30-day Aqua Planet Experiment [glevel 10] 予備解析の結果と見通し 大内 May 21, 2007

1. ※1Nasuno (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 30-day Aqua Planet Experiment [glevel 10] 　　　　　　　予備解析の結果と見通し　　　大内 May 21, 2007 　　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

2. 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

3. 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

4. 予備解析結果まとめ NICAM水惑星実験での東進の維持機構 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 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

5. 予備解析・参考図 • 参考図メモ • 参考図Fig. 1 – 10 • 　参考資料 1 - 5

6. 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)

7. 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 ・　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 Fig. 8 ・　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

8. Fig. 1a surface pressure anomaly , surface wind (10m), precipitation rate anomaly= deviation from zonal mean [hPa]

9. 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]

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. Fig. 9 moisture divergence composite at boundary layer(35 m),1.2 km, 5 km, 10 kmwith 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

18. Fig. 10a, b a. Spectrum of moisture divergence at boundary layerand 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

19. 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)

20. 参考資料2不安定モードの位相速度 Ohuchi and Yamasaki (1997)

21. 参考資料3不安定モードの鉛直構造 Ohuchi and Yamasaki (1997)

22. 参考資料4説明1(96年夏の学校・資料)

23. 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