き ゅう しゅん か 氏 名 ・(本 籍 ) 邦 春 準 学 位 の種 類 博 学 位 記 番 号 理 博 第 2 7 2 0号 学位授与年月 日 4年 9月 2 5日 平成2 学位授与の要件 学位規則第 4条第 1項該当 研究科, 専攻 東北大学大学院理学研究科 ( 博士課程)地球物理学専攻 学位論文題 目 St udyonSe aSur f ac eTe mpe r at ur eFr ontDi s appe ar anc ei nt heSub一 士 ( 理 学) 七 r opl C alNor t hPac i f i c ( 北太平洋亜熱帯域 における海面水温 フロン ト消滅 に関す る研究) 論文審査委員 ( 主査) 教 授 川 村 宏 教 授 岩 崎 俊 樹 教 授 須 賀 利 雄 准教授 木 津 昭 一 准教授 境 論 文 田 太 樹 目 次 Abs t r a c t 1 .Ge ne r a li nt r o duc t i o n 1 . lThes u b t r o pi c a lwe s t e m No r t hPa c i f i ca ndt hes u b t r o pi c a lBo n t l . 1 . 1I n ve s t i g a t i o nso ft hes u bt r o pi c a lf ro n t l . 1 . 2S u bt r o pi c a lt he r ma lf ro n t :S rf u a c ef ro n ta n ds u bs u r f a c ef ro n t l . I . 3Thes ur f a c ef rO n tg e n e s i s 1 . 2Sa t e l l i t eo bs e va r t i o nsf o rSSTf ro n t l . 3Thep u r p o s eo ft h ep r e s e n ts t ud y 2 .Da t aa ndMe t l l O ds 2. 1AMS RESST 2. 2Gl o ba lTe mpe r a t u r ea ndSa l i ni y Pr t o f i l ePr o g r a md a t a 2. 3Re a na l ys i sp r od uc t s 2. 4SST丘o n td e t e c t i o n 3.SST f r o ntdi s a ppe a r a nc ei nt hes ubt r o pi c l No a r t I IPa c i f i c 3. 1SS TBo n td i s a ppe a r a nc e 1 . 1Mo n t hl yme a no fSST,GM a ndJ SD 3. 3. 1 . 2SS T丘o n twe a ke ni n gpr o c e s s 3 . 1 . 3Theve r t i c a ls t uc r t u r eo fS TFi nt hehe a t i ngs e a s o n 3. 2Di s c us s i o n 3. 3S u m a r ya n dRe ma r ks -2 2- 4.Me c ha ni s mso ft heSST f r o J l tdi s a ppe a ra nc e nt r o d uc t i o n 4. II 4. 2Da t aa n dMe t h o ds 4. 2. IDa t a 4. 2. 2Me t h o d s 4. 2. 2. IMi x e dl a ye rmo d e lf o rSS Tva ia r t i o ns 4. 2. 2. 2Mi x e dl a ye rmo de lf o rGM va ri a t i o ns 4. 3Re s ul t s 4. 3. 1Ai r s e ahe a tf lu xa ndS FD 4. 3. 2Te mpo r a lv a r i a t i o nso fSS T 4. 3. 3Te mpo r a lva r i a t i o nso fGM 4. 3. 4De c o mpo s i t i o no fne the a tf lu x 3. 5Ro l e so fwi n do nt heSST f ro n twe a ke ni n g 4. 4Di s c us s i o nSe ns i t i vi yo t fMLD de f ni i t i o n 4. 4. 5S umma r ya ndc o nc l ud i n gr e ma r ks 5 .Co nc l us i o nsa ndf ut ur epl a ns 5. 1Co nc l us i o ns 5. 