気候システムにおける大気重力波の直接・間接効果の研究

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22340134
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐藤 薫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90251496)
• Keywords: 中層大気 / 重力波 / 物質循環 / 極成層圏雲 / 極中間圏

Research Abstract

重力波特性を正確に表現するパラメタリゼーションの開発に必要な束縛条件を与えるための重力波の直接効果、間接効果の具体的かつ定量的描像を、高解像大循環モデル(GCM)、高解像衛星観測、化学気候モデル(CCM)等の大量データを駆使し、解明することを目的として、今年度は特に以下の研究を行った。
1.高解像大気大循環モデルシミュレーションデータを用いた重力波運動量フラックスの解析
新たな重力波運動量フラックス推定方法を考案し、高解像モデルデータに適用してその限界を明らかにした。鉛直方向に分解すると単色の仮定がほぼ担保出来るが、分解しなくても30%の誤差範囲で運動量フラックスの推定が可能であることがわかった。
2.極成層圏雲生成への重力波の寄与
衛星GPS掩蔽観測データ、衛星搭載のライダー観測データ、衛星による水蒸気・硝酸観測データ、再解析気候データを用いて、ロスビー波、総観規模波、重力波に伴う温度擾乱の極成層圏雲量への寄与を定量的に推定し、その力学メカニズムを明らかにした。両半球いずれについてもロスビー波の寄与が最大であった。南半球では、成層圏下端の低緯度側で総観規模波が、高緯度側で重力波が大きく寄与していた。
3.化学気候モデルによる21世紀予測実験データを用いた重力波の地球気候への作用の解明
重力波ドラッグが物質循環の形や強さに与える影響を、変形オイラー平均方程式系の残差子午面循環や、ダウンワードコントロール理論を駆使して重力波と他の波を切り分けて解析したところ、特に冬循環の夏半球側上昇流に大きく寄与するという新しい知見が得られた。
研究成果はアメリカ地球物理学連合の年会やChapman会議で発表した。

