熱帯準二年振動が中高緯度の大気場・化学場の年々変動に及ぼす影響

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20340129
• Research Institution: Japan, Meteorological Research Institute
• Principal Investigator: 柴田 清孝 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 室長 (50354494)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒田 友二 気象庁気象研究所, 気候研究部, 主任研究官 (80343888) ; 山崎 孝治 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (70270791)
• Keywords: 大気現象 / 赤道準二年振動 / 成層圏 / 過去再現 / 将来予測実験 / 年々変動 / オゾン / Holton-Tan関係

Research Abstract

温室効果気体の増加による温暖化やフロン等のオゾン層破壊物質の国際的な規制によるオゾン層回復が赤道準二年振動(QBO)の冬季北半球の中高緯度への影響にどのように関わっているかを気象研究所の化学-気候モデル(MRI-CCM)の1960年から2100年までの過去再現・将来予測シミュレーションデータを使って調べた。そのために、温室効果気体の濃度が一定(海面水温は毎年同じ季節変化を繰り返す)のランとオゾン層破壊物質が一定のランの2つのシミュレーションデータも併せて解析した。温暖化により対流圏は暖かくなるが、成層圏は冷たくなり、冬季は約6度冷え、それに呼応して西風の極夜ジェットは約4m/sec強くなる。現在の気候ではMRI-CCMのモデルデータと観測に基づく再解析データの両方でQBOが西風位相のとき極渦が強くなり、QBO東風位相で弱くなるというHolton-Tan関係(HT関係)が初冬に見出されているが、温暖化した気候ではHT関係が晩冬にずれるという結果になった。温室効果気体濃度を1960年代の値に固定し強制力が一定のランでもHT関係は見出され、原因が自然変動による可能性も示唆された。これらは、中高緯度の基本場の気候変化にHT関係の応答が変化したと考えられるが、フォーシングの変化への応答の変化も含まれている。なぜなら、QBO自身も温暖化によって変化しており、北半球冬季に西風位相から東風位相を差し引いたQBOは鉛直3層構造で振幅に変化があり、70-50hPaの下層で減少、30-10hPaの中層で増加、10hPaより上層で減少していた。このQBO自身の変化のトレンド解析も行い、3つのフォーシング(モデルで表現される波、パラメタライズされた重力波、残差子午面循環のそれぞれによる運動量輸送)のトレンドの定量的評価も行った。