2Fu t u r epl ns a Appe ndi x:Ac r o ny ms Ac no k wl e dg me nt s Re f e r e nc e s Ta bl e sa ndFi g ur e s 論 文 内 容 要 旨 Thes u b t r o pi c a lf ro n ti sama j o rs t uc r t u r ei nt heNo r t hPa c i f i c .The r ea r et woki nd so ft he ma lBo n t si nt he s u b t r o pi c a la r e a .Onei st hes u bs u r f a c eBo n t ,whi c hi ss t a bl et h r o ug ho u tt heye a ra nda s s o c i a t e dwi hh t tes u bt r o pi c a lc o nt u e r c ur r e nt .Theo he t ri st hes ur f a c e( o rSST)f ro n t .I tha ss i g ni f l C a n tS e a s o n a lva ia r t i o ns ,wi h t st r o n gg r a d i e n tma g ni t u d e( GM)i n wi n t e ra n dwe a kGM i ns u mme r .Thes e a s o n a lva ia r t i o no ft h eSST丘o n t i sr e l a t e dt oa i r s e ai n t e r a c t i o n.Thes u b t r o pi c a lSST f ro n ti n wi n t e rha sbe e ns t ud i e db yma n yr e s e a r c he r s ; h o we ve r ,f e ws t ud i e sha vebe e nc o nd uc t e df o ri t swe a ke n i ngp r o c e s s ,whi c hi sa t t r i b u t e dt ha tt h eSST Bo n t ha shi g hva ia r bi l i yd t u in r gs pr in g s umme r ・Thewe a ke ni n gp r o c e s sa ndt hed i s a p pe a r nc a eo ft hes u b t r o pi c a l SST f ro n td u in r gt h ehe a t i n gs e a s o na r et hes u b j e c to ft hi st he s i s . Fo ri n ve s t i g a in t gt hes u b t r o pi c a lSSTf ro n t ,i ns i t uo bs e va r t i o nsha vebe e nt r a d i t i o n a l l yus e d,b utt he i rt e mpo r a l / s pa t i a lc o ve r a g ei ss pa r s e .I nc o n t r a s t ,r e c e n ts a t e l l i t eo bs e va r t i o nsha vewi d e rc o ve r a gea ndhi g he rt e mpo r l/ a s pa t i a lr e s o l u t i o ns .Si nc ea r o nd1 u 98 0 ,SSTso bs e ve r db yi nf ra r e dr a d i o me t e r sha v ebe e ne mpl o ye df o r ,t heSSTd a t ame a s u r e dbyi n ra f r e dr a di o me t e ra r ee a s i l yc o ns t ud i e so ft hes u b t r o pi c a lSS Tao n t ・Ho we ve r t a mi na t e db yc l o ud s ,e s ec p i a l l yi nt hes u b t r o pi c a lf ro n ta r e a .Si nc emi c r o wa ve se mi t t e d丘o mt hes e as u r f a c e c a r r yi nf o r ma t i o no ft heSST t h r o ug hc l o ud s ,t hemi c r o wa v er a d i o me t e rme a s u r e sSST u nde rc l o ud s .A s -2 3- me n t i o ne da bo ve ,t hea r e ao ft hes u b t r o pi c a lSST f rO n ti sf r e q ue n t l yc o ve r e db yc l o ud s ,a ndt hef ro n tha shi g h v a ia r bi l i y be t c a us eo ft hes t r o ngc o u pl ngwi i ht t hea i r s e aht e r a c t i o n.The r e f o r e ,t hemi c r o wa ver a d i o me t e ri s af e a s i bl et o olf o rt hi ss t u d y. Thep u r po s e so ft hi ss t u d ya r eI )t oi n ve s t i g a t et hewe a ke ni n ga n dd i s a p pe a r a nc ep r o c e s so ft hes u b t r o pi c a l SSTBo n td u r ngs i p nng s u mme rus l n gt hec l o ud re f eSSTo fAd v a nc e