2020 Fiscal Year Annual Research Report
階層的数値モデルによる金星大気重力波の励起、伝播、散逸過程の解明
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19H01971
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
杉本 憲彦 慶應義塾大学, 法学部(日吉), 教授 (10402538)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 征弘 京都産業大学, 理学部, 教授 (00323494)
安藤 紘基 京都産業大学, 理学部, 助教 (00706335)
野口 克行 奈良女子大学, 自然科学系, 助教 (20397839)
黒田 剛史 東北大学, 理学研究科, 助教 (40613394)
宮本 佳明 慶應義塾大学, 環境情報学部(藤沢), 准教授 (90612185)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 大気重力波 / 金星 / パラメタリゼーション / データ同化 / 観測システムシミュレーション実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気重力波は、運動量やエネルギーを輸送、再分配し、惑星大気において重要な働きを担う。本課題では、階層的な数値モデルを用いて、金星大気の重力波の諸過程を包括的に解明することが目標である。2020年度は、金星探査機「あかつき」および「Venus Express」の電波掩蔽観測で明らかにされた雲層下部の温度構造が、金星大気大循環モデルで整合的に再現されていたため、この成因の解析を中心に行った。また、雲層下部には惑星規模の大気重力波である赤道ケルビン波の存在が観測的に示唆されていて、それと関連した雲量変動も観測されている。そこで、金星大気大循環モデルに簡易版の雲物理過程を導入して、赤道ケルビン波と雲量の変動を調べられる枠組みの構築を目指した。さらに熱潮汐波と細かいスケールの大気重力波の相互作用を調べるために、T639L260(1920×960×260格子点)の超高解像度数値実験への拡張を行い、スピンアップ計算を繰り返した。
赤道ケルビン波は雲層上端にもその存在が示唆されており、スーパーローテーションの風速変動に関わると考えられている。一方で、我々の金星大気大循環モデルでは、この波をこれまで再現できていない。そこで、データ同化技術を用いて、赤道ケルビン波の観測が衛星観測等で得られた際に、これを同化によって金星大気大循環モデル内に再現可能かどうかについて、観測システムシミュレーション実験を行った。その結果、高度70km付近の風速観測が6時間毎にあれば, 赤道ケルビン波が再現可能であることがわかった。本成果は、未だあかつき観測によって赤道ケルビン波が明瞭に観測された時期はないものの、仮に紫外線カメラでこれを観測することができれば、雲追跡で導出できる風速の同化によって、金星大気大循環モデル内に赤道ケルビン波を十分に再現可能であることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度までに、金星大気大循環モデルを用いた予備実験で１本、世界唯一の金星大気データ同化システムを用いた、実観測のデータ同化で1本、観測システムシミュレーション実験で2本、またモデルの物理過程の開発で1本、電波掩蔽観測とモデルの結果比較によって1本、の計6本の査読付き論文を出版することができた。
特に、金星大気における惑星規模の重力波として、熱潮汐波や赤道ケルビン波が雲層内部のスーパーローテーション構造の維持、運動量や熱の再分配に重要な働きをもたらすことを明らかにした点で、本研究課題の目標に大きく寄与したと考えている。また、雲層下部においても、赤道ケルビン波が雲量変動に影響を与える可能性が指摘されていることから、その太陽光の吸収率の変動を通して金星大気のエネルギー収支に重要な寄与をもたらすことが想像される。この問題への足掛かりとして、新たな雲物理過程を開発、導入したことは、今後、赤道ケルビン波と雲量変動の関連を調べるのみならず、金星大気のエネルギー収支の調査においても重要な布石である。
今年度に実施した、T639L260(1920×960×260格子点)での世界最高解像度の数値実験では、熱潮汐波から細かいスケールの大気重力波の自発的な放射が再現されている。また、金星大気の実観測のデータ同化および観測システムシミュレーション実験を行えるのは、世界で我々のグループが唯一である。この長所を最大限に生かし、熱潮汐波や赤道ケルビン波の重要性を調査できており、これらの点が研究を順調に遂行できている理由としてあげられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、今年度に開発した簡易雲物理過程を導入した金星大気大循環モデルを用いた数値実験を行う。特に雲層下部の雲量変動に着目し、赤道ケルビン波の短周期擾乱がもたらす影響を調査し、その関連性を調べる。次に今年度に実施したT639L260(1920×960×260格子点)での世界最高解像度の数値実験のリスタート計算を繰り返し、熱潮汐波のあるなしの条件下で、小スケールの大気重力波の自発的放射の違いを調査する。特に赤道域では熱潮汐波からの自発的な重力波放射が示唆される結果が得られているため、熱潮汐波を取り除いた実験を行うことで、その証拠を固める。また中高緯度では傾圧不安定からの自発的な重力波放射も確認されているため、こちらの解析も進める予定である。
データ同化技術を用いた観測システムシミュレーション実験では、赤道ケルビン波の疑似観測をより我々の金星大気大循環モデルの基本場と近い設定の数値モデルより作成する。なぜなら今年度に用いたCCSR/NIESの大気大循環モデルをベースにした金星大気大循環モデルの基本場では、我々の金星大気大循環モデルと大きく異なっていることが原因で、長時間のデータ同化を行うと基本場が崩壊するという問題が起こったためである。簡単のため、熱潮汐波を除去した設定で、赤道ケルビン波の観測条件を緯度、経度、時間間隔を現実的に変化させ、どの程度の観測条件があれば、データ同化によって再現可能かを調査する。また、再現されたケルビン波の鉛直構造とその伝播特性を調査し、スーパーローテーションへの運動量輸送についても調査する。
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[Presentation] Trials toward first Venus analysis product by data assimilation of Akatsuki observation2020
Author(s)
Y. Fujisawa, S. Murakami, N. Sugimoto, M. Takagi, T. Imamura, T. Horinouchi, G. Hashimoto, M. Ishiwatari, T. Enomoto, T. Miyoshi, Y.-Y. Hayashi
Organizer
JpGU-AGU Joint Meeting 2020
Int'l Joint Research / Invited
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