Research Products

• [Journal Article] The roles of equatorial trapped waves and internal inertia-gravity waves in driving the quasi-biennial oscillation. Part I : zonal mean wave forcing (2010)
  • Author(s): Y.Kawatani, K.Sato, T.J.Dunkerton, S.Watanabe, S.Miyahara, M.Takahashi
  • Journal Title: J.Atmos.Sci. Volume: 67 Pages: 963-980
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The roles of equatorial trapped waves and internal inertia-gravity waves in driving the quasi-biennial oscillation. Part II : Three-dimensional distribution of wave forcing (2010)
  • Author(s): Y.Kawatani, K.Sato, T.J.Dunkerton, S.Watanabe, S.Miyahara, M.Takahashi
  • Journal Title: J.Atmos.Sci. Volume: 67 Pages: 981-997
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transport and mixing in the extratropical tropopause region in a high vertical resolution GCM. Part II : Relative importance of large-scale and small-scale dynamics (2010)
  • Author(s): K.Miyazaki, K.Sato, S.Watanabe, Y.Tomikawa, Y.Kawatani, M.Takahashi
  • Journal Title: J.Atmos.Sci. Volume: 67(5) Pages: 1315-1336
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transport and mixing in the extratropical tropopause region in a high vertical resolution GCM. Part I : Potential vorticity and heat budget analysis (2010)
  • Author(s): K.Miyazaki, S.Watanabe, Y.Kawatani, Y.Tomikawa, M.Takahashi, K.Sato
  • Journal Title: J.Atmos.Sci. Volume: 67(5) Pages: 1293-1314
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ozone enhanced layers in the 2003 Antarctic ozone hole (2010)
  • Author(s): Y.Tomikawa, K.Sato
  • Journal Title: J.Met.Soc.Japan Volume: 88(1) Pages: 1-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On the three-dimensional residual mean circulation and wave activity flux of the primitive equations (2010)
  • Author(s): T.Kinoshita, Y.Tomikawa, K.Sato
  • Journal Title: J.Met.Soc.Japan Volume: 88(3) Pages: 373-394
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent developments in gravity wave effects in climate models, and the global distribution of gravity wave momentum flux from observations and models (2010)
  • Author(s): Alexander, M.J., M.Geller, C.McLandress, S.Polavarapu, P.Preusse, F.Sassi, K.Sato, S.Eckermann, M.Ern, A.Hertzog, Y.Kawatani, M.Pulido, T.Shaw, M.Sigmond, R.Vincent, S.Watanabe
  • Journal Title: Q.J.Roy.Meteorol.Soc. Volume: 136 Pages: 1103-1124
  • Peer Reviewed
• [Presentation] On the mechanism of the formation of the Brewer-Dobson circulation and the change in the age of air (2011)
  • Author(s): K. Okamoto, K. Sato, and H. Akiyoshi
  • Organizer: AGU Chapman Conference on Atmospheric Gravity Waves and Their Effects on General Circulation and Climate
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, U.S.A.
  • Year and Date: 20110228-0304
• [Presentation] Universal frequency spectra of the short period fluctuations (2011)
  • Author(s): C. Tsuchiya, K. Sato, T. Nasuno, A. T. Noda, and M. Satoh
  • Organizer: AGU Chapman Conference on Atmospheric Gravity Waves and Their Effects on General Circulation and Climate
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, U.S.A.
  • Year and Date: 20110228-0304
• [Presentation] Program of the Antarctic Syowa MST/IS Radar (PANSY) (2011)
  • Author(s): K.Sato, M.Tsutsumi, T.Sato, T.Nakamura, A.Saito, Y.Tomikawa, K.Nishimura, H.Yamagishi, T.Yamanouchi
  • Organizer: AGU Chapman Conference on Atmospheric Gravity Waves and Their Effects on General Circulation and Climate
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, U.S.A.
  • Year and Date: 2011-02-28
• [Presentation] 衛星ライダー観測データを用いた極成層圏雲と大気擾乱の関係の解析 (2010)
  • Author(s): 高麗正史,佐藤薫
  • Organizer: 日本気象学会2010年度秋季大会
  • Place of Presentation: 京都,京都テルサ
  • Year and Date: 20101027-29
• [Presentation] 残差循環による成層圏物質輸送の変化のメカニズム (2010)
  • Author(s): 岡本功太, 佐藤薫, 秋吉英治
  • Organizer: PANSY研究集会
  • Place of Presentation: 立川,国立極地研究所
  • Year and Date: 2010-12-21
• [Presentation] CALIPSO衛星搭載ライダー観測データを用いた極成層圏雲と大気擾乱の関係についての研究 (2010)
  • Author(s): 高麗正史, 佐藤薫
  • Organizer: PANSY研究集会
  • Place of Presentation: 立川,国立極地研究所
  • Year and Date: 2010-12-21
• [Presentation] On the mechanism of the formation of the Brewer-Dobson circulation and the change in the age of air (2010)
  • Author(s): K.Okamoto, K.Sato, H.Akiyoshi
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2010
  • Place of Presentation: San Francisco, California, U.S.A.
  • Year and Date: 2010-12-17
• [Presentation] A study of modulation of polar stratospheric clouds by atmospheric waves in the Southern Hemisphere using CALIPSO lidar data (2010)
  • Author(s): M.Kohma, K.Sato
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2010
  • Place of Presentation: San Francisco, California, U.S.A.
  • Year and Date: 2010-12-17
• [Presentation] 衛星ライダー観測データを用いた南半球における極成層圏雲と大気擾乱の関係の解析 (2010)
  • Author(s): 高麗正史, 佐藤薫
  • Organizer: 第1回極域科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川,国立極地研究所
  • Year and Date: 2010-12-02
• [Presentation] 南極昭和基地大型大気レーダー計画(PANSY) (2010)
