成層圏における惑星波下方伝播生起メカニズムの解明と対流圏への影響評価

• Project/Area Number: 18H01280
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17020:Atmospheric and hydrospheric sciences-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 向川 均 京都大学, 理学研究科, 教授 (20261349)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 廣岡 俊彦 九州大学, 理学研究院, 教授 (90253393)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000); Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2018: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 惑星規模波 / 下方伝播 / 成層圏 / 不安定性 / 対流圏

Outline of Annual Research Achievements

2019年度は以下の項目について研究を行った。
（1）長期再解析データ及び衛星データの解析：
気象庁長期再解析データJRA-55を用いて、北半球冬季におけるプラネタリー波束の下方伝播の統計的解析を行い、抽出した全事例中の約83％が0度から西経135度の西半球の経度帯で生じ、成層圏中で東西波数１のプラネタリー波が卓越していること、東経45度から東経135度の経度帯では、全事例中の約6％しか生じないが、東西波数２のプラネタリー波が卓越していることを明らかにした。また、いずれの事例でも、下方伝播が発生しているのは成層圏中で順圧的に発達した高気圧の東側であることを示した。

（2）中層大気力学モデルの構築と安定性解析：
まず、準地衡風渦位方程式に基づく多層球面モデルを用いた流れ場の力学安定性解析が実行可能であることを確認した。また、北半球冬季について、1978年12月から2018年2月までの期間における日々の5hPa流線関数解析値を基本場として、球面上の非発散順圧渦度方程式に基づく安定性解析を行い、極端に大きな成長率を持つ不安定モードが出現する顕著に不安定な基本場の特徴について解析を行った。ここで、第1不安定モードの成長率が全解析期間の平均よりも3標準偏差以上大きくなる期間で極大となる日の基本場を顕著に不安定な基本場と定義した。その結果、顕著に不安定な基本場は12事例存在することが明らかになった。また、顕著に不安定な基本場については、多層球面モデルを用いた安定性解析を行い、いくつかの基本場では、非発散順圧渦度方程式に基づく安定性解析で得られた不安定モードとよく似た水平構造を持ち、鉛直には順圧的な構造を持つ不安定モードが存在することが確認できた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

長期再解析データを用いた惑星規模波下方伝播の解析は順調に進展している。一方、準地衡風渦位方程式に基づく多層球面モデルを用いた安定性解析は実行可能であることが確認できた。

Strategy for Future Research Activity

（１）長期再解析データと大規模アンサンブルデータの解析：1958年から2019年の長期再解析データを用いて抽出した、冬季北半球成層圏で生じた惑星波の顕著な下方伝播事例に対し、いくつかの類型に分け特徴を明らかにする。さらに、気象研究所全球大気モデルによって計算された「地球温暖化対策に資するアンサンブル気候予測データベース」d4PDFを用いて、同様の下方伝播事例の抽出を行い、長期再解析データの解析結果との比較を通し、下方伝播が生じる条件を明らかにする。

（２）中層大気力学モデルを用いた数値実験とAGCMアンサンブル予報実験：昨年度に引き続き、準地衡風方程式に基づく球面多層中層大気力学モデルの構築に取り組む。また、構築したモデルの下端境界条件として惑星規模波の強制を与え、モデル内での惑星規模波の伝播特性について解析する。一方、顕著な惑星規模波下方伝播事例などについて、大気大循環モデル（AGCM）を用いたアンサンブル予報実験を行い、成層圏での惑星規模波下方伝播の生起と関連する前駆擾乱の特定と、下方伝播が対流圏循環に及ぼす影響の解明を目指した解析を実施する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ストックホルム大学気象学教室(スウェーデン)
• [Journal Article] Impact of satellite observations on forecasting sudden stratospheric warmings (2020)
  • Author(s): Noguchi, S., Y. Kuroda, H. Mukougawa, R. Mizuta, and C. Kobayashi
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 47
  • DOI: 10.1029/2019gl086233
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamical Relationship between Quasi-stationary Rossby Wave Propagation along the Asian Jet and Pacific-Japan Pattern in Boreal Summer (2020)
  • Author(s): Takemura Kazuto、Mukougawa Hitoshi
  • Journal Title: JMSJ Volume: 98 Issue: 1 Pages: 169-187
  • DOI: 10.2151/jmsj.2020-010
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tropical water vapour in the lower stratosphere in ERA5 and its relationship to tropical/extra-tropical dynamical processes (2020)
  • Author(s): T. Wang, Q. Zhang, A. Hannachi, T. Hirooka, M. Hegglin
  • Journal Title: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society Volume: 146
  • DOI: 10.1002/qj.3801
