エルニーニョ・南方振動に伴う重力波及び成層圏準2年振動の変調

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01286
• 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: 藤原 正智 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (00360941) ; 高薮 縁 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (10197212) ; 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): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 赤道準2年振動 / エルニーニョ・南方振動

研究実績の概要

気候モデルデータと各種観測データ・再解析データを組み合わせ、エルニーニョ・南方振動（ENSO）に伴う対流圏・成層圏循環、熱帯対流、重力波活動の変動が、どのようなプロセスを経てQBO変調を引き起こすかを詳細に調べ、ENSOに伴う赤道準2年振動（QBO）変調のメカニズムを解明した。更に重力波ソースを一様にする既存のパラメタリゼーションではENSOによるQBO変調は再現されないことを示し、仮定されている重力波の物理過程の問題点を示した。さらに高解像度衛星観測データに瞬間的な時空間スペクトルを計算可能とするウェーブレット解析を適用し、ラニーニャ時に比べてエルニーニョ時には位相速度の遅い対流雲活動が活発であることを示した（Kawatani et al. 2019）。
国際的な全球大気再解析比較プロジェクト(S-RIP)に主導的立場で参加し、最終報告書の原稿を書き上げた。QBOを駆動する各種赤道波の再現性について詳しく調べた（Kim et al. 2019）。また、大規模火山噴火に伴う地表気温の応答を比較調査した（Fujiwara et al., 2020）。
亜熱帯から中緯度に水蒸気を運ぶ細くて長い水蒸気の帯は、Atmospheric River（AR）と呼ばれ、対流圏界面レベルのジェットや温帯低気圧の循環のような大規模な流れと、熱帯域の豊富な水蒸気源によって形成される。1989-2018年の30年間の客観解析データ（JRA55およびERA5）を利用してARを抽出し、ENSOのフェーズに伴うARの変動について調査した。その結果、北半球の夏季、冬季ともにエルニーニョ時は太平洋中部のARカバー率が比較的小さく、ラニーニャでは大きいことがわかった。さらにこの違いは、亜熱帯ジェットの蛇行度と熱帯域の可降水量分布の相乗効果で現れることを示した。

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

昨年度までに行ったモデル実験データの詳細解析、および各種観測データの解析が滞りなく行われ、成果を複数の論文として出版することができた。当初の計画以上に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

交付申請書に沿って、引き続きENSOに伴う赤道準2年振動の変調メカニズムを解明する為の詳細な解析を行う。世界の他機関モデル実験データにも着手し、順次論文化していく。

