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2017 年度 実績報告書

等温位/等密度座標に基づく大気/海洋大循環の解析

研究課題

研究課題/領域番号 15H02129
研究機関東北大学

研究代表者

岩崎 俊樹  東北大学, 理学研究科, 教授 (80302074)

研究分担者 小林 ちあき  気象庁気象研究所, 気候研究部, 主任研究官 (20354459)
山崎 哲  国立研究開発法人海洋研究開発機構, アプリケーションラボ, 研究員 (20633887)
宮崎 和幸  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境観測研究開発センター, 主任研究員 (30435838)
相木 秀則  名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (60358752)
高谷 康太郎  京都産業大学, 理学部, 准教授 (60392966)
須賀 利雄  東北大学, 理学研究科, 教授 (70211977)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
キーワード温位/密度座標 / 大気/海洋大循環 / 加重付帯状/時間平均 / 波動平均流相互作用 / ボーラス速度 / ラグランジェ循環 / 寒気流出 / エネルギー変換
研究実績の概要

等温位面上の質量加重付帯状平均(2次元)および時間平均(3次元)の大気大循環解析スキームを開発している。平均子午面循環の年々変動を、エルニーニョに伴う波平均流相互作用に基づき理解した。質量加重付帯状平均と時間平均の順序の可換性に着目し、平均子午面循環の3次元構造を解析した。地衡風擾乱場と基本場との間のエネルギー変換に関し、位相依存性のない表式を、停滞性及び移動性の双方の擾乱に対して導出した。
特定温位をしきい値とし、寒気流出の特徴を調べた。東アジアの寒気流出に、エルニーニョやマッデン・ジュリアン振動が大きく影響することを明らかにした。北米の寒気流出を調べ、東アジアの流出と比較した。東アジア・太平洋域および北米・ヨーロッパ域のブロッキングと、北極域の寒気放出との間に正の相関関係があること、ブロッキング頻度や寒気放出と低気圧活動(ストームトラック)には負の相関関係が存在することを明らかにした。ブロッキングと寒気放出の予測可能性について予測実験を実施した。
北半球中緯度と高緯度の大気交換過程を調べた。NASAが2016年春に韓国上空で実施した航空機観測データの解析や衛星観測データを用いたデータ同化計算により、韓国および日本上空のオゾン濃度増大に対して、中国だけなくシベリアからの遠距離輸送も重要な役割を果たしていることを明らかにした。
北太平洋では東アジアの寒気流出に伴って冷水塊が形成され海洋内部へ沈み込む。この沈み込み過程を気象庁東経137度定線観測断面内の溶存酸素および渦位の変動により評価し、沈み込み過程の時間スケール等の理解を深めた。海洋力学における「重み付け平均」「Lagrange平均理論」「Euler平均理論」の相互関係とその背景と展望をまとめた解説書を日本気象学会の和文レビュー誌:気象研究ノートに出版した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

温位面上の質量加重付の時間・帯状平均より得られた2次元の平均子午面循環(対流圏の直接循環およびBrewer-Dobson循環)では、中高緯度で停滞性渦フラックス速度とボーラス速度の双方の寄与が大きいことを明らかにした。また、エルニーニョに伴う循環偏差場は波活動の偏差と整合的であり、偏差場の形成維持メカニズムとして、波活動が正のフィードバックを起こすことが理解された。停滞性及び移動性擾乱の双方に適用可能な位相依存性のない擾乱エネルギー変換項を一般形で導出した。
寒気流出は、ラニーニャが中国内陸で、エルニーニョが日付変更線付近で、それぞれされることを明らかにした。ブロッキング頻度と低気圧活動の負の相関関係について、そのメカニズムの考察を続けている。アンサンブルカルマンフィルターによる再解析システムと大循環モデルを用いて、2009年以降の北半球のブロッキング事例についてアンサンブル予報実験を行っている。

衛星観測データを化学輸送モデルに同化し、全球的な物質輸送過程を調べている。一酸化炭素を大気トレーサーとして利用し、北半球中緯度から北極域への大気輸送過程を調査し、春季に著しい輸送が自由対流圏において生じていることを確認した。2016年に東アジア域で実施された航空機観測キャンペーンのデータ解析を行い、論文を作成した。
北太平洋上への寒気流出に伴って形成される水塊が海洋内部へ広がる過程やその時間スケールについての平均像の理解を、Argoフロートのデータや船舶観測データの解析によって深めた。大気海洋中の波動エネルギーのライフサイクルを、群速度ベクトルという意味付けを行いながら熱帯域と中緯度域を連続的に、トレースするためのツール開発を行った。特にErtelの渦位のインバージョンソルバーを開発した。

