2021 Fiscal Year Research-status Report
Role of the turbulent mixing on the vertical distribution of minor constituents and the thermal budget around the UTLS region
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19K14791
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高麗 正史 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80733550)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 乱流エネルギー散逸率 / 対流圏界面 / 対流圏界面折れ込み現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、南極沿岸域での対流圏界面漏斗現象の発生機構について研究を実施した。
対流圏界面は対流圏と成層圏の境界面である。対流圏と成層圏では、大気組成が異なっており、対流圏界面を通じた空気塊の交換・混合過程は、成層圏-対流圏物質交換（STE）過程として、長年研究が行われてきた。対流圏界面折れ込み現象（TF）は、上部対流圏jet-frontシステムの発達に伴い対流圏界面が下降する現象であり、TFに伴う空気塊の交換・混合過程は、STEを担う主要過程の１つであると考えられている。本研究では、TFの南半球中高緯度域の気候学的特徴を、大気再解析データを用いて調べた。その結果、先行研究で知られている亜熱帯ジェット領域のみならず、南極沿岸域においても、TFの発生頻度の極大が存在することが明らかとなった。南極沿岸域は、気候学的なジェットやストームトラックは存在せず、今回見出されたTFの発生頻度の極大は、南極固有の力学が働いていることを示唆する。さらに、南極沿岸域のTFの鉛直構造を調べると、大陸沿岸の斜面の向きと対流圏界面の折れ込み構造に関係があることが明らかとなった。これは南極大陸の存在が、TFの発生に影響を与えていることを示唆する。
物理機構を調べるために合成図解析析を実施した。TFの発生時には、総観規模の低気圧擾乱が南極沿岸域に接近し、擾乱の水平構造が南北方向に縮小することが判明した。さらに、WKB近似の下で南極沿岸に接近する擾乱の時間発展を考察することで、南極沿岸域に気候学的に存在する東風、及び、強い渦位勾配により、擾乱の南北スケールの縮小が説明できることを示した。この東風と渦位勾配は、南極大陸沿岸の急峻な地形、及び、地表面での強い放射冷却により維持される。すなわち、南極大陸の存在により、南極大陸沿岸域においてTFが発生しやすい場が形成されていることが明らかとなった。
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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
本年度は、対流圏界面折れ込み現象 (TF) の南極域固有の特徴を示し、また、その機構について大気力学的な解釈を与えることができた。興味深いのは、南極沿岸域においてTFの発生頻度は極大を持つ点である。TFは対流圏-成層圏物質交換を担う現象であると考えられており、今回の結果は、南極沿岸域において、効率的に成層圏と対流圏間の物質交換が行われていることを示唆している。南極昭和基地大型大気レーダー（PANSYレーダー）によるフルシステム観測が継続しており、TFに伴う乱流強度の変動を調べることで、この効果を定量化することが期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
PANSYレーダーのエコースペクトル幅から推定された乱流エネルギー散逸率に基づき、南極固有大気現象（Polar low、対流圏界面折れ込み現象、成層圏極渦）を特徴づける研究を実施してきた。本研究課題の最終年度にあたる次年度においては、これまでの研究を数編の投稿論文としてまとめる。また、対流圏界面傾向方程式に基づく、熱帯対流圏界面の季節変化要因について、再解析データを用いて解析を進め、投稿論文としてまとめる。
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| Causes of Carryover |
国際学会への参加を予定していたが、新型コロナウイルスの流行により、オンライン学会へ変更がなされたため。また、共同研究のために海外の研究機関への渡航も予定していたが、中止としたため。次年度中に海外機関で短期滞在し、共同研究を行う予定である。
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