2017 Fiscal Year Annual Research Report
Atmospheric/Oceanic General circulations in isentropic/isopicnal vertical coordinates
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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, 地球環境観測研究開発センター, 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／密度座標 / 大気／海洋大循環 / 加重付帯状／時間平均 / 波動平均流相互作用 / ボーラス速度 / ラグランジェ循環 / 寒気流出 / エネルギー変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
等温位面上の質量加重付帯状平均(2次元)および時間平均(3次元)の大気大循環解析スキームを開発している。平均子午面循環の年々変動を、エルニーニョに伴う波平均流相互作用に基づき理解した。質量加重付帯状平均と時間平均の順序の可換性に着目し、平均子午面循環の3次元構造を解析した。地衡風擾乱場と基本場との間のエネルギー変換に関し、位相依存性のない表式を、停滞性及び移動性の双方の擾乱に対して導出した。
特定温位をしきい値とし、寒気流出の特徴を調べた。東アジアの寒気流出に、エルニーニョやマッデン・ジュリアン振動が大きく影響することを明らかにした。北米の寒気流出を調べ、東アジアの流出と比較した。東アジア・太平洋域および北米・ヨーロッパ域のブロッキングと、北極域の寒気放出との間に正の相関関係があること、ブロッキング頻度や寒気放出と低気圧活動（ストームトラック）には負の相関関係が存在することを明らかにした。ブロッキングと寒気放出の予測可能性について予測実験を実施した。
北半球中緯度と高緯度の大気交換過程を調べた。NASAが2016年春に韓国上空で実施した航空機観測データの解析や衛星観測データを用いたデータ同化計算により、韓国および日本上空のオゾン濃度増大に対して、中国だけなくシベリアからの遠距離輸送も重要な役割を果たしていることを明らかにした。
北太平洋では東アジアの寒気流出に伴って冷水塊が形成され海洋内部へ沈み込む。この沈み込み過程を気象庁東経137度定線観測断面内の溶存酸素および渦位の変動により評価し、沈み込み過程の時間スケール等の理解を深めた。海洋力学における「重み付け平均」「Lagrange平均理論」「Euler平均理論」の相互関係とその背景と展望をまとめた解説書を日本気象学会の和文レビュー誌：気象研究ノートに出版した。
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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
温位面上の質量加重付の時間・帯状平均より得られた2次元の平均子午面循環（対流圏の直接循環およびBrewer-Dobson循環）では、中高緯度で停滞性渦フラックス速度とボーラス速度の双方の寄与が大きいことを明らかにした。また、エルニーニョに伴う循環偏差場は波活動の偏差と整合的であり、偏差場の形成維持メカニズムとして、波活動が正のフィードバックを起こすことが理解された。停滞性及び移動性擾乱の双方に適用可能な位相依存性のない擾乱エネルギー変換項を一般形で導出した。
寒気流出は、ラニーニャが中国内陸で、エルニーニョが日付変更線付近で、それぞれされることを明らかにした。ブロッキング頻度と低気圧活動の負の相関関係について、そのメカニズムの考察を続けている。アンサンブルカルマンフィルターによる再解析システムと大循環モデルを用いて、2009年以降の北半球のブロッキング事例についてアンサンブル予報実験を行っている。
衛星観測データを化学輸送モデルに同化し、全球的な物質輸送過程を調べている。一酸化炭素を大気トレーサーとして利用し、北半球中緯度から北極域への大気輸送過程を調査し、春季に著しい輸送が自由対流圏において生じていることを確認した。2016年に東アジア域で実施された航空機観測キャンペーンのデータ解析を行い、論文を作成した。
北太平洋上への寒気流出に伴って形成される水塊が海洋内部へ広がる過程やその時間スケールについての平均像の理解を、Argoフロートのデータや船舶観測データの解析によって深めた。大気海洋中の波動エネルギーのライフサイクルを、群速度ベクトルという意味付けを行いながら熱帯域と中緯度域を連続的に、トレースするためのツール開発を行った。特にErtelの渦位のインバージョンソルバーを開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
等温位の質量加重付帯状平均による平均子午面循環(2次元)の変動メカニズムの全球数値予報モデルでの再現性を確認し、予測可能性を調べる。等温位の質量加重付時間平均量に基づく3次元大気大循環解析を進める。特に鉛直流について、断熱項・非断熱項の分離および定常項・非定常項の分離に着目して初期的な解析を実施する。位相依存性のない枠組みでのエネルギーサイクルの定式化を完成させる。実際のデータ解析に適用し、これらの有効性を確認する。さらに、質量重み付け等温位座標上での位相依存性のない波の活動度フラックスの定式化にも取り組む。
寒気流出解析では気候モデルによる将来予測結果を解析し、寒気と寒波の温暖化影響を明らかにする。総観規模現象やメソスケール現象への応用を目指し、顕著な東アジアの寒波や日本の南岸低気圧を解析する。北半球のブロッキング頻度（主に東アジア・太平洋域と北米・ヨーロッパ域）と低気圧活動と寒気流出のメカニズムを考察する。異なるブロッキング検出ツールを用いて、結果の頑健さを確認する。
MIMの枠組みを活用し、北半球の各地域について、物質分布の季節平均場に対する大規模循環の重要性について、新たな物理的な解釈を与えることに取り組む。独自に構築した大気組成再解析データを用いて、一酸化炭素の10年規模の分布変動について、大気輸送過程と排出が及ぼす影響を分離して理解するための研究に取り組む。特に北極域への大気輸送の経年変動に着目する。
Argoフロートデータに等密度面解析を施して作成した月平均データセットを用いて、大気の寒気流出に伴って形成された水塊の変動を、等密度面上での水温・塩分変動として記述し、寒気流出の変動との関係を調べる。熱帯の気候変動モードにともなう大気海洋中の波動エネルギーを追跡し、エルニーニョ／南方振動などのイベント毎に事例解析を行う。
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[Presentation] Application of multiple-species satellite data assimilation for KORUS-AQ and air quality monitoring over East Asia2017
Author(s)
Miyazaki, K., T. Sekiya, D. Fu, K. W. Bowman, S. S. Kulawik, K. Sudo, Y. Kanaya, M. Takigawa, K. Ogochi, B. Gaubert, J. Barre, L. Emmons, and KORUS-AQ team
Organizer
AOGS 14th Annual Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] A tropospheric chemistry reanalysis based on multi-constituent satellite data assimilation and its application for KORUS-AQ2017
Author(s)
Miyazaki, K., T. Sekiya, H. Eskes, F. Boersma, D. Fu, K. Bowman, Susan S. Kulawik, T. Walker, K. Sudo, Y. Kanaya, M. Takigawa, K. Ogochi, B. Gaubert, J. Barre, L. Emmons
Organizer
2017 annual conference of Korean Society for Atmospheric Environment
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Application of multi-constituent satellite data assimilation for KORUS-AQ2017
Author(s)
Miyazaki, K., T. Sekiya, D. Fu, K. W. Bowman, T. Walker, S. S. Kulawik, K. Sudo, Y. Kanaya, M. Takigawa, K. Ogochi, B. Gaubert, J. Barre, L. Emmons
Organizer
AGU Fall Meeting 2017
Int'l Joint Research
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