今後の研究の推進方策

等温位の質量加重付帯状平均による平均子午面循環(2次元)の変動メカニズムの全球数値予報モデルでの再現性を確認し、予測可能性を調べる。等温位の質量加重付時間平均量に基づく3次元大気大循環解析を進める。特に鉛直流について、断熱項・非断熱項の分離および定常項・非定常項の分離に着目して初期的な解析を実施する。位相依存性のない枠組みでのエネルギーサイクルの定式化を完成させる。実際のデータ解析に適用し、これらの有効性を確認する。さらに、質量重み付け等温位座標上での位相依存性のない波の活動度フラックスの定式化にも取り組む。
寒気流出解析では気候モデルによる将来予測結果を解析し、寒気と寒波の温暖化影響を明らかにする。総観規模現象やメソスケール現象への応用を目指し、顕著な東アジアの寒波や日本の南岸低気圧を解析する。北半球のブロッキング頻度(主に東アジア・太平洋域と北米・ヨーロッパ域)と低気圧活動と寒気流出のメカニズムを考察する。異なるブロッキング検出ツールを用いて、結果の頑健さを確認する。
MIMの枠組みを活用し、北半球の各地域について、物質分布の季節平均場に対する大規模循環の重要性について、新たな物理的な解釈を与えることに取り組む。独自に構築した大気組成再解析データを用いて、一酸化炭素の10年規模の分布変動について、大気輸送過程と排出が及ぼす影響を分離して理解するための研究に取り組む。特に北極域への大気輸送の経年変動に着目する。
Argoフロートデータに等密度面解析を施して作成した月平均データセットを用いて、大気の寒気流出に伴って形成された水塊の変動を、等密度面上での水温・塩分変動として記述し、寒気流出の変動との関係を調べる。熱帯の気候変動モードにともなう大気海洋中の波動エネルギーを追跡し、エルニーニョ/南方振動などのイベント毎に事例解析を行う。

  • 研究成果

    (44件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 17件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] GEOMAR(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      GEOMAR
  • [国際共同研究] NASA(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      NASA
  • [国際共同研究] KNMI(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      KNMI
  • [雑誌論文] Three-dimensional Structure of Mass-weighted Isentropic Time Mean Meridional Circulations2018

    • 著者名/発表者名
      Kanno, Y., and T. Iwasaki
    • 雑誌名

      J. Atmos. Sci

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1175/JAS-D-17-0154.1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-Level Cool Air over the Midlatitude Oceans in Summer2018

    • 著者名/発表者名
      Shimada, T., Y. Kanno, and T. Iwasaki
    • 雑誌名

      J. Climate

      巻: 31(5) ページ: 2075-2090

    • DOI

      10.1175/jcli-d-17-0188.1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tropical-Extratropical Interactions Associated with East Asian Cold Air Outbreaks. Part II: Intraseasonal Variation2018

    • 著者名/発表者名
      Abdillah, M. R., Y. Kanno, and T. Iwasaki
    • 雑誌名

      J. Climate

      巻: 31(2) ページ: 473-490

    • DOI

      10.1175/jcli-d-17-0147.1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simulation of extremely small amounts of snow observed at high elevations over the Japanese Northern Alps in the 2015/16 winter2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kawase, Akira Yamazaki, Hajime Iida, Kazuma Aoki, Wataru Shimada, Hidetaka Sasaki, Akihiko Murata, and Masaya Nosaka
    • 雑誌名

      SOLA

      巻: 14 ページ: 39-45

    • DOI

      10.2151/sola.2018-007

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 海の波と渦と平均流ー相互作用理論の背景と展望ー2018

    • 著者名/発表者名
      相木秀則
    • 雑誌名

      日本気象学会, 気象研究ノート

      巻: 235 ページ: 全175頁(単著)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interannual Variability of the North American Cold Air Stream and Associated Synoptic Circulations2017

    • 著者名/発表者名
      Kanno, Y., J. E. Walsh, and T. Iwasaki
    • 雑誌名

      J. Climate

      巻: 30(23) ページ: 9575-9590

    • DOI

      10.1175/JCLI-D-17-0104.1

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Tropical-Extratropical Interactions Associated with East Asian Cold Air Outbreaks. Part I: Interannual Variability2017

