Transcript 発表資料

火星大気波動の分散関係の
解析結果
2009/10/07
中村研 D3
大島 亮
火星の簡単な紹介
火星の特徴
• 類似点
– 半径
：3397km (0.53倍)
– 自転周期 ：24.6時間 (1.03倍)
– 赤道傾斜角：25.19度 (1.07倍)
• 相違点
– 地表面気圧：約0.6hPa (0.006倍)
– 大気組成
• 二酸化炭素 95.2%
• 窒素
2.7%
– 海も水分も無い
– etc.
大気の温度構造と東西風
北半球の春
Ls：春分点からの角度
夏
冬
秋
0.01 hPa
0.01 hPa
気
圧
10 hPa
0.01 hPa
気
圧
10 hPa
気
圧
上段：気温
南極
春
緯度
秋
北極
南極
下段：東西風
(Smith et al., 2001)
夏
緯度
冬
10 hPa
北極
0.01 hPa
気
圧
10 hPa
データと解析方法
観測装置
• Mars Global Surveyor (MGS)
– 極軌道
– Localtime 固定の軌道 (2時, 14時)
– 観測期間 1999-2006 年 (3火星年分)
• Thermal Emission Spectrometer (TES)
–
–
–
–
–
共に NASA
フーリエ干渉分光計
波長域
5.5-67 [µm]
波数分解能 5 / 10 [1/cm]
空間分解能
3 [km]
主に天底観測
データと解析方法
ある緯度帯での観測点
日
経度
・２次元フーリエ変換を行い、
どのような東西波数と周波数の波が
どれだけの強度を持つのかを調べる
・今回は
1999～2006年 (MarsYear 24～27)
気圧 0.83 hPa (高度約20km)
の気温データを使用し、
Ls 30 毎 (約60日毎) にフーリエ変換した
ある緯度帯での温度
温度
日
経度
フーリエ変換の結果例
高度約20km / 南緯36～32度
MarsYear 24, Ls 210～240
フーリエ変換の結果例
高度約20km / 南緯36～32度
MarsYear 24, Ls 210～240
縦軸：周波数
傾き：位相速度
（正が東進）
横軸：東西波数
結果その１
広い緯度帯で東進する波
広い緯度帯で東進する波
高度約20km / MarsYear 24, Ls 210～240
秋～冬
北緯60～64度
南緯60～64度
北緯40～44度
南緯40～44度
北緯20～24度
南緯20～24度
[count per day]
0.5
0.4
0.3
周波数
傾き：位相速度
0.2
0.1
東西波数
0.0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
北緯0～4度
春～夏
東進波の速度
高度約20km / MarsYear 24, Ls 210～240
北緯60～64度
南緯60～64度
40 [deg/day]
25 [m/s]
秋～冬
[count per day]
0.5
0.4
0.3
北緯40～44度
南緯40～44度
20 [deg/day]
20 [m/s]
39 [deg/day]
39 [m/s]
北緯20～24度
南緯20～24度
27 [deg/day]
33 [m/s]
45 [deg/day]
55 [m/s]
周波数
傾き：位相速度
0.2
0.1
東西波数
0.0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
北緯0～4度
46 [deg/day]
61 [m/s]
春～夏
東進波の速度と背景風の比較
40km
高度約20km / MarsYear 24, Ls 210～240
高
度
20km
南緯60～64度
0km
南極
北極
緯度
東西風分布 (Banfield et al., 2003)
秋～冬
北緯40～44度
20 [deg/day]
20 [m/s]
背景風 40～60 [m/s]
北緯20～24度
27 [deg/day]
33 [m/s]
背景風 0～20 [m/s]
北緯0～4度
46 [deg/day]
背景風 ？ [m/s] 61 [m/s]
40 [deg/day]
25 [m/s]
背景風 0～20 [m/s]
南緯40～44度
39 [deg/day]
39 [m/s]
背景風 -20 [m/s]
南緯20～24度
45 [deg/day]
55 [m/s]
背景風 -40～-60 [m/s]
春～夏
