2018 Fiscal Year Annual Research Report
Clarifying the mechanism of tropical climate variability based on the life-cycle analysis of wave energy in the atmosphere and ocean
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18H03738
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
相木 秀則 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (60358752)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福富 慶樹 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 研究員 (30392963) [Withdrawn]
豊田 隆寛 気象庁気象研究所, 海洋・地球化学研究部, 主任研究官 (90450775)
尾形 友道 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 (60716679)
菅野 湧貴 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 学振特別研究員(PD) (10826978)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 赤道波・ロスビー波 / 熱帯中緯度相互作用 / MJO/ENSO/IOD / 地図上トレース解析 / 季節内から季節間スケール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず大気場については、大気海洋波動伝播力学の解析に効果的な新しい波動エネルギーフラックス形式（Aiki et al. 2017; AGC17）を大気波動へ実際に適用するための数値計算手法の開発を行い、プログラムを完成させ観測解析データを用いて計算を試みた。海洋大陸域を伝播する熱帯波動擾乱の群速度現象の診断解析を行い、伝統的な波動活動度フラックスや非地衡風渦動エネルギーフラックスと比較して新手法の熱帯大気波動擾乱への有効性を検証した。中高緯度波動への適用の妥当性も調べた。次に海洋場については、新しい波動エネルギーフラックス形式をOGCMの結果に拡張するにあたり、OGCMを最もAGC17の設定に近い一層の浅水波モデルとして動かし再現を試みた。AGC17同様、エネルギーフラックスは低緯度を中心とした、赤道波及びロスビー波の特性曲線を考慮したパターンとなった。次に、AGC17では考慮されていない非線形性成分を上記の浅水波モデルに組み込みAGC17の適用性を調べた。非線形性により発生した中規模渦が年周期ロスビー波が入り込めない領域に偏在するようになるが、低緯度の波動が卓越する領域ではモデルの変動場やエネルギーフラックスは余り変化がなく、少なくともAGC17は低緯度域においては大きな変更なく適用できることを示唆した。今後は理想的な設定ながらも、多層にした場合のAGC17の適用性を調べる予定である。より現実的な地形・強制の下で積分したOGCM結果を用いて、赤道インド洋の季節内変動を調べ、投稿用論文を執筆した。追加解析から赤道インド洋の90日変動は鉛直第二モードでほとんど説明でき、AGC17スキームは風応力の注入域からのエネルギー輸送を捉えていた。一方、混合ロスビー重力波に伴う30日変動は複数の鉛直モードの寄与が示され、エネルギーフラックスの３次元的な拡張の重要性が示唆された。
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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
本研究チームにとって重要な点は、豊田・中野（気象研）と尾形（海洋機構）が日本を代表する大気・海洋モデルを用いた解析・予測改善業務に従事していることである。具体的には豊田・中野は気象研において、MOVE/MRI.COM-G2海洋再解析・予報システムの運用と解析を行っている。尾形は海洋機構においてSINTEX-F CGCMモデル（日欧共同開発）を用いた熱帯短期気候変動（ENSO/IOD）予測システムの運用・解析業務に従事している。そして名古屋大において福富はJRA-55/JCDAS大気再解析システムの運用と解析を行っている。本研究チームは情報交換サイトを立ち上げ、定期的にミーティングを実施している。
http://co2.hyarc.nagoya-u.ac.jp/labhp/member/aiki/invepv.html
この情報交換サイトでは、エネルギーフラックスの解析ツールを、実現性・正確性に応じて３バージョン構成で開発・配布していく予定である。最も実現性の高い水平２次元版と空間３次元版の解析ツールは既に完成し、豊田・尾形がそれぞれ気象研と海洋機構のモデル計算出力の解析に使用中である。尾形・相木はインド洋の実際の波動のライフサイクル解析をした最初の論文を執筆中である。最も正確な（４次元空間におけるErtel渦位の逆計算を含む）完全版の解析ツールは、プロトプタイププログラムが完成し、大気・海洋／季節・経年スケールで分担して動作検証を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
季節内スケールについては、(i) MJOのようなケルビン波的構造を持つ大気中の東西循環型擾乱とロスビー波である中高緯度偏西風波動間のエネルギー伝達と、(ii) 熱帯域内部での異なる種類の波動間の相互作用の両方を加味して考察する。まずこれらを（本研究で適用するエネルギー循環論的アプローチにより）地理的・物理的制約を受けずに定量的に可視化する。次にインド洋域でMJOの初期発達にとって重要な外部波動強制力は中高緯度起源なのか熱帯内起源なのかイベントごとにメカニズムを分類する。この分類結果と背景環境場の因果関係を説明することが、気候変動メカニズムの新しい理解となる。抽出したMJO（BSISO）イベントに伴うエネルギーの集積と放射の定量的評価と伝達経路の特定を波動エネルギーフラックス解析により行う。こうしてMJO（BSISO）初期発達に先立つ熱帯インド洋域外からの擾乱エネルギーの流れを連続追跡することにより、重要な外部波動強制力の起源と種類ごとの相対的重要性を明らかにする。経年変動スケールについては、海洋においてMJOとしばしば結合系を形成し、ENSO/IODイベント発生に重要な海洋長周期波動の東西伝播サイクルのメカニズムを、波動エネルギー伝達経路のトレース解析により明らかにする。ENSO/IODイベントの発達/終息時の海洋長周期波動（赤道ケルビン波、赤道ロスビー波）の東西伝播が成す振動系について、海岸線による海洋波動の反射・回折（その後の中緯度波の励起）を考慮して追跡・定量化するのが本研究の特色である。基本的な作業手順はMJOの診断と類似しているので、チーム内で連携し効率よく作業を進める。波動エネルギーの水平伝達経路の時空間構造を発達・消散時のエネルギー収支への貢献度を定量化することにより、過去に提示されたENSO/IOD発達メカニズム群のどれが最も適合するのかを示し、それが業界における新しい指標になるようにする。
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