    • 著者名/発表者名
      Abdillah, M. R., Y. Kanno, and T. Iwasaki
    • 雑誌名

      J. Climate

      巻: 30(7) ページ: 2989-3007

    • DOI

      10.1175/JCLI-D-16-0152.1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of an ensemble Kalman filter data assimilation system for the Venusian atmosphere2017

    • 著者名/発表者名
      Norihiko Sugimoto, Akira Yamazaki, Toru Kouyama, Hiroki Kashimura, Takeshi Enomoto, and Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 9321

    • DOI

      10.1038/s41598-017-09461-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluation of ACCMIP ozone simulations and ozonesonde sampling biases using a satellite-based multi-constituent chemical reanalysis2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, K. and Bowman, K.
    • 雑誌名

      Atmos. Chem. Phys.

      巻: 17 ページ: 8285-8312

    • DOI

      10.5194/acp-17-8285-2017

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Three dimensional meridional circulation in mass-weighted isentropic time mean2017

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Iwasaki and Yuki Kanno
    • 学会等名
      IAMAS
    • 国際学会
  • [学会発表] Global view of polar cold air outbreaks in isentropic analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Iwasaki, Yuki Kanno and Muhammad Rais Abdillah
    • 学会等名
      IAMAS
    • 国際学会
  • [学会発表] 質量荷重付等温位面平均(MIM)に基づく大気大循環の解2017

    • 著者名/発表者名
      岩崎俊樹
    • 学会等名
      日本海洋学会
    • 招待講演
  • [学会発表] Interannual variability of the North American cold air stream and associated synoptic circulations2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanno, J. E. Walsh, T. Iwasaki
    • 学会等名
      European Geophysical Union Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 3-D Mass-weighted Isentropic Time Mean Meridinal Circulations2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanno, T. Iwasaki
    • 学会等名
      21st Conference on Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics 19th Conference on Middle Atmosphere
    • 国際学会
  • [学会発表] 北米寒気流の年々変動と対応する総観場2017

    • 著者名/発表者名
      菅野湧貴, J. E. Walsh, 岩崎俊樹
    • 学会等名
      日本気象学会2017年度春季大会
  • [学会発表] 温位座標に基づく寒気流出の将来変化の解析2017

    • 著者名/発表者名
      菅野湧貴、J. E. Walsh、岩崎俊樹
    • 学会等名
      日本気象学会2017年度秋季大会
  • [学会発表] 温位座標に基づく寒気流出の将来変化2017

    • 著者名/発表者名
      菅野湧貴、岩崎俊樹
    • 学会等名
      異常気象研究集会
  • [学会発表] 温位座標に基づく寒気流出の将来変化2017

    • 著者名/発表者名
      菅野湧貴、岩崎俊樹
    • 学会等名
      平成29年度気象学会東北支部気象研究会・仙台管区気象台東北地方調査研究会
  • [学会発表] 2016年1月の東アジアにおける寒気の形成と流出2017

    • 著者名/発表者名
      山口純平、菅野湧貴、岩崎俊樹
    • 学会等名
      日本気象学会2017年度春季大会
  • [学会発表] 極東地域における2016年1月の大寒波についての寒気質量解析2017

    • 著者名/発表者名
      山口純平、菅野湧貴、岩崎俊樹
    • 学会等名
      平成29年度気象学会東北支部気象研究会
  • [学会発表] MIMを用いた 大気の全球エネルギー量変動におけるENSOの影響2017

    • 著者名/発表者名
      小林ちあき,前田修平
    • 学会等名
      日本気象学会2017年度春季大会
  • [学会発表] Interannual variation of zonal mean state and mean meridional circulation2017

    • 著者名/発表者名
      Chiaki Kobayashi
    • 学会等名
      2017 S-RIP workshop and SPARC Data Assimilation (DA) workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] Vortex-vortex interactions for the maintenance of atmospheric blocking: The selective absorption mechanism2017

    • 著者名/発表者名
      Akira Yamazaki
    • 学会等名
      JpGu2017
    • 国際学会
  • [学会発表] 南極点ゾンデ観測同化のためのAFES-LETKF同化システムの改良2017

    • 著者名/発表者名
      山崎哲,榎本剛,三好建正,吉田聡,小守信正
    • 学会等名
      日本気象学会2017年度春季大会
  • [学会発表] 大気全球再解析データのダウンスケーリング実験による新潟の降雪分布の再現2017

    • 著者名/発表者名
      山崎哲,川瀬宏明
    • 学会等名
      雪氷研究大会(2017・十日町)
  • [学会発表] 北極域の寒気放出と東アジアでの大気ブロッキングの年々変動の関係2017

