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

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• 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, シニア研究員 (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の存在が知られている(Weber et al, 2011)が、この線形性の理論的根拠、また、この線形性が南北半球を統合する形で成立する理由は明らかでない。本研究の目的は、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ことである。
上記の目的を達成するため、オゾン破壊物質量を1960年レベルと2000年レベルの2通りに固定して実施された各500メンバーからなるアンサンブル実験の結果を解析した。得られた結果は以下のようにまとめられる。
EPフラックスに化学成分(ここではオゾン)の混合比をかけた量をC-EPフラックスと定義すると、その鉛直収束は残差循環による極向きオゾンフラックスを担う主要な項の一つとして現れるとともに、鉛直積分すると子午面上の1点Pにおける渦熱フラックスに帰着する。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線形性が生じるのは、極向きオゾンフラックスの経年変動が上部成層圏における輸送量変動で支配され、その変動がPより上方のC-EPフラックスの鉛直収束でよく近似されるからである。線形性の理論的根拠はこれにより明らかとなったが、その比例係数が両半球で等しくなる保証はなく、線形性の根拠となる上記のメカニズムには化学過程によるオゾン破壊が反映されないため、先行研究で示された南北半球を統合する線形性という理解には限界のあることが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Theoretical Foundation of the Linear Relationship between the Midlatitude Eddy Heat Flux and Fall-to-Spring Polar Ozone Buildup (2023)
  • Author(s): Fumio Hasebe, Sayaka Kodera, and Hideharu Akiyoshi
  • Journal Title: Journal of the Atmospheric Sciences Volume: 80 Pages: 889-908
  • DOI: 10.1175/JAS-D-22-0023.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dependence of column ozone on future ODSs and GHGs in the variability of 500-ensemble members (2023)
  • Author(s): Akiyoshi, H., M. Kadowaki, Y. Yamashita, T. Nagatomo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Pages: 320(1-12)
  • DOI: 10.1038/s41598-023-27635-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 極域オゾンと中高緯度渦熱フラックスの線形関係に関する考察 (2) (2022)
  • Author(s): 長谷部文雄、小寺沙也加、秋吉英治
  • Organizer: 日本気象学会 2022 年秋季大会
• [Presentation] Impact of unmitigated HFC emissions on stratospheric ozone at the end of the 21st century as simulated by chemistry-climate models (2022)
  • Author(s): Akiyoshi, H., E. Dupuy, Y. Yamashita
  • Organizer: 7th SPARC General Assembly
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CCMI-2022 Ref-D1 stratospheric ozone profiles: trends, natural variability and comparisons to observations and CCMI-1 Ref-C2 (2022)
  • Author(s): Tourpali, K., H. Akiyoshi, F. Dennison, A. Pfeiffer, B. Josse, F. Cheroux, D. Kinnison, P. Colarco, D. Plummer, E. Rozanov, O. Morgenstern, G. Zeng, J. Keeble, I. Petropavlovskikh, S. Godin-Beekmann, N. Azouz, V. Sofieva
  • Organizer: 7th SPARC General Assembly
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Assessment of transport in the latest chemistry climate model initiative (CCMI-2022) simulations (2022)
  • Author(s): Plummer, D., H. Akiyoshi, F. Dennisson, S. Frith, B. Josse, J. Keeble, D. Kinnison, M. Marchand,O. Morgenstern, A. Pfeiffer, E. Rozanov
  • Organizer: 7th SPARC General Assembly
  • Int'l Joint Research