dMi c r o wa veSc a n nl ngRa d i o me t e rf o r 血eEa r t hObs e Ⅳi ngS ys t e m( AMS RE) ,a nd2 )t oe x a mi nememe c h a n i s mso f血eSST丘o n twe a ke n i n ga nd hei ns i t ud a t aa ndt he d i s a p pe a r a nc eba s e do nami xe dl a ye rmo d e l ,t a ki n ga d va n t a ge so ft heAMS RESS T,t r e a na l ys i sd a t a ・I nSe c t i o nI ,t heba c kg r o und so ft hi st he s i sa r ep r e s e n t e d・ I nSe c t i o n2,d a t aa ndme t ho d sa r ed e s c ibe r di nd e t a i l ・Thes t ud ype io r di sf ro m Apr ilt oSe pt e mbe rf o r 20 0 3 2 0 0 9 ,a ndt hes t ud ya r e ai st hewe s t e m No r h Pa t c i iC( f 2 0 3 2o N,1 35 1 5 0 o E) .Thec l o ud&e eAMSRE ha sh i g ht e mpo r a l / s pa t i a lr e s o l u t i o nso fd a y / 0. 1 25 0 ,whi c hha sno tbe e nus e df o rr e s e a r c ho ft hes u bt r o pi c a l SST丘o n t ・Theve r t i c a ls t uc r t reo u ft hes u b t r o pi c a lf rO n ti si n ve s t i g a t e dus i n gGl o ba lTe mpe r a t u r e Sa l hi y Pr t o il f ePr o g r a m( GTSPP)d a t a .I na d d i t i o n,Na t i o na lCe n t e r sf o rEn vi r o n me n t a lPr e d i c t i o n/ Na t i o n a lCe n t e rf o r NCEP/ NCAR)r e a na l ys i ss urf a c ehe a tf lu xa ndwi nds pe e dpr o d uc t sa r ei n t r o d uc e d. At mo s phe icRe r s e a r c h( Twod e t e c t i o nme ho t d so ft heSST Bo n ta r ee mpl o ye d;I )g r a d i e n tma g n i t u d e( GM)a nd2 )e d ge d e t e c t i o n us ngJ i e ns e nS h a n no nd i v e r g e nc ef il t e r( J S D) . I nSe c t i o n3,t heSST f rO n twe a ke n i nga ndd i s a p pe a r a nc ea r ec a r e ul f l yI n v e s t i g a t e db y7 l ye a rd a i l y / 0. 1 25 o AMSRESS T.I nAp il r ,t heSS Tf ro n t sa r es t r o ngwi t hahi g hGM a ndJ S Db a nd s ;i nAug us t ,SSTbe c o me s h i g ha ndu ni f o r m,w it hs ma l lGM ( <0. 8℃/ 1 0 0km)a ndJ S D( <0 . 75 ) .S i nc et heSS Tf ro n tba nd sbe c o mei n vi s i bl ei nGM/ J SD s n a ps ho t sa n dwe e kl yt omo n hl t ya ve r a g e di ma g e s ,t hi sp he n o me no ni sc a l l e d` SST 丘o n t d i s a ppe a r a nc e( S FD) 'i nt hi ss t u d y.Mo n hl t yhi s t o g r a mso ft heSSTs ho wt ha tt heSST f ro n twe a ke nsi nMa yAug us t .TheSST i nc r e a s e smu c hq ui c ke ri nt hen o r ht t ha nt h a ti nt hes o u t ho ft heSS T ko nt .I nJ unea nd J ul y,t heSS Tf ro n ti su nS t a bl ewi t hq ul t el a r g eGM d e v i a t i o ns . Fo rt hepe io r do ft heSST &o n twe a ke ni nga ndd