    • 著者名/発表者名
      山崎哲
    • 学会等名
      日本海洋学会秋季大会
  • [学会発表] AFES-LETKF同化システムへの観測インパクト評価診断ツールの実装2017

    • 著者名/発表者名
      山崎哲, 三好建正, 榎本剛, 小守信正
    • 学会等名
      日本気象学会秋季大会
  • [学会発表] AFES-LETKF data assimilation system for an experimental atmospheric global ensemble reanalysis2017

    • 著者名/発表者名
      Akira Yamazaki, Takeshi Enomoto, Takemasa Miyoshi, and Nobumasa Komori
    • 学会等名
      5th International Conference on Reanalysis (ICR5)
    • 国際学会
  • [学会発表] AFES-LETKFデータ同化システムへの観測インパクト評価診断ツールの実装2017

    • 著者名/発表者名
      山崎哲,三好建正,榎本剛,小守信正,猪上淳
    • 学会等名
      京都大学防災研究所 一般研究集会「様々な結合過程がもたらす異常気象の実態とそのメカニズム」
  • [学会発表] A tropospheric chemistry reanalysis based on an assimilation of the A-Train’s multi-sensor system2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, K., H. Eskes, K. Sudo, K. W. Bowman, F. Boersma, D. Fu, S. S. Kulawik, E. Wong, T. Sekiya
    • 学会等名
      3rd International A-Train Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a tropospheric chemistry data assimilation system: GEOS-Chem-EnKF2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, K., K. Bowman, K. Yumimoto, T. Walker
    • 学会等名
      The 8th International GEOS-Chem Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of ACCMIP and CCMI ozone simulations using a multi-constituent chemical reanalysis2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, K., K. Bowman
    • 学会等名
      Chemistry-Climate Model Initiative Science Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of multiple-species satellite data assimilation for KORUS-AQ and air quality monitoring over East Asia2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, K., T. Sekiya, D. Fu, K. W. Bowman, S. S. Kulawik, K. Sudo, Y. Kanaya, M. Takigawa, K. Ogochi, B. Gaubert, J. Barre, L. Emmons, and KORUS-AQ team
    • 学会等名
      AOGS 14th Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Decadal changes in global surface NOx emissions from multi-constituent satellite data assimilation2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, K., H. Eskes, F. Boersma, K. Bowman, Y. Kanaya, T. Sekiya
    • 学会等名
      18th GEIA Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] A tropospheric chemistry reanalysis based on multi-constituent satellite data assimilation and its application for KORUS-AQ2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, K., T. Sekiya, H. Eskes, F. Boersma, D. Fu, K. Bowman, Susan S. Kulawik, T. Walker, K. Sudo, Y. Kanaya, M. Takigawa, K. Ogochi, B. Gaubert, J. Barre, L. Emmons
    • 学会等名
      2017 annual conference of Korean Society for Atmospheric Environment
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Application of multi-constituent satellite data assimilation for KORUS-AQ2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, K., T. Sekiya, D. Fu, K. W. Bowman, T. Walker, S. S. Kulawik, K. Sudo, Y. Kanaya, M. Takigawa, K. Ogochi, B. Gaubert, J. Barre, L. Emmons
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards a Seamlessly Diagnosable Expression for the Energy Flux Associated with Both Equatorial and Mid-Latitude Waves2017

    • 著者名/発表者名
      H. Aiki
    • 学会等名
      American Meteorological Society: 21st Conference on Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics
    • 国際学会
  • [学会発表] A New Equation for the Inversion of Ertel’s Potential Vorticity to be Used for the Model Diagnosis of Group-Velocity-Based Energy Flux Associated with Waves at All Latitudes2017

    • 著者名/発表者名
      H. Aiki
    • 学会等名
      American Meteorological Society: 21st Conference on Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards a Seamlessly Diagnosable Expression for the Energy Flux Associated with Both Equatorial and Mid-Latitude Waves2017

    • 著者名/発表者名
      H. Aiki
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 中緯度惑星波と赤道波のエネルギーフラックスの全球シームレス解析に向けて(II)2017

    • 著者名/発表者名
      相木秀則
    • 学会等名
      日本気象学会2017年度春季大会
  • [学会発表] 東経137度定線に現れる亜熱帯モード水に着目した酸素消費率の見積もりとその季節変化2017

    • 著者名/発表者名
      佐々木美奈・須賀利雄
    • 学会等名
      日本海洋学会2017年度秋季大会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-08-22  

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