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南半球成層圏に見られる年々変動
日尾 泰子(京大・理)
2004 年 9 月 14 日
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タイトルぺージ
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データ
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季節進行の年々変動と 2002 年の共通性および特異性について
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南半球成層圏
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南半球成層圏の特徴
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半球間の成層圏循環の違い (1)
- 白い線が 15 年平均値
- ハッチは変動幅? その割には実線がハッチからはみ出す理由は?
- オゾンホールの影響は小さいと考えられている
- PSC: 極成層雲
- PSC の表面でオゾン破壊反応
- 南極の方が PSC の生成条件が満たされている
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半球間の成層圏循環の違い (2)
- 両極の違いは Planetary 波の違いとして認識されている
- どのくらいのフラックスでどのくらい加速するか? 数字の常識は?
- 突然昇温: 10 日間で 50 m/s の減速.
- だいたい 10^-5 m/s の減速
- 成層圏のブリューワドブソン循環 v^bar = 1 cm/s
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2002 年の突然昇温
- 東に回転し 2 つに分割
- 東進する波数 2 が現れた
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極低温・プラネタリー波の特徴
- 赤: 2002 年
- 大昇温の前に何度か小昇温
- 1988 年等, 突然昇温した年以外でも変化が見られる
- 例年は振幅がダブルピークになっていて, それなりに振幅の大きい年もある.
なんで昇温は生じないのか?
- 5, 6 月ではジェットの軸が低緯度に存在. ジェットの強度も弱い
本研究では季節変化の年々変化を見ていく
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東西平均東西風の季節進行の年々振動
- 東西平均風の平均と比べて 2002 年と比較
- シェードした領域は 1 standard deviation
- EOF 解析
- EOF1: 正だと 8, 9, 10 月の減速を意味する
- EOF1 と EOF2 の比が 6 倍くらい違うので,
EOF1 の寄与が卓越すると言える
- EOF2 は気候値より少し風速が大きい状態が続く(右図)
- 晩冬での減速が特徴的
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主成分スコアの変動
- 1988, 2002 年のずれが特徴的
- 単位は standard deviation. 1 sigma = およそ 10 m/s
- ED: early decay(早く減速した年)
- LD: late decay (遅く減速した年)
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東西平均東西風およびプラネタリー波の振幅
- 黒実線(シェード付き): ED (早く減速した年)
- 破線(縦線付き): LD (遅く減速した年)
- シェード: 0.5 deviation
- 実線: 2002 年
- 点線: 1998 年
- 2002 年の振幅は LD 年の振幅と反対
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東西風および振幅の違い
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ED 年と LD 年の違いおよび 2002 年の特徴
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下部成層圏 EP フラックス
- 子午面循環の強度の指標
- T^bar の大きさと Fz の積分に良い相関がある(Newman)
--> この研究では u^bar と Fz の積分の相関を調べる
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Fz と成層圏循環との関係
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相関マップ
- E-P フラックスの注入が早ければ
- 正: 青 --> 季節進行が早い
- E-P フラックスの意味からすると何で進行が早くなるのかな?
- 負: 赤 --> 平年に比べて波が壊れる
- 正の相関 --> Fz がたくさん入ってくると西風が強い
- コンター: 季節変動を示している
- 季節が進むにつれて polar Jet が極へ移動, ジェットの核が下がる
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散布図
- コリレーションの散布図
- 2002 年は U と Fz の関係は例年の傾向を満たしているが,
値は大きく外れている
- 予想される 1-sigma のパーセンテージと 2002 年の値は外れている
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信頼楕円
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Taguchi and Yoden 2002
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結論
- 2002 年は季節振動が早かった
- 他の年よりも早く Fz が大きくなった理由はよくわからない
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タイトル
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2002 年に見られた振幅の周期的変動
- 波数 1 が周期的に大きくなっている
- 波数 2 もおおよそ周期的
--> 本研究では波と波の相互作用があるのか調べてみる
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過去の研究
- 波数 1 の位相と波数 2 の位相が重なる時に波数 1 の振幅が大きくなっている
- 波数 1 の波の特徴
- 波数 2 の波の特徴
- 東進波が卓越
- ジェットの不安定性から生成(Manney, 1988)
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波--波相互作用とは
- k1 + k2 = k3, Ω1 + Ω2 = Ω3 の関係を満たしているか調べる
--> 関係を満たしているならば相互作用しているとみなせる
- 波数 0 のないようなシステムを考えている
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事例解析
- 60 S を最大にするような風速分布
- QG-PV は 40S--50S でフラットな構造
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極渦の時間変化
- 東に回りながら周期 7 日くらいで「ぶよぶよ」膨らむ(左)
- 定在波と非定在波(右)
- 定在波
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空間構造
- 定在波数 1: 位相が高さと共に西に傾く
--> 対流圏が励起源
- 東進波数 2: はじめつっ立って, 東に傾く
- 東進波数 1: 100 mb くらいまでつっ立った構造
- コンター間隔はそれぞれの絵で同じでない
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非定在波のホフメラー図
- 相対渦度の波数 1 の緯度毎の構造
- 定在波 1 のリッジの位置を把握しておく --> 次頁の複素振幅の議論へ
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1996 年の複素振幅の変化
- 重心の位置が定在波の振幅を表す.
