2021 Fiscal Year Research-status Report
極域オゾンと中高緯度渦熱フラックスとの線形関係の理論的解明
| Project/Area Number |
19K03961
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
長谷部 文雄 北海道大学, 地球環境科学研究院, 名誉教授 (00261735)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋吉 英治 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 室長 (80211697)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 極域オゾン全量 / 渦熱フラックス / 線形性 / オゾン輸送 / オゾン光化学 / アンサンブル実験 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
主として熱帯域で生成される成層圏オゾンは、冬季に強化される極向き大循環により輸送され、高緯度に春季極大を形成する。この過程で極域に蓄積されるオゾン量と冬季中緯度の極向き渦熱フラックスとの間には高い線形性が存在する(Weber et al, 2011)。南半球においてはオゾンホールの顕著な発達が見られるため、春季極域オゾン量の変動には化学過程の寄与も無視できないと考えられるが、上記の線形性が南北半球の区別を要しない統合された形で成立する根拠は明らかにされていない。本研究では、国立環境研究所で開発されてきた化学気候モデルにより得られたオゾン変動のシミュレーション結果の解析により、経験的に知られている上記線形性の理論的根拠を明らかにする。
オゾンホールとして顕在化する春季極域オゾン破壊は、オゾン破壊物質(ODS)量と極渦の安定性とに支配される。後者が大気の内部変動に依存して不規則変動するのに対して前者はゆるやかに経年変動するため、上記線形性のODS量依存性は期間を分割した解析により調べられてきた。しかし、この方法では両者を完全に分離することができず、解析期間の細分化により統計的有意性が損なわれるという問題もある。本研究では、化学気候モデルの国際比較プロジェクトに参加したモデルを使って国立環境研究所が実施した、ODS濃度と温室効果ガス(GHG)濃度とを固定した510年間の連続計算結果をアンサンブル実験とみなすことにより、理想化された条件下で高い統計的有意性を担保しながら線形性の要因解析を行う。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ODSを1960年レベル(オゾン破壊物質の成層圏負荷量(EESC) 1.4 ppbv)に固定した実験(ODS1960)と2000年レベル(EESC 4.5 ppbv)に固定した実験(ODS2000)の解析から、以下の結果を得た。
Weber et al. (2011)の採用した解析条件を踏襲した場合の渦熱フラックスと秋から春にかけての極域オゾン蓄積量との間の散布図は、両半球ともそれぞれ線形性を示すものの、回帰直線の勾配は北半球の方が南半球より大きく、南北半球で統合された様相は再現されない。ただし、Weberらの結果も、南半球で成層圏突然昇温が起こった2002年の1例を除くと統合性は崩れ、回帰直線の勾配は北半球の方が南半球よりも大きくなり、本研究における実験結果と整合的である。
中緯度下部成層圏において適切な緯度高度に固定された子午面内の1点Pについて、Pより上方で高緯度側の極域成層圏において冬季に蓄積されるオゾン量は、Pより上方で同時期に積算された残差循環による水平オゾンフラックスとよい線形関係を示す。このフラックスを、EPフラックスとオゾン混合比の積で定義される物理量のPより上方の鉛直収束の積分に置き換えれば、その近似が有効な条件下で、前記の線形性が理論的に説明できる。ただし、この近似が有効と認められるのは上部成層圏に限られ、下部成層圏では、EPフラックスの鉛直成分にオゾンの鉛直勾配を掛け算した項などの寄与が無視できない。両半球を統合する高い線形性を再現するには、これらの項の寄与が比較的小さい高高度にPをとる必要がある。
化学過程は、気相反応が上部成層圏における通年の消失、異相反応がODS2000条件下の春季南半球下部成層圏における消失に寄与するが、線形性の形成に対する後者の寄与は限定的であることが明らかとなった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
上記の結果は、10月にオンライン開催された国際オゾンシンポジウムで発表し、その内容を発展させてアメリカ気象学会の学術誌に投稿した。EPフラックスとオゾン混合比の積で新たな物理量を定義することの意義やその解釈などについて3人の査読者から有益なコメントがあり、現在、編集委員の指示に従って改訂中である。一部、追加計算を示唆されているため、改訂作業に時間を要しているが、5月末までに改訂稿の投稿を済ませたい。改訂稿についてさらに修正を求められる可能性はあるが、可能な限り早期の受理を目指して努力する。受理後、残りの予算の許す範囲で国内の学会で発表し、本研究の区切りとしたい。
|
| Causes of Carryover |
本年度(2021年度)に延期された国際オゾンシンポジウムがオンライン開催に変更され、その参加のために留保してあった旅費を執行する必要がなくなった。一方、研究内容を論文化する過程で、EPフラックスとオゾン混合比の積で新たな物理量を定義することにより理論的構成がより明瞭になることに気づいたが、その意義を考察し文章化するために想定外の時間を要し、投稿が当初の予定より遅くなった。これにより、研究成果を年度内に出版し投稿料の支払いまで済ませることができなくなったが、執行できなくなった外国旅費を充当することにより対応が可能となった。
|