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 成層圏におけるプラネタリー波束の下方伝播について (2020)
  • Author(s): 松山裕矢、廣岡俊彦
  • Journal Title: 令和元年度「異常気象と長期変動」研究集会報告 Volume: －
  • Open Access
• [Journal Article] 南極域オゾンホールと力学場の関係～2017年と2019年の事例の比較 (2020)
  • Author(s): 劉光宇、 廣岡俊彦、江口菜穂
  • Journal Title: 第41回日本気象学会九州支部発表会2019年度講演要旨集 Volume: － Pages: 29-29
• [Journal Article] 成層圏におけるプラネタリー波の下方伝播ついて (2020)
  • Author(s): 松山裕矢、廣岡俊彦
  • Journal Title: 第41回日本気象学会九州支部発表会2019年度講演要旨集 Volume: － Pages: 31-32
• [Journal Article] 2019年の南半球での成層圏突然昇温の特徴とオゾンホール (2020)
  • Author(s): 本田淳一、廣岡俊彦
  • Journal Title: 第41回日本気象学会九州支部発表会2019年度講演要旨集 Volume: － Pages: 33-34
• [Journal Article] 盛夏期におけるアジアジェットに沿う準定常ロスビー波束伝播とPJパターンとの力学的関連性 (2020)
  • Author(s): 竹村和人、向川均
  • Journal Title: 令和元年度「異常気象と長期変動」研究集会報告 Volume: －
  • Open Access
• [Journal Article] Primary Factors behind the Heavy Rain Event of July 2018 and the Subsequent Heat Wave in Japan (2019)
  • Author(s): Sinpo, A., 23名, Y. N. Takayabu, 6名,
  • Journal Title: SOLA Volume: 15A Issue: 0 Pages: 13-18
  • DOI: 10.2151/sola.15a-003 10.2151/sola.15A-003
  • NAID: 130007663915
  • ISSN: 1349-6476
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Diagnostics of a WN2‐type major sudden stratospheric warming event in February 2018 using a new three‐dimensional wave activity flux (2019)
  • Author(s): Harada, Y., K. Sato, T. Kinoshita, R. Yasui, T. Hirooka, and H. Naoe
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 124 Pages: 6120-6142
  • DOI: 10.1029/2018jd030162
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] On the dynamics of the spring seasonal transition in the two hemispheric high-latitude stratosphere (2019)
  • Author(s): T. Wang, Q. Zhang, A. Hannachi, Y. Lin, T. Hirooka
  • Journal Title: Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography Volume: 71 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1080/16000870.2019.1634949
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Troposphere-Stratosphere Dynamical Coupling in Regard to the North Atlantic Eddy-Driven Jet Variability (2019)
  • Author(s): W. Iqbal, A. Hannachi, T. Hirooka, L. Chafik, Y. Harada
  • Journal Title: JMSJ Volume: 97 Issue: 3 Pages: 657-671
  • DOI: 10.2151/jmsj.2019-037
  • NAID: 130007657231
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 冬季中緯度における雲量の季節内変動に関する解析 (2019)
  • Author(s): 佐藤令於奈・西憲敬・向川均
  • Journal Title: 平成30年度「異常気象と長期変動」研究集会報告 Volume: － Pages: 85-88
  • Open Access
• [Journal Article] 成層圏突然昇温予測への衛星データ同化のインパクト (2019)
  • Author(s): 野口峻佑・黒田友二・向川均・水田亮・小林ちあき
  • Journal Title: 平成30年度「異常気象と長期変動」研究集会報告 Volume: － Pages: 112-119
  • Open Access
• [Journal Article] 成層圏におけるプラネタリー波の下方伝播について (2019)
  • Author(s): 松山裕矢・廣岡俊彦
  • Journal Title: 平成30年度「異常気象と長期変動」研究集会報告 Volume: － Pages: 127-130
  • Open Access
• [Journal Article] 新しい3次元波活動度フラックスを用いた2018年2月北半球大規模突然昇温の解析結果 (2019)
  • Author(s): 原田やよい・佐藤薫・木下武也・安井良輔・廣岡俊彦・直江寛明
  • Journal Title: 平成30年度「異常気象と長期変動」研究集会報告 Volume: － Pages: 120-126
• [Journal Article] 成層圏におけるプラネタリー波束の下方伝播についての統計的解析 (2019)
