観測史上初2016年赤道成層圏循環の崩壊を予測できるか

• 研究課題/領域番号: 17K18816
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 河谷 芳雄 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(環境変動予測研究センター), 主任研究員 (00392960)
• 研究分担者: 渡辺 真吾 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(環境変動予測研究センター), センター長代理 (50371745)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 赤道準2年振動 / エルニーニョ / 海氷 / 中層大気

研究成果の概要

中間圏・下部熱圏を含む中解像度及び高解像度の大気大循環モデルを用いて、2016年に観測された赤道準2年振動（QBO）崩壊現象の再現実験に初めて成功し、北半球亜熱帯成層圏から伝わったロスビー波が、赤道成層圏の厚さ数km程度の狭い高度範囲に集中して作用することが要因と示した。気候モデルを用いたアンサンブル実験から、エルニーニョと海氷減少がQBO崩壊を引き起こすロスビー波の生成と赤道方向への伝播が重要であることも分かった。QBO崩壊現象に先んじて生じた中部成層圏のQBO東風シアー領域の上昇については、成層圏子午面循環に伴う赤道上昇流が本質的な役割を果たしたことも分かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

QBO位相の変化は、成層圏極渦の変調を引き起こし、中高緯度の地表面気圧配置やストームトラックの分布を変化させる為、QBOは季節予報にとっても重要な現象と認識されている。2016年に起きたQBO崩壊は、気象現象の正確な予測を追及する世界中の予報機関に大きな衝撃を与えた。2016年QBO崩壊現象は、その予測に世界各国の機関が失敗していた。本研究で明らかになったQBO崩壊メカニズムの解明及び数値モデルでの再現成功は今後の季節予報精度向上に貢献することで、科学的にも社会的にも大きな意義を有する。

研究成果

• [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)
• [国際共同研究] ハワイ大学(米国)
• [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)
• [国際共同研究] ハワイ大学(米国)
• [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)
• [国際共同研究] ハワイ大学(米国)
• [雑誌論文] Response of the Quasi‐Biennial Oscillation to a warming climate in global climate models (2020)
  • 著者名/発表者名: Richter, J.H., K. Yoshida et al.
  • 雑誌名: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 巻: - 号: 744 ページ: 1-29
  • DOI: 10.1002/qj.3749
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] QBO changes in CMIP6 climate projections (2020)
  • 著者名/発表者名: Butchart Neal, Anstey James, Kawatani Yoshio, Osprey Scott, Richter Yadwiga, Wu Tongwen
  • 雑誌名: GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS 巻: - 号: 7
  • DOI: 10.1029/2019gl086903
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Progress in simulating the Quasi-biennial Oscillation in CMIP models (2020)
  • 著者名/発表者名: Richter Yadwiga, Anstey James, Butchart Neal, Yoshio Kawatani, Gerald A. Meehl, Scott Osprey, Isla R. Simpson
  • 雑誌名: JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH - Atmospheres 巻: - 号: 8
  • DOI: 10.1029/2019jd032362
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of the Quasi‐Biennial Oscillation in global climate models for the SPARC QBO‐initiative (2020)
  • 著者名/発表者名: Bushell, A.C., K. Yoshida et al.
  • 雑誌名: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 巻: - 号: 744 ページ: 1-31
  • DOI: 10.1002/qj.3765
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The equatorial stratospheric semiannual oscillation and time‐mean winds in QBOi models (2020)
  • 著者名/発表者名: Smith, A. K, L. A. Holt, R. R. Garcia, J. A. Anstey, F. Serva, N. Butchart, S. Osprey, A. C. Bushell, Y. Kawatani, Y.‐H. Kim, F. Lott, P. Braesicke, C. Cagnazzo, C.‐C. Chen, H.‐Y. Chun, L. Gray, T. Kerzenmacher, H. Naoe, J. Richter, S. Versick, V. Schenzinger, S. Watanabe, and K. Yoshida
  • 雑誌名: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 巻: - 号: 744 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1002/qj.3690
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ENSO modulation of the QBO: Results from MIROC models with and without non-orographic gravity wave parameterization (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawatani, Y., K. Hamilton, K. Sato, T. J. Dunkerton, S. Watanabe and K. Kikuchi
  • 雑誌名: Journal of the Atmospheric Sciences 巻: 76 号: 12 ページ: 3893-3917
  • DOI: 10.1175/jas-d-19-0163.1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Effects of a Well-Resolved Stratosphere on the Simulated Boreal Winter Circulation in a Climate Model (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawatani Yoshio、Hamilton Kevin、Gray Lesley J.、Osprey Scott M.、Watanabe Shingo、Yamashita Yousuke
  • 雑誌名: Journal of the Atmospheric Sciences 巻: 76 号: 5 ページ: 1203-1226
  • DOI: 10.1175/jas-d-18-0206.1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The influences of El Nino and Arctic sea-ice on the QBO disruption in February 2016 (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirota N.、Shiogama H.、Akiyoshi H.、Ogura T.、Takahashi M.、Kawatani Y.、Kimoto M.、Mori M.
  • 雑誌名: npj Climate and Atmospheric Science 巻: 1 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41612-018-0020-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First Successful Hindcasts of the 2016 Disruption of the Stratospheric Quasi-biennial Oscillation (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S.、Hamilton K.、Osprey S.、Kawatani Y.、Nishimoto E.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 号: 3 ページ: 1602-1610
  • DOI: 10.1002/2017gl076406
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The influences of El Nino and Arctic sea-ice on the QBO disruption in February 2016 (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirota, N., H. Shiogama, H. Akiyoshi, T. Ogura, M. Takahashi, Y. Kawatani, M. Kimoto and M. Mori
  • 雑誌名: npj Climate and Atmospheric Science 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Hindcasts of the 2016 Disruption of the Stratospheric QBO (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Watanabe, Kevin Hamilton, Scott Osprey, Yoshio Kawatani, Eriko Nishimoto
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Hindcasts of the 2016 Disruption of the Stratospheric Quasi-biennial Oscillation (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Watanabe, Kevin Hamilton, Scott Osprey, Yoshio Kawatani
  • 学会等名: DynVarMIP workshop on Atmospheric circulation in a changing climate
  • 国際学会
• [学会発表] 2015/2016年に生じた赤道成層圏準二年周期振動（QBO）崩壊イベント発生時の大気波動の振る舞いに ついて (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡辺真吾, 河谷芳雄, Kevin Hamilton, Scott Osprey
  • 学会等名: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [学会発表] Hindcasts of the 2016 Disruption of the Stratospheric QBO (2018)
  • 著者名/発表者名: Shingo Watanabe, Kevin Hamilton, Scott Osprey, Yoshio Kawatani, Eriko Nishimoto
  • 学会等名: SPARC General Assembly 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Hindcasts of the 2016 Disruption of the Stratospheric QBO (2018)
  • 著者名/発表者名: Shingo Watanabe, Kevin Hamilton, Scott Osprey, Yoshio Kawatani, Eriko Nishimoto
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Hindcasts of the 2016 Disruption of the Stratospheric QBO (2018)
  • 著者名/発表者名: Shingo Watanabe, Kevin Hamilton, Scott Osprey, Yoshio Kawatani, Eriko Nishimoto
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 15th Annual Meeting
• [学会発表] 2015-2016年QBO崩壊イベントの再現実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邉真吾
  • 学会等名: 対流圏・中層大気流体力学研究集会
• [備考] Yoshio Kawatani
  • URL: https://sites.google.com/site/yoshiokawatani/
• [備考]
  • URL: https://sites.google.com/site/yoshiokawatani/