Research Products

• [Journal Article] Future changes in the quasi-biennial oscillation under a greenhouse gas increase and ozone recovery in transient simulations by a chemistry-climate model (2012)
  • Author(s): Shibata, K., M.Deushi
  • Journal Title: Greenhouse Gases-Emission, Measurement and Management, ISBN : 978-953-51-0323-3, InTech Pages: 355-386
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Future changes in the influence of the quasi-biennial oscillation on the northern polar vortex simulated with an MRI chemistry climate model (2012)
  • Author(s): Naoe, H., K.Shibata
  • Journal Title: J.Geophys.Res. Volume: 117
  • DOI: 10.1029/2011JD016255
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The nature of Arctic polar vortices in chemistry-climate models (2012)
  • Author(s): Mitchell D.M., Charlton-Perez A.J., Gray L.J., Akiyoshi H., Butchart N., Hardiman S.C., Morgenstern O., Nakamura T., Rozanov E., Shibata K., Smale D., Yamashita Y.
  • Journal Title: O.J.R.Meteorol.Soc.
  • DOI: 10.1002/qj.1909
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of medium-scale waves on the Southern Annular Mode (2012)
  • Author(s): Kuroda, Y., H.Mukougawa
  • Journal Title: J.Geophys.Res. Volume: 116
  • DOI: 10.1029/2010JD016293
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A general circulation model study of the impact of a stratospheric sudden warming event on tropical convection (2011)
  • Author(s): Kodera, K., H. Mukougawa, and Y. Kuroda
  • Journal Title: SOLA Volume: 7 Pages: 197-200
  • DOI: doi:10.2151/sola.2011-050.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of dynamical contribution to lower stratospheric ozone trends in northern mid-latitudes over the last three decades (1980-2006) using a chemical transport model (2011)
  • Author(s): Kobayashi, C., K.Shibata
  • Journal Title: J.Meteor.Soc.Japan Volume: 89 Pages: 363-376
  • DOI: 10.2151/jmsj.2011-405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improved predictability of the troposphere NAO using stratospheric final warmings (2011)
  • Author(s): Hardiman, S.C., N.Butchart, A.J.Charlton-Perez, T.A.Shaw, H.Akiyoshi, A.Baumgaertner, S.Bekki, P.Braesicke, M.Chipperfield, M.Dameris, R.R.Garcia, M.Michou, S.Pawson, E.Rozanov, K.Shibata
  • Journal Title: J.Geophys.Res. Volume: 116
  • DOI: 10.1029/2011JD015914
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Using transport diagnosties to understand Chemistry Climate Model ozone simulations (2011)
  • Author(s): Strahan, S.E., A.R.Douglass, R.S.Stolarski, H.Akiyoshi, S.Bekki, P.Braesicke, N.Butchart, M.P.Chipperfield, D.Cugnet, S.Dhomse, S.M.Frith, A.Gettelman, S.C.Hardiman, D.E.Kinnison, J.-F.Lamarque, E.Mancini, M.Marchand, M.Michou, O.Morgenstern, T.Nakamura, D.Olivie, S.Pawson, G.Pitari, D.A.Plummer, J.A.Pyle, J.F.Scinocca, T.G.Shepherd, K.Shibata, D.Smale, H.Teyssedre, W.Tian, Y.Yamashita
  • Journal Title: J.Geophys.Res. Volume: 116
  • DOI: 10.1029/2010JD015360
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sudden changes in the tropical stratospheric and tropospheric circulation during January 2009 (2011)
  • Author(s): Kodera, K., N.Eguchi, J-N.Lee, Y.Kuroda, S.Yukimoto
  • Journal Title: J.Meteor.Soc.Japan Volume: 89 Pages: 283-290
  • DOI: 10.2151/jmsj.2011-308
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impacts of increases in greenhouse gases and ozone recovery on lower stratospheric circulation and the age of air : Chemistry-climate model simulations up to 2100 (2011)
  • Author(s): Deushi, M., K.Shibata
  • Journal Title: J.Geophys.Res. Volume: 116
  • DOI: 10.1029/2010JD015361
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Impacts of Global Warming and Ozone Recovery on Stratospheric Sudden Warming in Transient Simulations of a Chemistry-Climate Model (2012)
  • Author(s): Shibata, K.
  • Organizer: Workshop on stratospheric sudden warming and its role in weather and climate variations
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2012-02-24
• [Presentation] Impact of stratospheric sudden warming on the predictability of tropospheric NAM variability (2012)
  • Author(s): Kuroda, Y.
  • Organizer: Workshop on stratospheric sudden warming and its role in weather and climate variations
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2012-02-24
• [Presentation] 太陽活動による大気大循環変動の数値モデルによるシミュレーション (2012)
