2010年8月17日 IUGONET中間報告会 成層圏突然昇温の長期変動 冨川喜弘（国立極地研究所、総合研究大学院大学） 成層圏・中間圏のclimatology 80km 50km 30km 0km 夏半球 冬半球 CIRA86による1月の帯状平均気温（カラー）、及び東西風（等値線）の緯度高度断面 [Tomikawa et al., JGR, 2008] 成層圏突然昇温（Stratospheric Sudden Warming） •冬半球成層圏の強い西風（極夜ジェット）が弱まり、または逆 転し、冬極成層圏の気温が急上昇する現象 •時間スケールは数日程度 •Scherhag [1952]による発見、 当時はベルリン現象と呼ばれていた •波動平均流相互作用に基づく 約60℃ メカニズムの説明[Matsuno, 1971] •歴史的経緯は廣田[2003]参照 O’Neill [2003] 成層圏突然昇温の種類 • 大昇温(Major (Midwinter) Warming) 60N,10hPaの帯状平均東西風が西向きになり、90Nの気温が 60Nよりも高くなる（南半球ではほとんど発生しない） • 小昇温(Minor Warming) 大昇温の基準を満たさない昇温 • 最終昇温(Final Warming) MaW CW FW MiW 冬の西風から夏の東風へ移行する際の昇温 • カナダ昇温(Canadian Warming) 初冬にアリューシャン高気圧の増幅に伴って発生する昇温 成層圏突然昇温のメカニズム Matsuno [1971] プラネタリ波砕波による平均流加速 ∇・Fに対する非定常応答 子午面循環を駆動 ＋ 東西平均流を減速 z 降温 小昇温 高度30～50km Fを両方に配分 降温 U 1 * f 0v F X t 0 東西風の運動方程式（ QG版） 赤道 プラネタリ波 大昇温 北極 y 大昇温カレンダー 11 12 1 2 11 3 [冨川, MTIハンドブック, 2010] 12 1 2 89/90 90/91 91/92 92/93 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 78/79 79/80 80/81 81/82 82/83 83/84 84/85 85/86 86/87 87/88 88/89 赤が大昇温のあった月 9回（8年）/11年 11 3 0回（0年）/9年 過去32年間で23回（19年）の大昇温が発生 12 1 2 98/99 99/00 00/01 01/02 02/03 03/04 04/05 05/06 06/07 07/08 08/09 09/10 14回（11年）/12年 内訳：11月：0回、12月：4回、1月：6回、2月：9回、3月：4回 Charlton & Polvani [2007]の結果を合わせると、34回（27年）/53年 3 成層圏突然昇温の長期変動に関連しそうな現象 • 北極振動（北半球環状モード） • 準二年周期振動（ＱＢＯ） • 太陽活動 • ブロッキング高気圧 北極振動（北半球環状モード） Thompson & Wallace [1998] 北極域と中緯度域との間の海面気圧のシーソーを北極振動 （Arctic Oscillation）と命名 Baldwin & Dunkerton [1999, 2001] 北極振動のシグナルが成層圏から対流圏へ下方伝播するこ とを示す 成層圏突然昇温は北極振動の負の位相に相当 大昇温 大昇温 北極振動の長期変動 80年代後半から90年代前半にかけて正のAO indexが卓越 ⇒成層圏の強い極渦 ⇒成層圏突然昇温の発生しない時期と大体一致 北極振動は現象を記述して いるだけで、なぜそのような 気圧の変動が起こるのかは 説明していない http://www.cpc.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/JFM_season_ao_index.shtml 準二年周期振動（Quasi-Biennial Oscillation） 熱帯成層圏において、西風と東風が約28カ月周期で交互に現 れる現象[Baldwin et al., 2001] Holton-Tan mechanism [Holton & Tan, 1980, 1982] QBOの東風位相時に、プラネタリ波の赤道への伝播がブ ロックされ、極冠域に集中するため、成層圏突然昇温が起 こりやすくなるという仮説 太陽活動との関連 Labitzke [1982] QBOの東風位相時に突然昇温が起 きる傾向（Holton-Tan mechanism）は、 太陽活動極大期には見られない Kodera & Kuroda [2002] 太陽活動極大期には、初冬の中間 圏西風ジェットが強くなり、そのシグ ナルが極夜ジェット振動の形で極域 成層圏に伝わる ブロッキング高気圧 西風ジェット気流を妨げる形で長期間停滞する高気圧 西風ジェットの蛇行、あるいは分流と対応 対流圏のブロッキングの発生が成層圏突然昇温のトリガーと なるという説が古くからある Castanheira & Barriopedro [2010] 北大西洋域のブロッキングは波数1型の突然昇温と、北太平 洋域のブロッキングは波数2型の突然昇温と良い対応 Nishii et al. [2010] 北大西洋域のブロッキングがプラネタリ波の成層圏への伝播 を妨げ、極渦を強めることがある まとめ • 成層圏突然昇温のclimatologyを作成 • 過去32年で23回（19年）の大昇温が発生 • 大昇温の発生しやすい時期としにくい時期が10年程度の周期で 交互に到来 • 成層圏突然昇温の長期変動を引き起こすメカニズムとして、熱帯 の準二年周期振動、11年周期の太陽活動、対流圏ブロッキング の長期変動などが考えられるが、定説はない • 突然昇温の発生は連続的なシグナルではなく、閾値による0か1 かの判別なので、解析・解釈には注意が必要 • 長期間のデータの蓄積が非常に重要
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