擾乱の集団的振る舞い、平均流との相互作用

気候力学II（2007年度後期）
担当教員木本昌秀（東京大学気候ｼｽﾃﾑ研究ｾﾝﾀｰ）
[email protected]
http://www.ccsr.u-tokyo.ac.jp/~kimoto/
2007年10月4日（木）～2008年1月31日（木）
現在わかっている休講日：11/1、12/6、12/13、12/20
講義ノート（ｐｐｔ）は上記web siteで取得可
＃但し、前日に準備すると思われるのであまり早々と印刷しない方が身の為
Official Syllabus
主として中高緯度で観測される気候変動の実態と、それに関与する様々な時
空間スケールを持つ現象の間の相互作用について議論する。具体的に採り
上げる現象は、北大西洋振動や北太平洋の10年規模変動に伴う中緯度での
大気海洋相互作用とストームトラックの役割、ENSOの遠隔影響に伴う北太平
洋水温偏差の形成における大気海洋相互作用、北太平洋10年規模変動にお
ける海洋波動や海洋前線帯の役割、南北半球の環状モード変動におけるス
トームトラックや惑星波変動の役割などである．
目次
1.
基礎編
i. 大気長周期変動、ＰＮＡ，ＮＡＯなど
ii. 基本的解析手法等
iii. 若干の気象力学
a.
b.
c.
d.
e.
f.
2.
準地衡方程式系
不安定問題
定常ロスビー波
強制プラネタリー波
擾乱の集団的振る舞い、平均流との相互作用
線型応答問題
応用編
i. 中立モード理論
ii. ＳＥＬＦ
iii. 中緯度大気海洋相互作用
波動－平均流相互作用
q
 v.q  F
t
q  q  q
q : basic state, q  : " eddy"
q
 v.q  .v q   F
t
G
Q
c p s
 2  * f 02  s   1   *   s f 0  
1 Q 







.
F

G



y 2
g N B2 z   s z  gN B2  z
c p s y 
3次元基本場の場合
Transforme d Eulerian Mean equation
 
Du

  2
v b 
*
2
 fv   3  E   i  j  k    v   u  ,u v , f 2 
Dt
y
z  
N 
 x
Dv

 u b 
 fu *   u v   f
Dt
x
z N 2
Db
 w*N 2  0
Dt
  u b  v b 
v b  
*
1
2
v  u , v , w   f k    v   
,
,  2 
2
2
z N
N 
 z N
eddyの伸びとEベクトルの向き


ストーム・トラック領域でのeddyの振る舞い
データ:1979～1980年のDJF気候値
high-pass filtered eddy
（10日以下）
low-pass filtered eddy
（10日以上）
ベクトル：Eベクトル（at 250mb）
コンター:vT  （at 700mb,contour unit:5km/s）
・Takaya and Nakamura(2001) Wave Activity Flux (WAF)


 U   2      V         
x
xx
x y
xy

p 
2
 U  x y    xy   V  y    yy

W 
2U  2

 f 0 U          V         
 2
x z
xz
y z
yz 
N





・WKB近似の元では、定常ロスビー波の局所的な群速度に平行
⇒準定常ロスビー波束伝播の指標


“Tendency Method” (Lau and Holopainen, 1984)
1 2
  1    
H
V


f


D D

p   p  t 
f
    V   
DH  f

 , D V    V  ,
p  S 
  static stability, S  鉛直温位勾配
pg    
pg    
 T 
 T 


,


 


 


R p  t 
R p  t 
 t 
 t 
H
H
V
V
 1 2 1 2 
H
V


W

W
 2 

 p 2 
f
WH 
1 2    V   
1 
V
 V  

,
W



2
f
f p
 S 
地衡風平衡・静力学平衡から推測されるｽﾄｰﾑ･ﾄﾗｯｸ領域
でのeddyﾌﾗｯｸｽ発散・収束に対する大気の応答
熱ﾌﾗｯｸｽ（ V T  ）発散・収束に対する
ｼﾞｵﾎﾟﾃﾝｼｬﾙﾊｲﾄ傾向の応答
渦度ﾌﾗｯｸｽ（V   ）発散・収束に対する
ｼﾞｵﾎﾟﾃﾝｼｬﾙﾊｲﾄ傾向の応答
（φ:ｽﾄｰﾑ･ﾄﾗｯｸの軸のある緯度、45°N～50°N）
線型応答問題
q
 v.q  0
t
q  qc  q a  q 
q c : climatolog ical mean,
q a : quasi - stationary anomaly
q  : transients
Want to know how q a is maintained
q a
 v c .q a  v a .q c   v a .q a  .v q a  Fa
t
Relative importance of various " forcings"
can be assessed by linear response computatio n.
Kelvin and Rossby waves
near the Equator
Matsuno (1966)
The Matsuno-Gill Pattern
熱源に対する大気の応答
～風応力に対する海洋の応答
Kelvin波とRossby波（２）
Wallace et al. (1998; JGR)
1997/1998年冬季の大気偏差場のシミュレーション
ERA40
SWM
LBM
Watanabe (2005)
湿潤線型モデル
 2
 J  ,  2  F
t
    


 2 
 J  ,  2   J  ,  2  F 
t

 
(a) 観測されたEl Niñoに基づく
850hPa流線関数偏差(等値線;
2x106 m2/s)およびOLR偏差
(鉛直平均加熱に換算; K/day)
の合成図.
湿潤LBMに
(b)熱帯中東部太平洋、および
(c)熱帯太平洋-インド洋のSST
偏差を与えた時の応答(凡例は
(a)と同じ).

Moist LBM experiment
(a) 観測
JJA composite SSTA
IN
WP
EP
(b) 太平洋SST
(c) 太平洋＋インド洋
Cha and Kimoto
Z200(contour)/T200(shaded)
1960-2002年冬季の大気偏差場のhindcast
SOI
r = 0.79
Observed index
PNA
r = 0.36
T42 LBM response
NAO
r = 0.43
Watanabe (2005)
上空約５ｋｍの気圧（～気温）
北極振動のパターン
2005年12月6日－2006年1月4日の平年偏差
Maeda & Watanabe (2006)
 2
 J  ,  2  F
t
    


 2 
 J  ,  2   J  ,  2  F
t

 

Maeda & Watanabe (2006)
EOF2+
EOF2EOF3+
EOF3-
Branstator (1992)
The Storm Track Model
dx
 Lx x
dt
Integrate for several days w/ random I.C.
simulated transient eddy statistics
AGCM
STM
2
[m ]
u’v’<0
Z’
2
u’v’
U
mean flow
&
eddy orientation
u’v’>0

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