30-day Aqua Planet Experiment [glevel 10]
予備解析の結果と見通し
大内 May 21, 2007
※1 Nasuno (2007)さんの発表内容、補足、異なる解釈も含む
※2 未発表資料・今後の方針ネタが含まれているので次世代グループ内の扱いでお願いします
注目する特徴 : 波数 1の東進重力波(Kelvin波)の励起・維持機構
着眼点
• multi scaleな対流や赤道波擾乱がシミュレートされた点はNasuno (2007)
などで論じられているが、ここでは、とくに波数1の東進擾乱と東進対流
群(=複数のSCC)との相互作用がどのように起こっているかに着目する
•
東進対流群との相互作用を(frictional) wave-CISKの観点から説明できる
かどうか理解する → 今後さらに調査
•
過去の理論・モデル研究との関連を理解する → 今後さらに調査
予備解析結果まとめ
過去の理論・モデル研究、観測事実との関連
•
格子スケールの「凝結」ではなく、メソ対流を含む対流群
(MC,CC, SCC)を伴って東進する点が現実的
-> 80-90年代のAGCMによる多くの水惑星実験と根本的に異なる
(Hayashi and Sumi (1986), Numaguti and Hayashi (1991)他多数)
• 観測されるMJOより位相速度(20日程度/1周~20m/s以上)が速い
• これは水惑星設定のため => 示唆: 現実的な位相速度(15 m/s以下)
を得るにはSSTの東西コントラスト、海陸分布の効果が重要である可能性
予備解析結果まとめ
過去の理論・モデル研究、観測事実との関連 (続)
• NICAM水惑星実験における位相速度の問題は、過去のAGCMで
位相速度が速すぎた原因とは根本的に異なる点に注意
-> AGCM: パラメター化の不適切さに起因する東進モード, Ohuchi and
Yamasaki, 1997, 多くの場合(おそらく全てのAGCM)は、水平拡散など
で調節しないと格子スケールの対流が卓越
• Milliff and Madden (1996), Bantzer and Wallace (1998), Oouchi and
Yamasaki (2001)にみられたような40-50m/sのfree waveの伝播は顕著
でない
-> おそらく振幅が弱いだけ, MJOとの関連は今後調べる価値あり
• Oouchi (2001) が2次元モデルで論じたような対流をトリガーするメソ重力波
の役割ははっきりしない -> 3次元の設定では他の(赤道)波が似たような
役割を果たしている可能性はある: 今後の解析
予備解析結果まとめ
NICAM水惑星実験での東進の維持機構
1.
Frictionally cotrolled wave-CISK の寄与が大きい:今後さらに解析
・ 境界層と自由大気での風速場がOhuchi and Yamasaki (1997)線形論
から得られたFKモードに類似: (参考資料1, 3)
境界層での南北風成分(西進重力波に伴う成分とは別に)が寄与
した水蒸気収束の強化が東進雲群に先行
東進重力波に伴う中層のwarm phaseでの対流成長を
促進 (w’T’ > 0), 波の運動エネルギー生成に好都合
2.
西進擾乱(メソスケールからとくに総観スケール) に付随した西進
対流は波数1の東進の維持には本質的には寄与しないが東進対流
の内部構造としては重要
注: 1はWISHEの可能性を排除するものではない、今回の実験設定では両者の効果を区別して
理解することは不可能
予備解析・参考図
• 参考図メモ
• 参考図Fig. 1 – 10
• 参考資料 1 - 5
参考図メモ
Fig. 1
・ 東進対流はsurface pressureのnodeで発達
→ 重力波と結合した対流で、東進は重力波の影響を受けている
・ 対流の発達とpressureの振幅の強化から、両者の相互作用
(wave-CISK)が示唆される
Fig. 2
・ 水蒸気収束の極大は対流の東進に先行する(数10度)
・ 強い収束(灰色)には北東風成分が寄与している
→ Kelvin波的な東進重力波の水平構造を前提に考えると、境界
層での南北風成分の寄与が、この対流の強化にきいている
→ frictionally controlled wave-CISKの可能性、西進擾乱(重力
波)の寄与は別問題だが、対流強化に影響を与えている可能
性質あり
Fig. 3
・ SCC-B (Nasuno, 2007)付近を拡大して、上のことを確認
Fig. 4
・ 17day 以降のSCCのrebuildは14-16day頃の強い蒸発の後に
起こっている -> Fig.3とあわせると、水蒸気収束の強化と一致
(南北風成分が含まれた境界層収束の寄与)
参考図メモ(続)
Fig. 5
・ 境界層の温度偏差(deviation from zonal mean)も東進重力波
の構造を整合的
・ 活発な対流域の下はcold poolの存在
Fig. 6/7
Fig. 8
・ SCCに発達する対流は数日前からの湿潤域の西進(浅い対流
など)が関係している、この西進は波数1の東進により変調を受
ける