  • Author(s): 松山裕矢・廣岡俊彦
  • Journal Title: 第40回日本気象学会九州支部発表会2018年度講演要旨集 Volume: － Pages: 26-27
• [Journal Article] Analysis of the Ozone Reduction Event Over the Southern Tip of South America in November 2009 (2018)
  • Author(s): Akiyoshi Hideharu、Kadowaki Masanao、Nakamura Haruna、Sugita Takafumi、Hirooka Toshihiko、Harada Yayoi、Mizuno Akira
  • Journal Title: Geophysical Research: Atmospheres Volume: 123 Pages: 12523-12542
  • DOI: 10.1029/2017jd028096
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Representation of the semiannual oscillation in global atmospheric reanalyses (2020)
  • Author(s): Y. Kawatani、T. Hirooka、K. Hamilton、A. K. Smith、M. Fujiwara
  • Organizer: WCRP/SPARC SATIO-TCS Joint Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Downward propagation of planetary wave packets to the troposphere during the Northern Hemisphere winter (2020)
  • Author(s): Y. Matsuyama、T. Hirooka
  • Organizer: WCRP/SPARC SATIO-TCS Joint Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Climatology of traveling and stationary planetary waves in the Northern Hemisphere winter middle atmosphere (2020)
  • Author(s): K. Iwao、T. Hirooka
  • Organizer: WCRP/SPARC SATIO-TCS Joint Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 南極域オゾンホールと力学場の関係～2017年と2019年の事例の比較 (2020)
  • Author(s): 劉光宇、廣岡俊彦、江口菜穂
  • Organizer: 第41回日本気象学会九州支部発表会
• [Presentation] 成層圏におけるプラネタリー波の下方伝播ついて (2020)
  • Author(s): 松山裕矢、廣岡俊彦
  • Organizer: 第41回日本気象学会九州支部発表会
• [Presentation] 2019年の南半球での成層圏突然昇温の特徴とオゾンホール (2020)
  • Author(s): 本田淳一、廣岡俊彦
  • Organizer: 第41回日本気象学会九州支部発表会
• [Presentation] Representation of the equatorial stratopause semiannual oscillation in global atmospheric reanalyses (2020)
  • Author(s): Y. Kawatani、T. Hirooka、K. Hamilton、A. K. Smith、M. Fujiwara
  • Organizer: 2019年度PANSY研究集会
• [Presentation] 冬季中緯度域における高度別雲量を用いた全雲量の季節内変動に関する解釈 (2020)
  • Author(s): 佐藤令於奈、西憲敬、向川均
  • Organizer: 第41回日本気象学会九州支部発表会
• [Presentation] 成層圏におけるプラネタリー波束下方伝播の統計的解析 (2019)
  • Author(s): 松山裕矢、廣岡俊彦
  • Organizer: 日本気象学会2019年度春季大会
• [Presentation] Tropical water vapor in the lower stratosphere and its relationship to tropical/extratropical processes (2019)
  • Author(s): T. Wang、Q. Zhang、A. Hannachi、T. Hirooka、M. I. Hegglin
  • Organizer: EC-Earth meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新しい3次元波活動度フラックスを用いた2018年2月北半球大規模突然昇温の解析結果 (2019)
  • Author(s): 原田やよい、佐藤薫、木下武也、安井良輔、廣岡俊彦、直江寛明
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • Invited
• [Presentation] 成層圏から対流圏へのプラネタリー波束の下方伝播について (2019)
  • Author(s): 松山裕矢、廣岡俊彦
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 2009年11月の南米南端におけるオゾン量低下イベントに関する解析 (2019)
  • Author(s): 秋吉英治、門脇正尚、中村東奈、杉田考史、原田やよい、廣岡俊彦、水野亮
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] Downward propagation of planetary wave packets from the stratosphere to the troposphere during Northern Hemisphere winter (2019)
  • Author(s): T. Hirooka、Y. Matsuyama