重心からのベクトルが非定在波の振幅を意味する.
- 1 周して 180 度
- 65S での速度 U をプロット(d).
速度の振幅が大きくなった日にちを緑で,
速度の振幅が小さくなった日にちを赤であらわす.
- 空間構造(028.png)の定在波数 1 の絵で,
振幅が最大となる位相(振動の節)を緑線としてプロット
- 65S での定在波数 1 の最大振幅となる位相を緑線を引く
--> 緑線と重なる日付は in phase (位相が合わさる)
--> 緑線と重ならない日付は out of phase
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東西平均風の周期変化はなぜ起きる
- E-P フラックス(divF)のプロット
- 波数 1 の構造が卓越することがわかる(d)
- divF と U で位相がずれる(e)
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年々変動
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東進波が大きな 8 年の波の時間変化
- 東進波の大きな年 8 例について波と波の相互作用を調べる.
- 相互作用しているそうです
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波--波相互作用が観測されている年の特徴
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2002 年 8--9 月に同じことが起こっていた?
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2002 年はなぜ早い時期に観測された?
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まとめ
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参考文献
- Plumb, R. A., 2002:
Stratospheric transport.
J. Meteor. Soc. Japan, 80, 793--809.
- Randel, W. J., and P. A. Newman, 1998:
The stratosphere in the Southern Hemisphere.
In Meteorology of the Southern Hemisphere
edited by D. J. Karoly and D. G. Vincent.
Meteor Monographs, 27, 243--282.
- Kuroda, Y., Kodera, K., 1998:
Interannual variability in the troposphere and stratosphere
of the southern hemisphere winter.
J. Geophys. Res., 103, 13787--13799.
- Fusco, A., Salby, M.L., 1999:
Interannual variations of total ozone and their relationship
to variations of planetary wave activity.
J. Climate, 12, 1619--1629.
- Newman, P., E. Nash, and J. Rosenfield, 2001:
What controls the temperature of the Arctic sratospherer
during the spring?
J. Geophys. Res., 106, 19999--20010.
- Randel, W. J., Wu, F., Stlarski, R., 2002:
Changes in column ozone correlated with the stratospheric EP flux.
J. Meteor. Soc. Japan, 80, 849--862.
- Taguchi, M., Yoden, S., 2002:
Internal intraseasonal and interannual variations
of the troposphere-stratosphere coupled system
in a simple global circulation model. Part II:
Millennium integrations.
J. Atmos. Sci., 59, 3037--3050.
- Scaife, A.A., Jackson, D.R., Swinbank, R., Batchart, N., Thornton, H.E.,
Keil, M., Henderson, L., 2004: Stratospheric vacillations and the major
warming over Antarctica in 2002. J. Atmos. Sci., (submitted).
- Manney, G.L., Nathan, T.R., Stanford, J.L., 1988:
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J. Atmos. Sci., 45, 2545--2555.
- Hirota, I., Kuroi, K., Shiotani, M., 1990:
Midwinter warmings in the southern hemisphere stratosphere in 1988.,
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- Ushimaru, S., Tanaka, H., 1992:
Anumerical study of the interaction between stationary
Rossby waves and eastward-traveling waves in the southern
hemisphere stratosphere.,
J. Atmos. Sci., 42, 1354--1373.
- Hirooka, T., 1986:
Influence of normal mode Rossby waves on the mean field:
Interference with quasi-stationarywaves.
J. Atmos. Sci., 43, 2088--2097.
- Salby, M., Garcia, R., 1987:
Vacillations induced by interference of stationary
and traveling planetary waves.
J. Atmos. Sci., 44, 2679--2711.
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SUGIYAMA Ko-ichiro
2004-09-22
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