| 研究課題/領域番号 |
22H00176
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
相木 秀則 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (60358752)
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| 研究分担者 |
藤波 初木 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 講師 (60402559)
菅野 湧貴 一般財団法人電力中央研究所, サステナブルシステム研究本部, 主任研究員 (10826978)
名倉 元樹 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(大気海洋相互作用研究センター), 主任研究員 (10421877)
尾形 友道 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(アプリケーションラボ), 研究員 (60716679)
豊田 隆寛 気象庁気象研究所, 気候・環境研究部, 室長 (90450775)
野口 峻佑 九州大学, 理学研究院, 助教 (90836313)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円)
2026年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2025年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2024年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2023年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2022年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
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| キーワード | 赤道波・ロスビー波 / 熱帯中緯度相互作用 / MJO/ENSO/IOD / 海洋・対流圏・成層圏 / 社会応用 / エルニーニョ / 遅い波動 / エネルギー伝達 / インド洋ダイポールモード現象 / ベンゲラニーニョ・ニーニャ現象 / エネルギー循環の描像 / 深いケルビン波 / 浅いケルビン波 / 将来気候 / 熱帯低気圧 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
研究代表者らの最近の理論・モデル診断研究によって、大気海洋中の擾乱エネルギーの３次元の伝達経路を緯度帯の制限なくシームレスに世界地図上で表示・定量化することが可能となった。この強力な診断ツールは、熱帯海洋の変動の解析については実績をあげているが、大気の変動や世界の人口が集中している中緯度の現象への適用例が少ないのが課題である。本研究では熱帯域の気候変動現象(MJO/ENSO/IOD)の遠隔影響を含む様々な連鎖過程に対して統一した尺度による熱帯中緯度相互作用の理解を縦糸、診断ツールの開発から社会応用までのアプローチ構築を横糸として双補完的に推進する。
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| 研究実績の概要 |
代表者らは、赤道という数学的な特異点の課題を解決することで、熱帯と中緯度を連続的に診断可能とし、エネルギー伝達のシームレスな可視化を実現した。今年度は、エルニーニョ現象やラニーニャ現象の理解について、従来の海面水温偏差に基づく説明に加え、海洋内部の遅い波動によるエネルギー伝達の視点から全体像を捉えることに成功し、その成果を国際誌で発表した。この進展は、エネルギーフラックスに対してヘルムホルツ分解を適用し、伝達過程の細分化と定量化を可能にしたことによる。解析の結果、経年波動のエネルギー源は中央赤道太平洋に位置し、風の変動周期と海洋波動が同調することがエネルギー伝達において重要であることが示された。さらに、波動エネルギーの循環には北半球において特徴的な構造が見られ、時計回りの循環は西部熱帯太平洋に、反時計回りの循環は東部熱帯太平洋に形成される傾向が確認された。特に、北半球における時計回りの循環には、赤道ケルビン波よりもロスビー波によるエネルギー伝達の方が卓越していることが示唆された。また、赤道上の風が引き起こす波動の生成や回り込みの強度を海面水温から推定する経験式を構築し、海洋内部における波動エネルギーの蓄積と伝達のプロセスを定量的に把握するための枠組みを整備した。これにより、気候変動メカニズムの理解に新たな視座を提供することができた。また別の国際誌に発表した論文においては、準地衡渦位方程式から導かれる表現に類似した、新たな風入力の表式を提案することで、エネルギー収支の分布を見やすくした。これらの成果により、熱帯域における波動伝搬の理解が一層深まり、気候予測の精度向上や将来的な適応策の検討に貢献することが期待される。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究で提案した新たな表式では、風入力を疑流線関数と風応力ベクトルの回転微分（カール）との積の負として定義する。ここで、風応力カールはエクマン流速の水平発散と関連しており、運動エネルギーの入力を有効位置エネルギーの入力として捉え直す枠組みとなっている。擬流線関数は、渦位偏差から逆解法により導出され、全緯度域において連続的に利用可能である。これは、赤道付近では定義できない準地衡流線関数とは異なり、赤道域を含む全球的な解析が可能となる点で有利である。この新しい表式を用いた結果、エネルギーフラックスベクトルによる波の群速度の可視化という従来の定性的な利点を保持しつつ、風入力および圧力フラックス発散項の水平分布に現れる縞状のノイズを効果的に低減できることが確認された。一方で、これまで取り組んできた大気中の波動の診断コードの開発について解決の糸口が見えた。実際にJRA-3Q再解析データを用いた詳細な診断を通じて、従来の手法においては惑星波に偏って理論的枠組みが構築されてきたが、実際には不安定波の方が卓越し、特に対流圏下部においてはエネルギーフラックスが下向きになることを確認した。この結果により、これまで主に対象としてきた熱帯域の強制波に加え、中緯度の不安定波を含めた包括的な波動診断の枠組みが整い、今後の学会発表および論文発表に向けた基盤が整いつつある。
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| 今後の研究の推進方策 |
中緯度では「平均流・波動相互作用」や「傾圧不安定波の存在」によって別の意味で解析が複雑になるので、従来の研究で蓄積されてきたノウハウ
１：現象に応じた擾乱の抽出方法
２：どのような現象について解析が上手くいく／いかないのか？
３：診断ツールや結果をどの分野の研究者が使うのか？
などの深化を行う。対流圏・海洋区分の熱帯から中緯度への影響について、ENSOのエネルギーサイクルに重要な亜熱帯域の海洋躍層の変動は風応力による応答だけでなく、躍層下のモード水変動も寄与すると考えられ、これらを統一した尺度で評価する手法を開発する。中緯度から熱帯への影響については、データ同化システムにおける初期値化の影響に注目して、現実に近い解析場における基本場から赤道不安定波へのエネルギーの供給を定量化する。気象庁の短期予測の基盤となる調査・開発で、現業システムへ貢献する。大気においては、波動エネルギーの流れを追跡しその消散過程とエネルギー収支の相違から、山岳地形・海洋・他の気候変動モードの影響を定量化する。BSISOやQBWにともなう定常ロスビー波や傾圧不安定波の遠隔伝播について、エネルギー循環だけでなく降水影響なども含めた考察を行う。成層圏においては、中緯度から赤道域における各種波動の複雑な寄与が議論されており、本研究の診断手法の利点が存分に発揮できる現象を開拓する。
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