気候力学 II （ 2007 年度後期） 　　　　

担当教員　木本昌秀（東京大学気候ｼｽﾃﾑ研究ｾﾝﾀｰ）　　 kimoto@ccsr.u-tokyo.ac.jp　　 http://www.ccsr.u-tokyo.ac.jp/~kimoto/

2007年 10月 4日（木）～ 2008年 1月 31日（木）現在わかっている休講日： 11/1、 12/6、 12/13、 12/20

講義ノート（ｐｐｔ）は上記web siteで取得可＃但し、前日に準備すると思われるのであまり早々と印刷しない方が身の為

Official Syllabus主として中高緯度で観測される気候変動の実態と、それに関与する様々な時空間スケールを持つ現象の間の相互作用について議論する。具体的に採り上げる現象は、北大西洋振動や北太平洋の 10年規模変動に伴う中緯度での大気海洋相互作用とストームトラックの役割、 ENSOの遠隔影響に伴う北太平洋水温偏差の形成における大気海洋相互作用、北太平洋 10年規模変動における海洋波動や海洋前線帯の役割、南北半球の環状モード変動におけるストームトラックや惑星波変動の役割などである．

目次1. 基礎編

i. 大気長周期変動、ＰＮＡ，ＮＡＯなどii. 基本的解析手法等iii. 若干の気象力学

a. 準地衡方程式系b. 不安定問題c. 定常ロスビー波d. 強制プラネタリー波e. 擾乱の集団的振る舞い、平均流との相互作用f. 線型応答問題　

2. 応用編i. 中立モード理論ii. ＳＥＬＦiii. 中緯度大気海洋相互作用

Least-damped (or quasi-neutral) mode of3-D basic states中立モード理論

u-vectors

singular values

v-vectors

acaaca

ac

FfJJt

FfJt

222

22

,,

,

i i

ii

fuvfLx

vvvV

Σ

uuuU

VUL

fLx

T

T

,

,,,,

,,,,

,,,,

1

321

321

321

Linear modes of climatological basic statesLinear modes of climatological basic states

∴ Singular mode withthe smallest will have the longest persistence

３次元基本場の最小減衰モード応用例：北極振動の力学

The Arctic Oscillation

NuNu aa 5535 & dvu

N

N a

55

35

**

3-month running mean

fXXFLtX

fXXFXXLtX

XXFXXL

XXXXX

PTX

aaa

caaca

caac

ac

acac

s

feedbackeddy w/ flow Zonal3.

,

model response Zonal2.

,

model wavePlanetary 1.

anomaly : y,climatolog : wave,: mean, zonal :

ln,,,

**

****

*

**

zonal-wave coupling term

stationary wave feedback

Linear operatorsLinear operators

0,,

,

222

22

fJJt

FfJt

caaca

ac

Zonal-eddy coupling and a neutral mode theory for the Arctic Oscillation

M. Kimoto1, F.-F. Jin2, M. Watanabe1, and N. Yasutomi1

(Geophys. Res. Lett., 28, 737-740, 2001)

ObservationAO 500hPa Height

2L Linear Balance Model 1st Singular Mode400hPa ψ

iii

dt

d

fu

vx

VΣUA

0fAxx

T

T

Neutral ModesNeutral Modes

Obs.

Neutralmode(T10L20)

Ubar & EP-flux300hPa

Height & E-vector

Kimoto et al. (2001; GRL)

yuva uvac+aua c,a

A ‘tilted-trough’ mechanism for the zonal-eddy interaction

- 1

- 0.8

- 0.6

- 0.4

- 0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000

Wavelength(km)

Acceleration

Barotropic Vorticity Equation

lylk

k

rlkU

lklklurCvu

y

lyeaeyA

lyux

Ulyl

u

Ce

UU

dy

Ud

xxU

JJrdy

Ud

dy

Ud

xxUU

t

ca

ikxikx

a

aaa

ikx

c

c

acca

caacaacaa

aca

2sin44

48

2sin)(

2sin ,)2cos(2

(const.)

,,

222

2

2222

222222**

*

*

2

2**

*****

2

2

2

2***

Effective forcing mechanisms for Effective forcing mechanisms for AO/NAO?AO/NAO?

2. Eurasian SNOW2. Eurasian SNOW

Watanabe & Nitta (1999)

YEAR

Sno

w E

xte

nt A

nom

aly

-10.0

-7.5

-5.0

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

(a) Snow extent anomaly of E.Eurasia (Fall)

1970 1975 1980 1985 1990 1995

1976

1988

Snow extent of E. Eurasia(Fall)& Temperature(Winter)

r= - 0.43 (95% significant) (a) & (b),(c)

-4.0

-3.5

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

(b) KMA Obs.DJF T anomaly (Winter)(c) Jones DJF T anomaly (Winter)(d) Z500 Hgt PC #1 (Winter)

(C)

Te

mpe

ratu

re A

nom

aly

(Km**2)

r= - 0.65 (95% significant) (a) & (d)

２０００　　２００１

Oct 2000Snow Cover Anomaly

2000/2001 Winter

Initial condition :15~24 Oct.2000 - 15~24 Oct.1988

T1000

Z500

Obs.

GCM

十年規模気候変動

定常偏差－ストームトラック定常偏差－ストームトラック間の相互作用間の相互作用

positive NAO

eddy feedbacknorthward

deflection

contour: 1x106m2s-2

contour: 5x106m2s-2

大西洋十年規模変動と中緯度大気海洋相互作用

Effective forcing mechanisms for AO/NAO?

1. North Atlantic SSTAObserved and AGCM-simulated NAO index

Rodwell et al. (1999)

Reemergence

Watanabe and Kimoto (2000a)

lag correlation of monthly projection coefficients

SST T at 100m

95% significance

local damping ～ 7mo

“effective damping time”

experiment by a mixed layer model

ReemergenceReemergence がもたらすものがもたらすもの

Watanabe and Kimoto (2000a)

Watanabe and Kimoto (2000, QJRMS)

Detection of ‘optimal SST forcing’

CTL PS1

Atmos.

Ocean

PS2(couple) (uncouple) (uncouple)

SST SST SSTSST SSTclim. daily

QC QAOQOA QAOQOA

•T21 CCSR/NIES AGCM •coupled to a 50-m slab ocean•flux correction applied•three 60-yr integrations

SST forcing model NAO

Watanabe and Kimoto (2000)

heating

mean position of

the storm track

PBL heating

latent heating

[K/day]

X1

X1’

X2

Possible air-sea feedback loop

Watanabe and Kimoto (2000)

Tokinaga et al. (2006; GRL)