i s a p pe a r a n c e ,t he ma r ls t uc r t u r e so ft heu ppe r20 0m l a ye r a r ei n ve s t i g a t e dus i ngt heGTS PPd a t a .I ti sc o nf ir me dt ha t ,whe nt heSFD o c c u r s ,t hes u bs u r f a c es u bt r o pi c a l Bo n ti ss t a bl e .Thewe a ke n i n go ft heSST f ron tma i nl yi n lue f nc e st heu p pe r5 0m de p t h,a ndi ti ss ug g e s t e d t ober e l a t e dt omemi x e dl a ye rd y na mi c s. I nSe c t i o n4,t heSFD me c ha ni s msa r eexami ned u s i n gt h e2. 5 0we e k l yma t c h u pda t a s e t so ft heAMS RE SS T/ GM,t h eNCEPnl CAR ne ts u r f a c ehe atf lux/ Wi nds pe e da ndt heGTS PPmi x e dl a ye rd e p h( t MLD) .The e mpl o ye dmi xe dl a ye rmo d e le s t i ma t e st heSST and GM v a ia r t i o nst h r o ug h1 )t h ea i r S e ane the a tf luxa nd t om oft hemi x e dl a ye r ,2 )t heo c e a n i cEk ma na d ve c t i o n,a nd3 ) hed t o n wa w r ds ho r t wa ver a d i a t i o na tt hebot a ye r ・The q u a n t i t a t i vea na l ys e su s l n gh ti smo d e ls u p po r tt ha tt he hee t n t r a i n me n ta tt hebo t t o mo ft hemi x e dl n advect i on a n dt hee n t r a i n me n tp nma i rl yc o n t r o l st heSST f ro n t a i r S e ane the a tf lu xr a he t rt h n t a heEk ma we a ke ni ngpr o c e s sa n dS FD・ e s u l t sf ro mt hewe e k l yma t c h u pd a t a s e t sa n dt h emo n h tl yma t c h u pd a t a s e t sa r e I ti sf o un dt ha tt hemo d e lr ra g r e e swe l lwi ht t heAMS REo bs e va r t i o n s ,b u tt h el a t t e rh a sal a r g edi f f e r e nc ewi ht t he d i f f e r e n t .Th ef o r me AMS REme a s u r e me n t s .I ti n d i c a t e st h a tt hewe e k l yo rmu c hs h o r t e r t i meo b s e va r io t n sa r en e c e s s a r yt oe x a mi net heS FD me c h a n i s ms . De c o mpo s i t i o na n a l ys e so ft hen e th e a tf lu x ,be i n gc o mp is r e do fn e ts h o r t wa v er a d i a t i o n,n e tl o n g wa v er a d i a t i o n,s e n s i b l eh e a tf lu xa n dl a t e n the a tf lu x,r e v e a lt h a tt hel a t e n th e a tf lu xd o mi n a t e st heSS T 丘o n t -2 4- we a ke ni ng;t hes ho r t wa ver a d i a t i o nc o nt ib r ut e st oe s t a bl i s ht hes ha l l o w mi xe dl a ye re ll n a n C l n gt heSST ao n t we a ke ni ng.Thes o ut he r l ywi n dpr e va i l sa c r os st heSS T &o n tz o n ed u ingt r heSST &o n twe a ke ni n gpr o c e s s . I tt r a ns po r t st hehi g hh umi d i ya t i rma s sc r o s s i ngt