研究成果

• [国際共同研究] ハワイ大学/NorthWest Research Associates/NASA(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ハワイ大学/NorthWest Research Associates/NASA
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] オックスフォード大学/イギリス国立大気科学センター(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: オックスフォード大学/イギリス国立大気科学センター
• [国際共同研究] カナダ気象センター(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: カナダ気象センター
• [雑誌論文] The equatorial stratospheric semiannual oscillation and time-mean winds in QBOi models (2020)
  • 著者名/発表者名: A.K. Smith, L.A. Holt, R.R. Garcia, J.A. Anstey, F. Serva, N. Butchart, S.M. 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, K. Yoshida
  • 雑誌名: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 巻: - 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] 地球温暖化で成層圏大気の流れが変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河谷芳雄
  • 雑誌名: Japan Geoscience Letters 巻: 16 ページ: 9-11
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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., N. Butchart, Y. Kawatani, A. C. Bushell, L. Holt, F. Serva, J. Anstey, I. R. Simpson, S. M. Osprey, K. Hamilton, P. Braesicke, C. Cagnazzo, C.-C. Chen, R. R. Garcia, L. J. Gray, T. Kerzenmacher, F. Lott, S. Watanabe, et al.
  • 雑誌名: QUARTERLY JOURNAL OF THE ROYAL METEOROLOGICAL SOCIETY 巻: - 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: - ページ: -
  • DOI: 10.1029/2019GL086903
  • 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 AC, Anstey JA, Butchart N, Kawatani Y, Osprey SM, Richter JH, Serva F, Braesicke P, Cagnazzo C, Chen C-C, Chun H-Y, Garcia RR, Gray LJ, Hamilton K, Kerzenmacher T, Kim Y-H, Lott F, McLandress C, Naoe H, Scinocca J, Smith AK, Stockdale TN, Versick S,Watanabe S, Yoshida K, Yukimoto S
  • 雑誌名: QUARTERLY JOURNAL OF THE ROYAL METEOROLOGICAL SOCIETY 巻: - ページ: 1-31
  • DOI: https://doi.org/10.1002/qj.3765
  • 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: - ページ: -
  • DOI: 10.1029/2019JD032362
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Representation of the Equatorial Stratopause Semiannual Oscillation in Global Atmospheric Reanalyses (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawatani, Y., T. Hirooka, K. Hamilton, A. K. Smith and M. Fujiwara
  • 雑誌名: ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS DISCUSSION 巻: - ページ: -
  • DOI: https://doi.org/10.5194/acp-2020-73
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Surface temperature response to the major volcanic eruptions in multiple reanalysis data sets (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Masatomo、Martineau Patrick、Wright Jonathon S.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 20 ページ: 345～374
  • DOI: 10.5194/acp-20-345-2020
  • 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 ページ: 3893-3917
  • DOI: https://doi.org/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] Comparison of equatorial wave activity in the tropical tropopause layer and stratosphere represented in reanalyses (2019)
  • 著者名/発表者名: Young-Ha Kim, George Kiladis, John Albers, Juliana Dias, Masatomo Fujiwara, James Anstey, In-Sun Song, Corwin Wright, Yoshio Kawatani, Francois Lott, Changhyun Yoo
  • 雑誌名: ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS 巻: 19 ページ: 10027-10050
  • DOI: 10.5194/acp-19-10027-2019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Description and basic evaluation of simulated mean state, internal variability, and climate sensitivity in MIROC6 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatebe, H., Ogura, T., Nitta, T., Komuro, Y., Ogochi, K., Takemura, T., Sudo, K., Sekiguchi, M., Abe, M., Saito, F., Chikira, M., Watanabe, S., Mori, M., Hirota, N., Kawatani, Y., Mochizuki, T., Yoshimura, K., Takata, K., O'ishi, R., Yamazaki, D., Suzuki, T., Kurogi, M., Kataoka, T., Watanabe, M., and Kimoto, M.
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 12 ページ: 2727-2765
  • DOI: 10.5194/gmd-12-2727-2019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Representation of the Semiannual Oscillation in Global Atmospheric Reanalyses (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Kawatani, Hirooka Toshihiko, Hamilton Kevin, Smith Anne, Masatomo Fujiwara
  • 学会等名: WCRP/SPARC SATIO-TCS joint workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Representation of the Equatorial Stratopause Semiannual Oscillation in Global Atmospheric Reanalyses (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Kawatani, Toshihiko Hirooka, Hamilton Kevin, Smith Anne K., Fujiwara Masatomo
  • 学会等名: 2019年度PANSY研究集会
  • 国際学会
• [学会発表] ENSO modulation of the QBO: Results from MIROC models with and without non-orographic gravity wave parameterization (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Kawatani, Kevin Hamilton, Kaoru Sato, Timothy J. Dunkerton, Shingo Watanabe, Kazuyoshi Kikuchi
  • 学会等名: WCRP/SPARC SATIO-TCS joint workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 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: Yoshio Kawatani, Hamilton Kevin, Gray Lesley J., Osprey Scott M., Shingo Watanabe, Yosuke Yamashita
  • 学会等名: 27th International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) General Assembly
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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: Yoshio Kawatani, Hamilton Kevin, Gray Lesley J., Ospery Scott M., Shingo Watanabe, Yosuke Yamashita
  • 学会等名: RCAST special symposium on climate science with Prof. Hoskins
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 気候モデルを用いた成層圏・中間圏が対流圏循環場に及ぼす影響の考察 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Kawatani, Kevin Hamilton, Lesley J. Gray, Scott M. Osprey, Shingo Watanabe, Yosuke Yamashita
  • 学会等名: 日本気象学会2019年度春季大会
• [学会発表] 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: Yoshio Kawatani, Hamilton Kevin, Gray Lesley J., Osprey Scott M., Shingo Watanabe, Yosuke Yamashita
  • 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 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: Shingo Watanabe, Yoshio Kawatani, 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] 太平洋地域のAtmospheric Riverと対流圏上層ジェットの蛇行との関係 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金子航、高薮縁、辻宏樹
  • 学会等名: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [学会発表] The Effect of Upper-tropospheric Jet for Atmospheric Rivers and Precipitation in Pacific Region (2019)
  • 著者名/発表者名: W. KANEKO and Y. N. TAKAYABU
  • 学会等名: 2019 University Allied Workshop on Climate and Extreme Weather, Chiba, Japan
• [備考] Masatomo Fujiwara
  • URL: http://wwwoa.ees.hokudai.ac.jp/~fuji/index_jp.html
• [備考] Yoshio Kawatani
  • URL: https://sites.google.com/site/yoshiokawatani/home
• [備考] 高薮研究室
  • URL: http://ccsr.aori.u-tokyo.ac.jp/~takayabu/index-j.html