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第279回 大気海洋物理学・気候力学セミナー のおしらせ

日　時： 1月 14日(木) 午前 09:30
場　所： 低温科学研究所　3階　講堂

発表者：Nguyen Vinh Xuan Tien (Course in Atmosphere-Ocean and Climate Dynamics/D1)
題名：Role of the thermal forcing from the tropical ocean in the stratospheric water drop in the year 2000

発表者：松村義正（低温科学研究所/助教）
Yoshimasa Matsumura (Institute of Low Temperature Science, Assistant Professor)
題名：非静力学海洋モデルにおける自由表面スキームの改良
An improvement of the free-surface representation in a non-hydrostatic ocean model

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Role of the thermal forcing from the tropical ocean in the stratospheric water drop in the year 2000
(Nguyen Vinh Xuan Tien) 発表要旨：


Water vapor plays an important role in the stratospheric radiation budget (Solomon et al., 2010). 
It is transported from the troposphere into the stratospher via a transient 
zone called the Tropical Tropopause Layer (TTL), which extends from about 
14 to 18 km in altitude in the tropics (Fueglistaler et al., 2009). 
The entry value of water to the stratosphere is strongly controlled 
by the cold-trap dehydration in the TTL (Holton and Gettelman, 2001). 
The Matsuno-Gill circulation pattern is suggested to be an efficient mechanism
for the dehydration of the air parcels transported through the TTL into the 
stratosphere (Hatsushika and Yamazaki, 2003).

In 2000 there was a stepwise decrease in the stratospheric water vapor (Randel et al., 2006). 
Many hypotheses have been put forward to explain this decrease: some modulations 
in the Brewer-Dobson circulation (BDC) (Randel et al., 2006), the sea surface 
temperature (SST) changes in the western tropical Pacific (Rosenlof and Reid, 2008), 
the eddy heat flux (Fueglistaler, 2012; Fueglistaler et al., 2014), 
and the combination of the BDC and the cooling effect of the quasi-biennial 
oscillation (QBO) (Dessler et al., 2014). However, there has not been a 
general consensus on the driving mechanism at present.

Hasebe and Noguchi (2015) identified the drop to have taken place in September 
2000 by using trajectory calculations. The TTL trajectories in northern summer 
are tightly trapped by Tibetan anticyclone with the Lagrangian cold point (LCP)
 most frequently distributed over the Bay of Bengal and the Malay Peninsula. 
The spatial decomposition of the drop exhibits two components: (i) the decrease
 over the Bay of Bengal and the increase in the western subtropical Pacific and
 (ii) the decrease over the western Pacific over the equator and the increase 
over the central Pacific. The former could be interpreted by the modulation in 
LCP distribution resulted from a weakened Tibetan high and the latter would be 
related to the eastward expansion of the warm surface water in the tropical 
Pacific (Hasebe and Noguchi, 2015). The purpose of the present study is 
to examine the response of TTL circulation to the surface thermal forcing with 
the aid of numerical simulations. Ensemble runs will be repeated under 
different SST distributions to explore the TTL response to the thermal forcing 
from the bottom boundary. As the first step, the Weather Research and Forecasting (WRF) 
model with a coarse resolution in a global configuration is used for this purpose. 
There are however some relevant problems such as the ones related to the polar 
filter or the diffusion treatment. The research plan and some preliminary 
simulating results will be discussed in the seminar.



非静力学海洋モデルにおける自由表面スキームの改良
(松村義正 Yoshimasa Matsumura)発表要旨:


外部重力波の分散関係は重力加速度 g と水深 h を用いて 
  σ^2 = gk tanh(kh)
 と書ける. 従ってその位相速度は本来分散性をもつが、
波長が水深に比べて十分大きい場合は  c = ± √(gh) とみなすことができ (浅水波近似), 
この場合分散性は表れない. 
しかし波数が高くなるにつれ位相速度は低下し, h/λ≧O(1) で浅水波近似は破綻し,
深水波としての扱いが必要となる。

従来の自由表面海洋モデルでは、一般的な海洋流速よりはるかに速い位相速度
 √gh で伝播する長波長の外部重力波が時間刻み幅 ⊿t を制約するのを回避したい
という事情から、支配方程式を鉛直積分してまず順圧モードの数値積分により海面昇降
の時間発展を求め、続いて傾圧モードを時間発展させるという手続きを実施していた。

しかしこの手法では、静水圧近似をおこなわない非静力モデルであっても、非静力学
的圧力の寄与が外部重力波の伝播に及ぼす影響が無視されるため、分散関係が表現でき
ていなかった。
特に本来は遅い位相速度のはずの高波数成分が √gh で伝播するため, 振動数が ⊿t に
対して大きくなりすぎて解像できず, 結果的に急激に減衰してしまう.

従来のモデリング研究では空間解像度が荒く、そもそも深水波はそもそも解像されない
ため問題とならなかったが、近年の高解像度シミュレーションにおいては格子解像度が
水深よりも十分小さくなり、深水波を表現することが可能となりつつある。

そこで本研究では新たに, モード分割を行わず各タイムステップで単一の 
3 次元 Helmholtz 方程式を解くことにより海面昇降の時間発展と非静力学的圧力を
統一的に算出することで、深水波の分散関係を正確に表現する自由表面スキームを
実装した。

セミナーでは、各自由表面モデルスキームや静力学モデルと非静力学モデルの違い等に
について解説し、新しい自由表面スキームの応用例について紹介する。

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