・ 西進擾乱と対流の結合に関しては解析の必要あり
・ SCC発達前の対流圏中層(5km)はdryな状態が持続
(large-scale suppression, Nasuno (2007)さんの解析と整合的)
Fig. 9/10b
・ 東進対流(Fig.1a実線)を基準にした水蒸気収束のcomposite
・ 水蒸気収束の極大の位相は境界層~下層では中層よりも先行
している
※ Fig.10b: 波数1成分のみのcomposite, 15 day以降の
対流中心より西側へのずれは、composite基準の位相線
ずれた場所に擾乱が発達することによる
Fig. 1a
surface pressure anomaly , surface wind (10m), precipitation rate
anomaly= deviation from
zonal mean
[hPa]
Fig. 1b
Fig.1aの赤枠の拡大図: SCC-B (Nasuno, 2007)の発達に
伴うsurface pressure と境界層風の変化
SCC-B
anomaly= deviation from
zonal mean
[hPa]
Fig. 2
Fig.1aの赤枠の拡大図: SCC-B (Nasuno, 2007)の発達に
伴うmoisture convergenceと境界層風の変化
*e(-6) [1/s]
conv
div
Fig. 3
Fig.1aの赤枠の拡大図: SCC-B (Nasuno, 2007)の発達に
伴うmoisture convergenceと境界層風の変化
conv
div
Fig. 4
Fig.1aの赤枠の拡大図: SCC-B (Nasuno, 2007)の発達に
伴うsurface evaporation rateと境界層風の変化
Fig. 5
Fig.1aの赤枠の拡大図: SCC-B (Nasuno, 2007)の発達に
伴うtemperature anomaly (35 m) と境界層風の変化
anomaly= deviation from
zonal mean
Fig. 6
Fig.1aの赤枠の拡大図: SCC-B (Nasuno, 2007)の発達に
伴うrelative humidity (1.2 km) と境界層風の変化
anomaly= deviation from
zonal mean
Fig. 7
Fig.1aの赤枠の拡大図: SCC-B (Nasuno, 2007)の発達に
伴うvertical velocity (1.2 km) と境界層風の変化
Fig. 8
Fig.1aの赤枠の拡大図: SCC-B (Nasuno, 2007)の発達に
伴うrelative humidity (5 km) と境界層風の変化
Fig. 9 moisture divergence composite at boundary layer(35 m),1.2 km, 5 km,
10 km with respect to the eastward-moving convection (black line in Fig.1a)
- X=0 : moving convection center
- superimposed relatively westward moving precipitation only
Z=35 m
Z=1.2 km
Z=5 km
Z=10 km
*e(-6) [1/s]
conv
div
Fig. 10a, b
a. Spectrum of moisture divergence at boundary layer and precipitation
b. WN-1 component of the moisture divergence composite with
respect to the eastward- moving convection (line at X=0 and that in Fig.1a)
boundary layer (35 m)
free atmos-low(1.2 km)
free atmos-middle (5km)
Fig. 10a
Fig. 10b
X=0: convection center
参考資料1
熱放出の鉛直分布と卓越レジーム
非線形(準線形):
Q > 0 (w >0)
= 0 (w < 0)
Ohuchi and Yamasaki (1997)
参考資料2
不安定モードの
位相速度
Ohuchi and Yamasaki (1997)
参考資料3
不安定モードの鉛直構造
Ohuchi and Yamasaki (1997)
参考資料4
説明1
(96年夏の学校・資料)
参考資料5
説明2
(96年夏の学校・資料)
従来型AGCMのほぼ全ての
SCC (MJO)はNFKに対応して
いると推測されるのに対して
NICAMにおけるSCCはFK
に対応していることが推測さ
れる or 見通しがついている
MJOも本質的には同じだが
他の環境要因(SSTや海陸
分布)もあわせて考える必要
があるかもしれない
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Aqua planet experiment (glevel 10)