大気大循環におけるブロッキングの数値実験と異常気象の研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09640518
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 田中 博 筑波大学, 地球科学系, 講師 (70236628)
• キーワード: ブロッキング / 異常気象 / 大気大循環 / 数値実験 / 順圧大気モデル / プラネタリー波 / ロスビー波の砕波

研究概要

異常気象の発生の多くは、ブロッキング形成と密接に関係しており、ブロッキングの成因の解明は重要な課題である。本研究では、総観規模波動の励起メカニズム(wavemaker)を取り入れた簡単な順圧大気モデルを用いて、一連のブロッキングの数値実験を行なった。このモデルはR20に相当する解像度を持つ極めて簡単なものであり、物理過程として、傾圧不安定を想定したwavemaker・山岳強制・渦粘性・地表摩擦が考慮されている。
モデルの時間積分の結果、上記の物理過程だけでも持続性あるブロッキングのライフサイクルが再現できることが示された。本研究で用いたwavemakerは線形の傾圧不安定問題を解いて構築されたものであり、総観規模波動は指数関数的に増幅する。指数関数的に増幅する波がやがて非線形効果トバランスして飽和に達し、エネルギーが総観規模波動からプラネタリー波に輸送される過程はロスビー波の砕波を意味する。ポテンシャル渦度の解析結果、増幅しながら東進するロスビー波が地形性のリッジで砕波し、それがブロッキングとなることが示された。
ひとたびブロッキングが生じると、後続のロスビー波はブロッキングに近づくにつれて減速し、ジェットの南北への分流に引き裂かれるようにして砕波する。この後続のロスビー波の砕波により、高気圧性の渦位が北に、低気圧性の渦位が南に輸送され、それがブロッキングに併合される。この渦位の南北伸張・併合過程(eddy straining mechanism)によりブロッキングは長期間維持されることが示された。本研究の結果、wavemakerによる総観規模波動の指数関数的な増幅がブロッキングの形成および維持に本質的に重要であることが示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Tanaka,H.L.and Mayumi Arai: "A study of baroclinic-barotropic instability in the Martian atmosphere using a 3-D normal mode expansion." Earth,Planet and Space. accepted. (1999)
• [文献書誌] 早崎将光、田中博: "対流圏における急激な温度上昇に関する研究:1989年冬季アラスカの事例解析" 天気. in press. (1999)
• [文献書誌] Tanaka,H.L.: "Numerical simulation of a life-cycle of atmospheric blocking and the Analysis of potential vortisity using a simple barotropic model." J.Meteor.Soc.Japan. 76. 267-274 (1998)
• [文献書誌] Tanaka,H.L.and D.Nohara: "Numerical Simulation of Realistic Blocking and Local Lyapunov Stability Analysis of the Barotropic Prediction Model." WMO Weather Prediction Research Programmes. No.26. 6.23-6.24 (1998)
• [文献書誌] Tanaka,H.L.: "Comparative study of vertical motions in the atmosphere evaluated by various schemes." Proc.In WCRP First International Conference on Reanalyses.27-31 Octobor,1997. 33-36 (1998)
• [文献書誌] Tanaka,H.L.: "Numerical simulation of atmospheric blocking and the analysis of potential vortisity using a simple barotropic model." Proc.The Rossby-100 Symposium,8-12 June,1998 Stockholm,Sweden. (1998)
• [文献書誌] Tanaka,H.L.and A.Hasegawa: "Comparative energetics analysis of climate models with high and low resolutions.ACCESSING CLIMATE CHANGE:RESULTS FROM THE MODEL EVALUATION CONSORTIUM FOR CLIMATE ASSESSMENT Chap 4,63.90" Gordon and Breach Science Publishers., 418 (1997)