らかにした。変動の振幅は平均値の40％に及んだ。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
全体として計画は順調に進捗している。大気は圧縮性が大きく、海洋は密度が塩分濃度に依存する。このため、両者の数理的な表現は大きく異なる。しかし、波と平均流の相互作用という視点に立てば、共通の解釈が成り立つ。対流圏/成層圏は圏界面で隔てられているが、ハードな境界があるわけではない。安定度や風速のシアなどで特徴づけられ、数理的にも共通で連続的に扱いが容易である。中高緯度は低緯度と連続的であるものの、準地衡風近似が仮定されるため、擾乱のエネルギーの表現は低緯度とは異なる。準地衡風近似を使わなければ、平均流と擾乱の分離が難しい。統一的な理解のためにはさらに整理が必要である。
（１）寒気流出解析の今後の課題は、地球温暖化の評価である。寒気質量および寒気容量の経年変化は、北半球の温暖化シグナルを明瞭に示している。今後、系統的に調べる予定である。
（２）Brewer-Dobson 循環の強度の経年変化傾向は、気象庁の再解析JRA55とヨーロッパ中期予報センターの再解析ERA-Interimでは異なる。これは、重要な課題で真実を明らかにする必要がある。
（３）波動平均流相互作用の3次元表示については、Eliassen-Palm フラックスと波活動度フラックスからのアプローチで、表現が異なる。この相違の意味を検討する必要がある。
（４）独自のデータを利用した解析に向けて北半球と中高緯度間の物質輸送に関連する文献を調査している。同時に、適切な輸送解析フレームワークに関する考察を進めているところである。
（５）サブダクション率の年々変動との比較のため、海洋内部の渦位場を、低渦位偏差の鉛直積分値（低渦位強度）により定量化する手法を開発している。予備的な解析により、この手法が、沈み込み域からの低渦位水の追跡に有効であることが示されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の重要な目標の一つは、等温位面(大気)/等密度面(海洋)上の加重付東西OR時間平均に基づく、波動平均流相互作用の定式を体系的に進めること、および、現実大気の平均循環と波動の解析スキームを開発することである。特に、2016年度は、等温位/等密度加重時間平均に基づく3次元化が大きな課題である。
（１）寒気流出解析では、中高緯度と低緯度の相互作用を調べる。当然ながら、低緯度は高緯度からの寒気流出の直接の影響を受ける。それに加えて、低緯度から伝播する波動が寒気流出を起こす総観状況を引き起こす可能性もある。中高緯度と低緯度の双方向の相互作用は、大規模な気候システムに大きな影響を与えている。また、アメリカ東海岸の寒気流出の特徴を調べ、東アジアの寒気流出と比較する。
（２）JRA55と、ERA Interim で、Brewer-Dobson循環の経年変化が異なる理由を考察する。波動‐平均流相互作用の3次元表現を利用して、Brewer-Dobson循環の3次元構造の形成・維持機構を調べる。
（３）波動―平均流相互作用について、等圧面平均と等温位/等密度平均(MIM）との比較を継続する。波活動度フラックスやEliassen-Palm フラックスなど３次元表現を比較し、定式化の統一を図る。実際の大気の解析に適用し、その有効性を確かめる。
（４）独自に作成した一酸化炭素の再解析データを解析し、北半球と中高緯度間の物質輸送経路を系統的に調査する。輸送解析結果は各種衛星観測やNASA主導の航空機観測によるデータが示す変動と比較しその妥当性を検討する。
（５）個々のArgoフロートデータから、等密度面座標を用いた格子化データセットを作成し、冬季混合層から永年密度躍層への沈み込みと渦位場の変動を記述し、前年度までに行った既存の格子化データセットによる結果と比較する。
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[Journal Article] Oceanic fronts andjets around Japan: a review.2015
Author(s)
Kida, S., H. Mitsudera, S. Aoki, X. Guo, S. Ito, F. Kobashi, N. KomoriA. Kubokawa, T. Miyama, R. Morie, H. Nakamura, T. Nakamura, H. Nakano, H.Nishigaki, M. Nonaka, H. Sasaki, Y.N. Sasaki, T. Suga, S. Sugimoto, B.Taguchi, K. Takaya, T. Tozuka, H. Tsujino, N. Usui,
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Journal Title
Journal of Oceanography
Volume: 71
Pages: 469-497
DOI
Peer Reviewed
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