  • Author(s): 佐藤薫, 堤雅基, 佐藤亨, 中村卓司, 齊藤昭則, 冨川喜弘, 西村耕司, 山岸久雄, 山内恭
  • Organizer: 第1回極域科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川,国立極地研究所
  • Year and Date: 2010-12-02
• [Presentation] Universal frequency spectra of surface meteorological fluctuations (2010)
  • Author(s): 土屋主税, 佐藤薫, 那須野智江, 野田暁, 佐藤正樹
  • Organizer: 第1回極域科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川,国立極地研究所
  • Year and Date: 2010-12-02
• [Presentation] 南半球成層圏極域の物質輸送における擾乱の役割について (2010)
  • Author(s): 木下武也, 佐藤薫
  • Organizer: 第1回極域科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川,国立極地研究所
  • Year and Date: 2010-12-02
• [Presentation] Brewer-Dobosn循環の形成とAge of Airの変化のメカニズム (2010)
  • Author(s): 岡本功太, 佐藤薫, 秋吉英治
  • Organizer: 第1回極域科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川,国立極地研究所
  • Year and Date: 2010-12-02
• [Presentation] 高解像度気候モデルデータに基づく鉛直波数スペクトルの全球的特徴の解析 (2010)
  • Author(s): 高野一生, 佐藤薫, 渡辺真吾, 河谷芳雄
  • Organizer: 第34回極域宙空圏シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川,国立極地研究所
  • Year and Date: 2010-12-02
• [Presentation] Brewer-Dobson循環の形成に対する放射加熱率と波強制の影響 (2010)
  • Author(s): 岡本功太, 佐藤薫, 秋吉英治
  • Organizer: 日本気象学会2010年度秋季大会
  • Place of Presentation: 京都,京都テルサ
  • Year and Date: 2010-10-27
• [Presentation] 成層圏の物質輸送における擾乱の役割について (2010)
  • Author(s): 木下武也, 佐藤薫
  • Organizer: 日本気象学会2010年度秋季大会
  • Place of Presentation: 京都,京都テルサ
  • Year and Date: 2010-10-27
• [Presentation] Universal frequency spectra of surface meteorological fluctuations (2010)
  • Author(s): C.Tsuchiya, K.Sato, T.Nasuno, A.T.Noda, M.Satoh
  • Organizer: First International Workshop on Nonhydrostatic Numerical Models
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2010-09-29
• [Presentation] 南極昭和基地大型大気レーダー計画 (2010)
  • Author(s): 佐藤薫, 堤雅基, 佐藤亨, 中村卓司, 齊藤昭則, 冨川喜弘, 西村耕司, 山岸久雄, 山内恭
  • Organizer: 第4回南極観測シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川,国立極地研究所
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] Program of the Antarctic Syowa MST/IS Radar (PANSY) (2010)
  • Author(s): K.Sato, M.Tsutsumi, T.Sato, T.Nakamura, A.Saito, Y.Tomikawa, K.Nishimura, H.Yamagishi, T.Yamanouchi
  • Organizer: International Symposium on the 25th Anniversary of the MU Radar
  • Place of Presentation: Uji(invited)
  • Year and Date: 2010-09-03
• [Presentation] Program of the Antarctic Syowa MST/IS Radar (PANSY) (2010)
  • Author(s): K.Sato, M.Tsutsumi, T.Sato, T.Nakamura, A.Saito, Y.Tomikawa, K.Nishimura, H.Yamagishi, T.Yamanouchi, T.Aso, M.Ejiri
  • Organizer: The 38th Assembly of the Committee on Space Research
  • Place of Presentation: Bremen, Germany(invited)
  • Year and Date: 2010-07-18
• [Presentation] Program of the Antarctic Syowa MST/IS Radar (PANSY)-IPY and Beyond (2010)
  • Author(s): T.Yamanouchi, K.Sato, M.Tsutsumi, T.Sato, T.Nakamura, A.Saito
  • Organizer: IPY Oslo Science Conference
  • Place of Presentation: Oslo, Norway
  • Year and Date: 2010-06-11
• [Presentation] Program of the Antarctic Syowa MST/IS Radar (PANSY) (2010)
  • Author(s): K.Sato, M.Tsutsumi, T.Sato, T.Nakamura, A.Saito, Y.Tomikawa, K.Nishimura, H.Yamagishi, T.Yamanouchi, T.Aso, M.Ejiri
  • Organizer: EISCAT Council Meeting
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2010-06-04
• [Presentation] 全球非静力モデルデータの潜熱加熱のガウス基底関数による鉛直構造抽出 (2010)
  • Author(s): 土屋主税, 佐藤薫, 那須野智江, 大内和良, 野田暁, 佐藤正樹
  • Organizer: 日本気象学会2010年度春季大会
  • Place of Presentation: 東京,国立オリンピック記念青少年総合センター
  • Year and Date: 2010-05-23
• [Presentation] 南極昭和基地大型大気レーダー計画 (2010)
  • Author(s): 佐藤薫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉,幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2010-05-23
• [Presentation] CALIPSO衛星搭載ライダー観測データを用いた極成層圏雲の解析 (2010)
  • Author(s): 高麗正史, 佐藤薫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉,幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2010-05-23
• [Presentation] 21世紀におけるBrewer-Dobson循環の形成とトレンドに関する重力波ドラッグの役割 (2010)
  • Author(s): 岡本功太, 佐藤薫, 秋吉英治
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉,幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2010-05-23
• [Presentation] 成層圏における物質の南北輸送の経度依存性に関する研究 (2010)
  • Author(s): 木下武也, 佐藤薫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉,幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2010-05-23
• [Presentation] 観測に基づく赤道大気高解像度モデル研究 (2010)
  • Author(s): 佐藤薫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉,幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2010-05-23
• [Presentation] PANSYの目指す大気科学 (2010)
  • Author(s): 佐藤薫, 堤雅基, 佐藤亨, 中村卓司, 齊藤昭則, 冨川喜弘, 西村耕司, 山岸久雄, 山内恭
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉,幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2010-05-23
• [Presentation] PANSYレーダーによる電離圏観測 (2010)
  • Author(s): 齊藤昭則, 山本衛, 大塚雄一, 佐藤薫, 堤雅基, 佐藤亨
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉,幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2010-05-23
• [Presentation] 南極昭和基地大型大気レーダーの技術 (2010)
  • Author(s): 堤雅基, 佐藤薫, 佐藤亨, 中村卓司, 齊藤昭則, 冨川喜弘, 西村耕司, 山岸久雄, 山内恭
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉,幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2010-05-23