東進波の速度と背景風の比較
40km
高度約20km / MarsYear 24, Ls 210～240
高
度
20km
南緯60～64度
0km
40 [deg/day]
25 [m/s]
南極
北極
緯度
背景風 0～20 [m/s]
・北緯40度～南緯60度までの広い緯度帯に東進波が存在
東西風分布 (Banfield et al., 2003)
・位相速度は東向きに 20～60 m/s 程度
北緯40～44度
南緯40～44度
秋～冬・背景風と速度が近いのは北緯20～40度付近と南緯60度付近のみ
20 [deg/day]
20 [m/s]
・低緯度の波はケルビン波？
背景風
40～60 [m/s]
・低緯度の波と高緯度の波に関係はあるのか？
北緯20～24度
27 [deg/day]
33 [m/s]
背景風 0～20 [m/s]
北緯0～4度
46 [deg/day]
背景風 ？ [m/s] 61 [m/s]
39 [deg/day]
39 [m/s]
背景風 -20 [m/s]
南緯20～24度
45 [deg/day]
55 [m/s]
背景風 -40～-60 [m/s]
春～夏
前後の時期での波数分布
緯度
60N～64N
40N～44N
20N～24N
0N～4N
20S～24S
40S～44S
60S～64S
MY 24
Ls 150
～ 180
秋
春
Ls 180
～ 210
季
節
Ls 210
～ 240
Ls 240
～ 270
冬
夏
Ls 270
～ 300
・Ls 150～240 で広く東進波が見られる
・その後、東進波は弱くなる
各MYでの波数分布
秋～冬
60N～64N
MY 24
Ls 210
～ 240
年
MY 25
Ls 210
～ 240
MY 26
Ls 210
～ 240
40N～44N
緯度
20N～24N
0N～4N
春～夏
20S～24S
40S～44S
60S～64S
各MYでの波数分布
秋～冬
60N～64N
40N～44N
緯度
20N～24N
0N～4N
春～夏
20S～24S
40S～44S
60S～64S
MY 24
Ls 210
～ 240
年
MY 25
Ls 210
～ 240
MY 26
Ls 210
～ 240
ダストの光学的厚さ (Smith, 2004)
・MY25 はダストストームのため比較が難しい
Ls 180～210 で比較
秋
60N～64N
40N～44N
緯度
20N～24N
0N～4N
春
20S～24S
40S～44S
MY 24
Ls 180
～ 210
年
MY 25
Ls 180
～ 210
MY 26
Ls 180
～ 210
・MY24 と MY25 で東進波が広い緯度帯で見られる
・MY26 は明確な東進波が見られない
60S～64S
結果その２
広い緯度帯で西進する波
Ls 210～240
秋～冬
60N～64N
40N～44N
緯度
20N～24N
0N～4N
春～夏
20S～24S
40S～44S
60S～64S
MY 24
Ls 210
～ 240
年
MY 25
Ls 210
～ 240
MY 26
Ls 210
～ 240
[count per day]
0.5
0.4
0.3
・MY26 で広い緯度帯に亘って西進波が存在する
周波数
傾き：位相速度
0.2
0.1
東西波数
0.0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
広い緯度帯で西進する波
高度約20km / MarsYear 26, Ls 210～240
秋～冬
北緯60～64度
南緯60～64度
北緯40～44度
南緯40～44度
北緯20～24度
南緯20～24度
[count per day]
0.5
0.4
0.3
周波数
傾き：位相速度
0.2
0.1
東西波数
0.0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
北緯0～4度
春～夏
西進波の速度
高度約20km / MarsYear 26, Ls 210～240
秋～冬
[count per day]
0.5
0.4
0.3
北緯60～64度
南緯60～64度
北緯40～44度
南緯40～44度
-22 [deg/day]
-22 [m/s]
北緯20～24度
南緯20～24度
-32 [deg/day]
-39 [m/s]
データが少ないので
綺麗なプロットに
ならない
周波数
傾き：位相速度
0.2
0.1