  • Organizer: Asia Oceania Geosciences Society 16th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Downward propagation of planetary wave packets from the stratosphere to the troposphere during the Northern Hemisphere winter (2019)
  • Author(s): Y. Matsuyama、T. Hirooka
  • Organizer: European Meteorological Society (EMS) Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Interactions between planetary waves and mean circulations in the middle atmosphere during the Northern Hemisphere winter (2019)
  • Author(s): K. Iwao、T. Hirooka
  • Organizer: European Meteorological Society (EMS) Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Downward propagation of planetary wave packets to the troposphere during the Northern Hemisphere winter (2019)
  • Author(s): Y. Matsuyama、T. Hirooka
  • Organizer: DynVarMIP/CMIP6 and SPARC DynVar & SNAP Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 成層圏におけるプラネタリー波束下方伝播の統計的解析(II) (2019)
  • Author(s): 松山裕矢、廣岡俊彦
  • Organizer: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [Presentation] 南極域におけるオゾン全量変動と力学場の関係について (2019)
  • Author(s): 劉光宇、廣岡俊彦、江口菜穂
  • Organizer: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [Presentation] 成層圏におけるプラネタリー波束の下方伝播について (2019)
  • Author(s): 松山裕矢、廣岡俊彦
  • Organizer: 令和元年度「異常気象と長期変動」研究集会
• [Presentation] Relationship between traveling and stationary planetary waves in the Northern Hemisphere winter middle atmosphere (2019)
  • Author(s): T. Hirooka、K. Iwao
  • Organizer: 2019 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 盛夏期におけるアジアジェットに沿う準定常ロスビー波束伝播とPJパターンとの力学的関連性 (2019)
  • Author(s): 竹村和人、向川均
  • Organizer: 令和元年度「異常気象と長期変動」研究集会
• [Presentation] 冬季中緯度における上層雲量の季節内変動機構 (2019)
  • Author(s): 佐藤令於奈、西憲敬、向川均
  • Organizer: 日本気象学会2019年度春季大会
• [Presentation] 夏季アジアジェットに沿った準定常ロスビー波束伝播とPJパターンとの力学的関連性 (2019)
  • Author(s): 竹村和人、向川均
  • Organizer: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [Presentation] 夏季日本付近におけるロスビー波の砕波頻度と関連する大気大循環 (2019)
  • Author(s): 竹村和人、向川均、前田修平
  • Organizer: 研究会「長期予報と大気大循環」
• [Presentation] 成層圏におけるプラネタリー波束の下方伝播についての統計的解析 (2019)
  • Author(s): 松山裕矢・廣岡俊彦
  • Organizer: 第40回日本気象学会九州支部発表会
• [Presentation] Structure and behavior of planetary waves and mean flows associated with sudden stratospheric warmings (2018)
  • Author(s): T. Hirooka and K. Iwao
  • Organizer: AOGS 15th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Relationships between Antarctic ozone hole and dynamical fields (2018)
  • Author(s): G. Liu, T. Hirooka and N. Eguchi
  • Organizer: AOGS 15th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Climatological features of planetary waves in the middle atmosphere during the Northern Hemisphere winter (2018)
  • Author(s): T. Hirooka and K. Iwao
  • Organizer: 7th IAGA/ICMA/SCOSTEP Workshop on Vertical Coupling in the Atmosphere-Ionosphere System
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Intercomparison of dynamical fields in the middle atmosphere revealed in global reanalyses (2018)
  • Author(s): T. Hirooka and Y. Kawatani
  • Organizer: EMS Annual Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Climatological structure and behavior of planetary waves and mean flows in the middle atmosphere during the Northern Hemisphere winter (2018)
