ロスビー波の砕波と飽和理論によるブロッキングと北極振動の励起メカニズム

摘要

大気大循環の長周期変動の多くは順圧的な構造を持つ。これは大気の傾圧不安定擾乱が基本場の傾圧性を解消する際に、擾乱のエネルギーを傾圧成分から順圧成分に変換することによる。順圧成分に溜まったエネルギーは2次元流体力学の束縛の中で総観規模からRhines scaleに逆カスケードを生じ、準停滞性プラネタリー波の振幅が増幅する。傾圧不安定のプロセスにおいて、総観規模の傾圧成分からエネルギーを供給されて増幅する順圧ロスビー波は、順圧渦位の南北勾配が逆転する臨界振幅に達すると砕波する。この砕波条件からロスビー波の飽和スペクトルを導くと、波のエネルギーEはロスビー波の位相速度cの2乗に比例することが示された。その比例定数は単位面積あたりの大気の質量mとなり、E=mc~2の飽和スペクトルが導かれる。これは図1 のように解像度を上げた解析データからも検証できる(寺崎作成)。図中では比例定数をaとした。本研究では、順圧大気のエネルギースペクトルとそこでのエネルギー流の解析から、大気中で発現するブロッキングと北極振動(AO)が、特徴的で明瞭なエネルギー流により理解できることをデータ解析により確認した。