東西波数
0.0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
北緯0～4度
-31 [deg/day]
-41 [m/s]
春～夏
西進波の速度と背景風の比較
40km
高度約20km / MarsYear 26, Ls 210～240
高
度
20km
南緯60～64度
0km
南極
北極
緯度
東西風分布(MY24) (Banfield et al., 2003)
秋～冬
北緯40～44度
南緯40～44度
-22 [deg/day]
-22 [m/s]
背景風 -20 [m/s]
北緯20～24度
-32 [deg/day]
-39 [m/s]
背景風 0～20 [m/s]
北緯0～4度
-31 [deg/day]
-41 [m/s]
背景風 ？ [m/s]
南緯20～24度
データが少ないため
綺麗なプロットに
ならなかった
春～夏
西進波の速度と背景風の比較
40km
高度約20km / MarsYear 26, Ls 210～240
高
度
20km
南緯60～64度
0km
南極
北極
緯度
・北緯20度～南緯40度までの広い緯度帯に西進波が存在すると思われる
東西風分布(MY24) (Banfield et al., 2003)
・南限は南緯60まで延びているかもしれない
北緯40～44度 20～40 m/s 程度
南緯40～44度
・位相速度は西向きに
秋～冬
春～夏
-22 [deg/day]
・背景風と速度が近いのは南緯40度付近のみ（但し南緯20度付近は不明）
-22 [m/s]
・低緯度の波と高緯度の波は関係があるのか？
北緯20～24度
-32 [deg/day]
-39 [m/s]
背景風 0～20 [m/s]
北緯0～4度
-31 [deg/day]
-41 [m/s]
背景風 ？ [m/s]
背景風 -20 [m/s]
南緯20～24度
データが少ないため
綺麗なプロットに
ならなかった
前後の時期での波数分布
緯度
60N～64N
40N～44N
20N～24N
0N～4N
20S～24S
40S～44S
60S～64S
MY 26
Ls 150
～ 180
秋
春
Ls 180
～ 210
季
節
Ls 210
～ 240
Ls 240
～ 270
冬
夏
Ls 270
～ 300
・Ls 210～240 以外では広い緯度帯に亘る西進波は見られない
改めて各MYでの波数分布
秋～冬
60N～64N
40N～44N
緯度
20N～24N
0N～4N
春～夏
20S～24S
40S～44S
MY 24
Ls 210
～ 240
年
MY 25
Ls 210
～ 240
MY 26
Ls 210
～ 240
・MY24 と MY26 で逆方向の位相速度の波が存在
・背景風が全く違うのか？
・それとも別の要因なのか？
60S～64S
結果その３
東西波数１～２のみ強い波
南半球の冬
緯度
24S～28S
32S～36S
40S～44S
48S～52S
56S～60S
64S～68S
72S～76S
MY 25
Ls 60
～ 90
年
MY 26
Ls 60
～ 90
MY 27
Ls 60
～ 90
[count per day]
0.5
0.4
0.3
・MY25, Ls 60-90 では 32S～68S で東西波数１が卓越
・MY26, Ls 60-90 では 40S～68S で東西波数１または１と２が卓越
・MY27, Ls 60-90 では東西波数０も強いので状況が違うかもしれない
周波数
傾き：位相速度
0.2
0.1
東西波数
0.0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
・MY25,26 で東西波数１または１と２が卓越するのは、
エネルギーカスケードの様子が普段と違うのかもしれない
まとめ
まとめ
• MarsYear 24, Ls 150～240 の時期に北緯40度～南緯
60度にかけて、東進する波が見つかった
– 位相速度は東向きに 20～60 m/s 程度
– 背景風と位相速度は必ずしも一致しない
• MarsYear 26, Ls 210～240 で北緯20度～南緯40度に
かけて、西進する波が見つかった
– 位相速度は西向きに 20～40 m/s 程度
– 背景風と位相速度は必ずしも一致しない
– 上記の MY24 とは逆向きの位相速度
• 南半球で冬季に東西波数１または１～２のみが卓越する
波が見つかった