要旨：In this study, we investigate the characteristics of stratosphere-troposphere exchange (STE) of ozone and carbon monoxide (CO) over the North Pacific on the 350 K isentropic surface during 2005–2021 using two chemical reanalyses (CAMS and TCR-2). Distinct dynamic controls on the STE processes were revealed. Equatorward anticyclonic (LC1)-type Rossby wave breaking (RWB) dominated stratosphere-to-troposphere transport (STT), poleward cyclonic (P1)-type RWB dominated troposphere-to-stratosphere transport (TST), equatorward cyclonic (LC2)-type RWB rarely induced STE. Notably, poleward anticyclonic (P2)-type RWB, despite their primary association with TST, also caused significant STT, accounting for 36% of total TST cases and 30% of total STT cases. Seasonality analysis revealed that the ozone STT and CO TST peaked in summer and were the weakest in the winter and fall. Analysis of the geographical distribution within the Northern Pacific revealed that ozone STT hotspots were concentrated over the central and eastern Pacific, whereas the CO TST tended to occur further north, exhibiting two core regions on both sides of the North Pacific in summer. Interannual variability highlights a decrease in the total ozone STT, in contrast to an increase in the total CO TST. Despite slight systematic differences, both datasets demonstrated high spatiotemporal consistency in long-term averages. Based on the calculations in the North Pacific, we further studied the STE at the global scale of 350 K. We summarize the complicated relationship among the different types of RWB, the direction of transport across the tropopause, and two different chemical components over the mid-latitude North Pacific to advance our understanding of the chemical-dynamical coupling in the STE and provide critical insights toward improving chemical-climate modeling.

要旨：南極沿岸ポリニヤは、活発な海氷生産により高密度陸棚水（DSW）が生成され、一部は南極底層水（AABW）となり、海洋深層循環の起点となる重要な海域である。本研究で対象とするケープダンレーポリニヤ（CDP）は、南極海で2番目に海氷生産が盛んであり、AABWの沈み込みが現場観測によって確認された数少ない海域である。 本研究では、2013年2月以降にCDPの3地点で取得された係留系データと衛星海氷プロダクトを用いて、海氷生産と海洋変動の関係を解析した。衛星観測によれば、2013年は2003–2019年の観測期間の中でも海氷生産量が特に少ない年であり、冬季には本来高海氷生産となる海域が定着氷に覆われ、海氷生産が抑制されていた。 一方、係留系の水温・塩分・後方散乱強度データからは、冬季に断続的な暖水流入と塩分増加が観測され、フラジルアイス生成が抑制されていた可能性が示唆された。にもかかわらず、2013年にはAABWへ向かう高密度DSWが多く観測され、海氷生産量の多寡のみではDSWの高密度化を説明できないことが明らかとなった。 流速データの解析からは、2013年に数日周期の変動が卓越し、それに伴ってmodified Circumpolar Deep Water（mCDW）起源の暖水が高頻度で陸棚域へ流入していることが分かった。スペクトル解析および複素復調法により、この変動は沿岸捕捉波（CTW）の第2〜3モードに対応する渦列が東から西へ伝播する現象であることが示唆された。この渦はポリニヤ東部に位置する定着氷の東縁に沿った方向の風による渦度の供給によって生成されたと考察する。また特に重要なのは、これらの渦により、平均的な流れとは逆向きの流れが生成されていた点である。この逆向き流の発生により、陸棚域内の水塊が高海氷生産域に滞留する時間が増加したと考えられる。 すなわち2013年には、定着氷の発達によって海氷生産自体は抑制されていたものの、CTWに伴う渦活動によって平均流と逆向きの流れが生じ、陸棚域における水塊の滞留時間が延長された。その結果、同じ水塊が持続的に熱放出や高塩分水（ブライン）との混合を受けることでDSWの高密度化が進み、沖から流入してきたmCDWとの混合を通じてAABWへ向かう水塊が多く形成されたと考えられる。 本研究は、南極沿岸ポリニヤにおけるAABW生成が海氷生産量だけでなく、沿岸捕捉波に伴う渦活動とそれによって生じる平均流に逆らう流れ、および滞留時間の変化に制御されることを、実測データに基づいて示したものである。