h eSS Tf ro n t ,a ndt he nt heh mi u d i yd t i fe r e nc ebe c o me s s ma l l e ri nt hec o l dz o neno r ho t ft heSS Tf ro nt .Th us ,t heo c e a nr e l e a s e sl e s sl a t e n the a t ,l e a d i n gt oal a r g e r SSTi nc r e a s ei nt heno r t ho ft heSSTf ro n t .Fi na l l y,t hel a r g e( s ma l l )SSTr is ei nt hec o l d( wa m )z r o neno r h t ( s o u t h )o ft h eSST丘o n tr e s ul t si nt heSFDI I nSe c t i o n5 ,t hec o n c l us i o nsa ndf ut repl u a nsa r epr e s e n t e d.Th r o u g h o u tt h i ss t ud y,t heSSTf ro n twe a ke n1 ngP r o c e s s e sa r er e ve a l e db yt hed a i l y / 0. 1 25 oAMSRE SST.Th eme c ha n i s mso fSST Bo n twe a ke ni nga r e a l s owe l le xa mi n e db ywe e kl yma t c hu pd a t a s e t sa ndt hee mpl o ye dmi xe dl a ye rmod e l .TheSFD n io t he r a r e a sa n dt hes ma l l e r s c a l eva ia r io t nso ft heSFD de s e vef r ut u r es t u d y. -2 5- 論文審査の結果の要 旨 亜熱帯 フロン トは北太平洋の主要 な海洋構造 の一つであ り、下層 フロン トと海面水温( S S T) フロン トか ら構成 されている。冬季、大 きな S S T水平勾配( GM) が出現す るが、夏季 には消えて しまう。春季か ら夏 季 にかけて、GM強度が弱化 し、s s Tフロン トが見えな くな って しまう現象を 「 s s Tフロン ト消滅( S F D) 」 と名付 けた。本研究の特徴 は、 1)雲 に影響 されず、高 い時空間分解能 と広い観測幅を有す るマイクロ波 放射計 の 7年間の S S Tデータをは じめて使用 した こと、 2) それに加え、現場観測、再解析 データを用 S Tフロン ト弱化 ・消滅 メカニズムを明 らかに したこと、である。 いて、混合層 モデルによって S 4月、亜熱帯域 の GM 強度 は大 きいが、8月 には GM-0 . 8 ℃/ 1 0 0 k m以下 となる( S F D) 05 8月 に、 フロ ン ト北側 の水温が南側 に比べて急速 に上昇す ることで S S Tフロン ト弱化が進行す る。6 7月 は、GM の変 動幅が大 きくなり、S S Tフロントは不安定である。S S Tフロント弱化期間の表層 200m の温度構造を水温 ・ 塩分鉛直分布 を用 いて調べた。s F Dが起 こっていて も下層 フロ ン トは安定 して存在す る。S F Dは表層 50m までに影響を与えるだけであ り、混合層 と深 い関係がある。 2. 5度格子 の S S T、GM、再解析熟 フラックス ・風速、混合層深度を週毎 に組み合わせ、 データセ ッ ト S Tと GM変動 を、次の 3つの効果 を考慮 して解析 した ;1)正味 を作成 した。混合層 モデルによ り、S の海面熟 フラックスと混合層下部 における下向 き短波放射、 2)海洋のエクマ ン輸送、 3)混合層下部 に おけるエ ン トレイ ンメ ン ト。週毎 データセ ッ トを用 いた混合層 モデルの結果 は、S S Tと GM の観測事実 とよ く整合す る。月毎 データセ ッ トを用 いた結果 は、週毎 データセ ッ トを用 いた結果 と大 き く異 なる。 s F Dメカニズムの解明にあたっては、週毎かそれよ り短い解像度を持つ観測データが必要である. S Tフロン ト弱化 に もっとも貢献 し 熱 フラックスの効果を詳細 に解析 した ところ、潜熱 フラックスが S ていることが分か った。南 よりの風が卓越 し、s s Tフロン ト域 を横切 って吹 くとき、 フロン ト弱化が加速 s T海域 に もた らされると、潜熱放 出 す る。つ まり、南風が運ぶ湿度の高い空気塊が フロン ト北部 の低 s が押 さえ られ、S S Tが急速 に上昇 してい く。 それによ り、高 s s Tで昇温の小 さい南側 との S S T差が小 さ くな り、S F Dが発現す る。 この研究 によ り、亜熱帯域 の S S Tフロン ト消滅 の実態が明 らか とな り、 その発生機構が解明 された。 これは、 自立 して研究活動を行 うに必要な高度の研究能力 と学識を有することを示 している。 したが って、 邸春準提出の博士論文 は、博士 ( 理学)の学位論文 として合格 と認 める。 ー2 6-
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