2016 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 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (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 | 温位座標 / 密度座標 / 質量荷重付帯状平均 / 質量荷重付時間平均 / ボーラス速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
温位座標/密度座標に基づく大気大循環/海洋大循環の解析手法の開発と気候変動研究を実施した。Brewer-Dobson循環や中高緯度の直接循環の解析に従来から用いられてきた質量荷重付等温位帯状平均（Z-MIM）は、質量荷重付等温位時間平均（T-MIM）を用いることにより東西に展開されることを明らかにした。さらに、T-MIMは単純な時間平均(停滞性成分)とボーラス速度(非定常成分)とに分離できることも示した。地衡風擾乱場と基本場との間のエネルギー変換項に対し、位相依存性のない表式を導出した。
特定温位をしきい値とする寒気流出解析では、地球温暖化が寒気質量に及ぼす影響、寒気流出に及ぼす熱帯の影響、太平洋及び大西洋のブロッキングが寒気流出に及ぼす影響などを調べた。再解析データJRA-55を用い、Brewer-Dobson、Hadley循環、中高緯度直接循環の年々変動の様子を調べた。エルニーニョ現象時にHadley循環が強化され、南北幅が縮小する他、中高緯度直接循環も強化されることを確認した。大気微量成分輸送では、これまでに作成した一酸化炭素の大気中濃度３次元分布と地表面排出量に関する再解析データについて、北半球の中緯度から極域に着目して独立観測データを用いた検証を実施しその性質を明らかにした。同時に、再解析に利用した一酸化炭素の衛星観測データの品質に留意し、バイアスが少なく地表付近に強い感度を持つ最新の観測情報を再解析に利用することを試みた。
大気や海洋の擾乱エネルギーが励起源から運ばれる水平方向の伝達経路やその強さの気候地理学的同定についての研究を行なった。寒気流出と水塊形成を定量的に結びつけて理解するために、世界の大洋の亜熱帯モード水の形成要因について既存資料を基に調べ、モード水の形成・分布量が海面熱フラックスだけでなく、西岸強化流・再循環流の強さにも依存する可能性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
質量荷重付等温位時間平均（T-MIM）の定式化に基づき、平均子午面循の解析スキームを構築し、再解析JRA-55を利用して停滞性超長波とボーラス速度との分離に関する端緒的な解析を行った。地衡風擾乱エネルギーの２つの表式の時間発展式を組み合わせる事により、停滞性及び移動性擾乱の双方に適応可能な、位相依存性のない擾乱エネルギー変換項の定式化に成功した。
寒気質量の経年化から地球温暖化の影響を評価した研究、および熱帯の海面水温の変動ENSOが中高緯度の寒気流出に及ぼす影響の研究について論文を出版した。大気子午面循環の強度の年々変動は、波活動の変動と整合的であり、エルニーニョ現象時の子午面循環や基本場の変動の形成メカニズムについて波活動との関係から解釈を行っている。北半球と中高緯度間の物質輸送に関しては、再解析データの検証・改善を進めるのと同時に、適切な輸送解析フレームワークに関する文献調査・考察・議論を引き続き進めている。東アジアから極域の大気輸送過程を調査する目的を含んで、NASAが主導する航空機観測キャンペーン（KORUS-AQ）にサイエンスチームメンバーと参加するにいたっており、今後の研究に役立てる。
熱帯域と亜帯域の間の波動の接続問題を解決するために、多種多様な波動理論を調査した。さらに、緯度帯に関するシームレス機能と波の種類に関するオートフォーカス機能の両方を有するエネルギーフラックス（群速度ベクトル）の計算式を導く事に成功し、その成果を論文として出版した。また、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た。個々のArgo観測データから等密度面格子化データを作成する際に必要なデータの品質管理手法を整備した。
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| Strategy for Future Research Activity |
等温位面上の質量荷重付き時間平均(T-MIM)に基づき、3次元的な平均子午面循環の構造を調べる。とくに、T-MIMは、２次元の等温位面上の質量荷重付き帯状平均（Z-MIM）の３次元展開とみなすことができ、Z-MIMでよく知られている成層圏のBrewer-Dobson循環や対流圏の中高緯度の直接循環の3次元構造を調べることができる。T-MIMの平均子午面循環は荷重無の温位面時間平均循環とボーラス速度循環に分けることができる。ボーラス速度とは荷重（厚み）の変化に誘導される波動フラックス速度である。傾圧不安定波動がボーラス速度の空間分布に及ぼす影響を調べる。また、変形オイラー法（TEM）でも同様な３次元化が調べられており、質量荷重付温位面平均（MIM）法と比較する。
特定温位をしきい値とする寒気流出解析手法を用いて、北半球の２つの寒気流の出口である東アジアと北アメリカの寒気流出について比較する。波動-平均流相互作用の3次元表現を利用して、Brewer-Dobson循環などの3次元構造の形成・維持機構を調べる。また、赤道周辺の熱源による影響を理解するために、東アジアの寒気流出に対する熱帯のMadden-Julian振動の影響を調べる。また、一酸化炭素の再解析データを用いて、北半球の中高緯度間の物質輸送経路を系統的に調査し、その輸送メカニズムを考察する。
海洋・大気変動を理解するため、大気・海洋擾乱のエネルギーフラックスを群速度に基づいて定式化し、これを用いて波動・渦エネルギーの伝達経路を明らかにする。また、海洋循環を等密度面座標で表し、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する。特に、大気中の寒気流出と海洋の水塊形成に係る熱的な大気・海洋相互作用について考察する。
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[Journal Article] Decadal changes in global surface NOx emissions from multi-constituent satellite data assimilation2017
Author(s)
Miyazaki, K., Eskes, H., Sudo, K., Boersma, K. F., Bowman, K., and Kanaya, Y
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Journal Title
Atmos. Chem. Phys
Volume: 17
Pages: 807-837
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Inter-comparison of stratospheric mean-meridional circulation and eddy mixing among six reanalysis data sets2016
Author(s)
Miyazaki, K., Iwasaki, T., Kawatani, Y., Kobayashi, C., Sugawara, S., and Hegglin, M. I
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Journal Title
Atmos. Chem. Phys
Volume: 16
Pages: 6131-6152
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Impacts of anthropogenic and natural sources on free tropospheric ozone over the Middle East2016
Author(s)
Jiang, Z., Miyazaki, K., Worden, J. R., Liu, J. J., Jones, D. B. A., and Henze, D. K
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Journal Title
Atmos. Chem. Phys
Volume: 16
Pages: 6537-6546
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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