  • Author(s): K. Iwao and T. Hirooka
  • Organizer: EMS Annual Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Intercomparison of dynamical fields in the middle atmosphere revealed in global reanalyses (2018)
  • Author(s): T. Hirooka and Y. Kawatani
  • Organizer: SPARC General Assembly 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relationships between Antarctic ozone hole and dynamical fields (2018)
  • Author(s): G. Liu, T. Hirooka, and N. Eguchi
  • Organizer: SPARC General Assembly 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Climatological features of planetary waves in the middle atmosphere during the Northern Hemisphere winter (2018)
  • Author(s): K. Iwao and T. Hirooka
  • Organizer: SPARC General Assembly 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Diagnostics of a WN2-type major sudden stratospheric warming event in February 2018 using a new three-dimensional wave activity flux (2018)
  • Author(s): Y. Harada, K. Sato, T. Kinoshita, R. Yasui, T. Hirooka, and H. Naoe
  • Organizer: SPARC General Assembly 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamical analysis in the Southern Hemisphere associated with a three-week total ozone reduction over Rio Gallegos in Argentina in November 2009 (2018)
  • Author(s): H. Akiyoshi, M. Kadowaki, H. Nakamura, T. Sugita, T. Hirooka, Y. Harada, and A. Mizuno
  • Organizer: SPARC General Assembly 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 南極域におけるオゾン変動と力学場の関係 (2018)
  • Author(s): 劉光宇・廣岡俊彦・江口菜穂
  • Organizer: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [Presentation] プラネタリー波の成層圏における反射について(II) (2018)
  • Author(s): 松山裕矢・廣岡俊彦
  • Organizer: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [Presentation] Dynamics and predictability of downward propagating stratospheric planetary waves observed in March 2007 (2018)
  • Author(s): H. Mukougawa, S. Noguchi, Y. Kuroda, R. Mizuta, and K. Kodera
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Small Antarctic ozone hole in 2012 and 2017 and the relationship to dynamical fields (2018)
  • Author(s): T. Hirooka, G. Liu, and N. Eguchi
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 成層圏突然昇温予測への衛星データ同化のインパクト (2018)
  • Author(s): 野口峻佑・黒田友二・向川均・水田亮・小林ちあき
  • Organizer: 平成30年度「異常気象と長期変動」研究集会
• [Presentation] 成層圏におけるプラネタリー波の下方伝播について (2018)
  • Author(s): 松山裕矢・廣岡俊彦
  • Organizer: 平成30年度「異常気象と長期変動」研究集会
• [Presentation] 新しい3次元波活動度フラックスを用いた2018年2月北半球大規模突然昇温の解析結果 (2018)
  • Author(s): 原田やよい・佐藤薫・木下武也・安井良輔・廣岡俊彦・直江寛明
  • Organizer: 平成30年度「異常気象と長期変動」研究集会
• [Presentation] Small Antarctic ozone hole in 2012 and 2017 and the relationship to dynamical fields (2018)
  • Author(s): G. Liu, T. Hirooka, and N. Eguchi
  • Organizer: 9th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Book] 新しい地球惑星科学 (2019)
  • Author(s): 廣岡俊彦
  • Total Pages: 299
  • Publisher: 培風館
• [Remarks]
  • URL: http://www-clim.kugi.kyoto-u.ac.jp/mukougawa/index.html