| 研究課題/領域番号 |
14J01522
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
北野 慈和 北海道大学, 工学院, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| キーワード | 大気ブロッキング / 極端現象 / 将来気候予測 / 回転水槽実験 / 寒波 / 豪雨 / 熱波 |
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| 研究実績の概要 |
中緯度地域の極端現象の一因である大気ブロッキングの発生頻度は，太平洋域では将来気候において北東シフトすることが先行研究により示唆された．本年度は，この北東シフトに着目し，ブロッキングの発生位置の変化が，周辺の極端現象にどのような影響を与えるかを第5期結合モデル相互比較計画(CMIP5)の計算結果を用いて考察した．解析の結果，1. 太平洋域の冬季において，将来ブロッキングが減少する領域においてブロッキングが発生した場合，日本周辺に低温な日を，ロシア極東部及びその北部の海域に高温な日を，オホーツク海西岸及びカムチャッカ半島東岸にて強い降水を発生させやすい．2. 上述の日本周辺における低温な日に着目すると，将来気候において同極端現象は広域に一度に発生しやすくなる．3. さらに，日本周辺の低温な日の日数は，オホーツク海付近のブロッキングと同様に減少する．という知見が得られた．
また，偏西風のような回転場における傾圧帯に発生する傾圧不安定波と，そこに発生する渦の剥離現象を再現し，ブロッキングの現象理解に役立てるため回転水槽実験を行った．本研究では，地球における極域に相当する水槽中央部の観察が可能であり，かつ傾圧不安定波の振幅を制限しない新たな設定において実験を行った．可視化法に関する技術的な問題を解決し，以下のような解析結果が得られた．1. スペクトル密度を算出すると，水槽中の傾圧不安定波の波数は地球と同様波数4程度にスペクトルピークを有した．また，概ね高波数領域では波数kについてk-5/3則に，低波数領域ではk-3則に一致することが確認された．2. 傾圧不安定波の蛇行の振幅を制限させないため，時事刻々と流れが変化する．偏西風に相当する傾圧帯の帯状流れの流速並びに蛇行の波数が周期的に変動する．3. 傾圧帯の帯状流れの流速は，水槽中心部の渦度と同期して変動することが確認された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
気象観測に基づくデータ（再解析データ）および世界各国が開発した最先端の全球気候モデルにより計算された将来予測実験のデータを用い，太平洋周辺域における大気ブロッキングと極端現象との関係性を吟味した．これは，先行研究が示した，同地域におけるブロッキングの発生箇所が北東方向へシフトすることに着目し，このシフトが周辺の極端現象にどのような影響を与えるかについて解析したものである．これにより，ブロッキングの発生位置とそれによる極端現象の発生位置の関係性が明らかにでき，初年度の成果としては概ねよく進行したと評価した．また，室内実験である回転水槽実験は，1. 回転している水槽内の挙動を，回転系の視点から高感度カメラで撮影する点，2. 鉛直方向の流体の挙動を解析するため中立粒子を浮かべるPIV法を採用したが，これを1時間程度継続させなければならない点，3. 温度分布を可視化する方法を模索する点，という3点の課題が実験開始当初から予想できた．これに対し，1については，回転と同期して撮影する手法を考案し，2については粒子作成の試行錯誤の末，流速を取得できるまでに解析は至った．3については定量的な観測方法は確立していないが，感温液晶を用いた可視化法を実践中である．流速場については解析を進め，大気における現象との比較検討を行うまでに至った．上記のように成果を出しながら研究を遂行中である．
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の解析で，ブロッキング発生頻度の分布が，現在気候から将来気候に遷移するにつて，全球気候モデルごと，または年代ごとにその変化が異なっていることが解析された．これの解釈として，研究開始当初からの最大の目的の一つである，将来気候における地球の全体的な気温の上昇，南北温度経度の高度別の変化といった効果が，大気大循環をどのように変化させるのかについて，理論的なアプローチも加味して解析を進めていく．また，回転水槽実験においては，流速分布の可視化法が概ね確立されてきたため，高緯度における寒気の低緯度側への吹き出しという観点から解析を進めていく．寒気の吹き出しは傾圧不安定波として解釈できるが，この波の特性が水槽内の温度傾度や水深によってどのように変わるかについて，吟味していく．また，温度分布の定量的な可視化法や鉛直方向の流速の同時観察については引き続き可視化法の改善を務め，温度経度の鉛直分布の差異が傾圧不安定波の形態に与える影響についても解析していく．最後に，水槽実験の結果と現実大気のデータをエネルギー収支の観点から解析し，理想条件下における流体場，および現実場の挙動の相互理解を進める．
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