  • Author(s): 柴田清孝
  • Organizer: 研究集会「太陽活動と地球文明」
  • Place of Presentation: 名古屋大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-18
• [Presentation] Role of ultra-violet radiation on the stratosphere-troposphere coupling of the Southern Annular Mode (2012)
  • Author(s): Kuroda, Y.
  • Organizer: 2^<nd> Nagoya workshop on the relationship between solar activity and climate change
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-01-17
• [Presentation] Solar Signals in MRI-CCM Simulations under Transient Forcings for SST and GHGs but a Perpetual Solar Max Condition (2012)
  • Author(s): Shibata, K.
  • Organizer: 2^<nd> Nagoya workshop on the relationship between solar activity and climate change
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-01-16
• [Presentation] 中間規模波動の南半球環状モードに果たす役割 (2011)
  • Author(s): 黒田友二
  • Organizer: 2011年日本気象学会秋季大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2011-11-17
• [Presentation] 中間規模波動の南半球環状モードに果たす役割 (2011)
  • Author(s): 黒田友二
  • Organizer: 異常気象と長期変動研究集会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2011-11-08
• [Presentation] Effects of greenhouse gas increase and ozone recovery on lower stratospheric circulation and the age of air as revealed by chemistry-climate model simulations up to 2100 (2011)
  • Author(s): Shibata, K. and M. Deushi
  • Organizer: 11^<th> EMS Annual Meeting
  • Place of Presentation: Berlin, Germany
  • Year and Date: 2011-09-12
• [Presentation] Future change in the quasi-biennial oscillation influence on the northern polar vortex simulated with an MRI chemistry climate model (2011)
  • Author(s): Naoe, H.
  • Organizer: 2011 IUGG General Assembly
  • Place of Presentation: Melbourne, Australia
  • Year and Date: 2011-07-06
• [Presentation] Impact of stratospheric sudden warming on the predictability of tropospheric NAM variability (2011)
  • Author(s): Kuroda, Y.
  • Organizer: 2011 IUGG General Assembly
  • Place of Presentation: Melbourne, Australia
  • Year and Date: 2011-07-01
• [Presentation] Role of medium-scale waves on the Southern Annular Mode (2011)
  • Author(s): Kuroda, Y.
  • Organizer: 2011 IUGG General Assembly
  • Place of Presentation: Melbourne, Australia
  • Year and Date: 2011-06-30
• [Presentation] Evaluation of the separate effects of stratospheric ozone assimilation and total ozone assimilation, and their impacts on the predictability of stratospheric and tropospheric ozone (2011)
  • Author(s): Shibata, K., M. Deushi, and C. Kobayashi
  • Organizer: 8th SPARC Data Assimilation workshop
  • Place of Presentation: Brussels, Belgium
  • Year and Date: 2011-06-20
• [Presentation] ソーラ・プロトン・エベントの中層大気オゾンに及ぼす影響の化学-気候モデルによるシミュレーション:2000年7月14-16日の事例 (2011)
  • Author(s): 柴田清孝
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合(JPGU)2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張、千葉
  • Year and Date: 2011-05-25
• [Presentation] オゾンと温度の太陽11年周期シグナルの解析:気象研究所の化学-気候モデルによる1960-2006年のシミュレーション (2011)
  • Author(s): 柴田清孝
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合(JPGU)2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張、千葉
  • Year and Date: 2011-05-25
• [Presentation] 全球化学気候モデルによる21世紀気候予測実験:ハロゲンおよび気候固定実験との比較 (2011)
  • Author(s): 出牛真
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合(JPGU)2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張、千葉
  • Year and Date: 2011-05-23
• [Presentation] 化学気候モデルMRI-CCMを用いた将来予測実験において、赤道準二年振動が北半球極渦に与える影響の将来変化 (2011)
  • Author(s): 直江寛明
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合(JPGU)2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張、千葉
  • Year and Date: 2011-05-22
• [Presentation] 再解析および化学気候モデルにおける熱帯対流圏界面領域の波活動 (2011)
  • Author(s): 藤原正智
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合(JPGU)2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張、千葉
  • Year and Date: 2011-05-22
• [Presentation] Current status of MRI models for ACC-MIP and the CMIP5 simulations (2011)
  • Author(s): Shibata, K.
  • Organizer: First ACC-MIP workshop of the IGAC/SPARC
  • Place of Presentation: Toulouse, France
  • Year and Date: 2011-04-13
• [Presentation] Simulation of tropospheric ozone in the past, present and future with a chemistry climate model of Meteorological Research Institute (2011)
  • Author(s): Shibata, K.
  • Organizer: SECOND "TROPOSPHERIC OZONE" WORKSHOP
  • Place of Presentation: Toulouse, France
  • Year and Date: 2011-04-11