Transcript スペクトルフィルターコンポジット解析による赤道域降水

大気大循環モデルで表現される
赤道域降水活動の構造解析
北海道大学 大学院理学研究科
地球惑星科学専攻 山田 由貴子
DM2semi 2006/02/09
０．もくじ
 はじめに
 研究背景 （観測と数値実験）
 研究目的とこれまでの取り組み
 時空間スペクトル解析
 赤道波理論, 時空間スペクトル
 解析結果
 鉛直構造解析
 wave-CISK 理論
 アニメーション解析
 スペクトルフィルターコンポジット解析
 まとめ
研究目的とこれまでの取り組み
１．赤道域降水活動に対する認識
 Nakazawa (1988)
 赤道域の降水階層構造
 クラウドクラスター,
スーパークラスター, MJO
２. APE; Aqua-planet experiment
project
AGUforAPE
CSIRO
水惑星比較実験
T42程度の解像度の結果
2005/04/20-22,
Reading
GSFC
K1JAPAN
LASG
MGO
NCAR
UKMO
３． これまでの取り組み
水惑星条件におけるモデルパラメタ依存性調査
 潤沢な?計算機資源 (スパコン) を使って, とにかくたくさん?の実
験をする
パラメタ空間マップを作る
まずはどんな降水分布パターンを取りうるのか？
そのパターンはどのくらいのパラメタ空間で存在するのか
その上で, 理論的考察をして整理する (できたらいいな)
キーワード: wave-CISK, 水蒸気移流
水平解像度依存性実験
モデル: AFES (AGCM for Earth Simulator; CCSR NIES AGCM ver
5.4.02 の並列化効率を高めた) , 積雲スキーム使用せず
解像度:
T39L48 (水平格子 330km), T159L48 (水平格子 80 km)
４．水平解像度依存性 （降水赤道上 ｘ-ｔ 図 ）
T39L48_non
T159L48_non
時空間スペクトル解析
６．赤道波 (Matsuno,1966)
 Matsuno (1966)
 赤道ベータ面浅水方程式系
44.7 m/s
1300 km
６．赤道波 (Matsuno,1966)
 Matsuno (1966); 分散曲線と解の構造
慣性重力波
混合ロスビー重力波
ロスビー波
ケルビン波
７．時空間スペクトル
(Wheeler and Kiladis
1999)
 Wheeler and Kiladis (1999)
 NOAA: Twice-daily, 2.5grid, 1979/01--1996/08, 15N-15S
 「バックグラウンドスペクトルとの比」を取ることで, ケルビン波
シグナルと MJO シグナルを分離
30 m/s
22.3 m/s
 等価深度
15 m/s
 鉛直第一モード,
鉛直第二モード, …
11 m/s
9 m/s
2500km
８．時空間スペクトル （降水、比湿）
降水
比湿 （下層: σ=0.85）
９．時空間スペクトル （温度、東西風）
比湿 （上層: σ=0.25）
比湿 （上層: σ=0.25）
鉛直構造解析
１０．時空間スペクトル(Wheeler and Kiladis
1999)
 Wheeler and Kiladis (1999)
 NOAA: Twice-daily, 2.5grid, 1979/01--1996/08, 15N-15S
 「バックグラウンドスペクトルとの比」を取ることで, ケルビン波
シグナルと MJO シグナルを分離
Lz=19 km
14 km
 等価深度
10 km
 鉛直第一モード,
鉛直第二モード, …
6.8 km
5.6 km
１１．時空間スペクトル(Wheeler and Kiladis
1999)
Lz=19 km
c =30 m/s
14 km
22.3 m/s
10 km
15.8 m/s
6.8 km
10.9 m/s
5.6 km
8.9m/s
１２．moist-Kelvin
Reduced gravity
浅水系で考えると…
重力波の速度
加熱を受けると遅くなる
１３．wave-CISK モデル
 Yoshizaki(1991a), 保坂 (199?)
 赤道ベータ面、ブジネスク系、線型
鉛直モード
加熱分布
変数の座標位置
加熱の
パラメタリゼーション
境界条件
１４．wave-CISK (加熱なし)
１５．wave-CISK (第１モード加熱)
加熱分布
１６．wave-CISK (第１、２モード加熱)
１７．wave-CISK (第１モード加熱)
１８．wave-CISK (第１、２モード加熱)
１９．偏東風移流
-7 m/s
２０．理論から得られる予想
wave-couple していれば
位相速度は第１モードと第２モードの間くらい
鉛直構造の位相は進行方向に向かって逆に傾く
（温度、風速、ジオポテンシャル）
wave-couple していなければ
位相速度は第１モードより遅い？
鉛直構造の位相の傾きは見られない
背景風を考慮すると？
位相速度は、遅くなる？速くなる？
２１．アニメーション解析
２２．アニメーション解析
２３．アニメーション解析
２４．コンポジット解析
２５．コンポジット解析
解析上の重大な問題
?
?
とにかく面倒くさいっ！！！
たくさんの実験ケース
?
?
…やってらんないっ！！！
解析上の問題
参照点の取り方の任意性が大きい
抽出したい構造がぼやける、イメージがつかみにくい
２６．スペクトルフィルターコンポジット解析
 Wheeler and Kiladis
(2000)
 Data: NOAA OLR,
NCEP Reanalysis
 スペクトル空間のある領域だ
け取り出して実空間に戻す
 上記データに対して, OLR の
極大値を参照点としてコンポ
ジットする
 我々の実験結果に対して
 批判もあるだろうが、イメージ
作りのためにやってみる価値
あるかも
２７．スペクトルフィルターコンポジット解析
1.0
-4 -1 3
gravity filter
advect filter
kelvin filter
-28
-15
15
２８．ケルビン波フィルター
２９．西進重力波フィルター
３０．移流フィルター
３１．ケルビン波フィルターコンポジット
３２．西進重力波フィルターコンポジット
３３．移流フィルターコンポジット
３４．ケルビン波フィルターコンポジット
３５．西進重力波フィルターコンポジット
３６．移流フィルターコンポジット
３７．西進重力波 or 移流 ？
３８．まとめ
まとめ
。。。。
課題
解析上のこまごま
wave-CISK の説明の精度, 簡単モデルから複雑
モデルへ
積雲パラメタリゼーション問題
wave-CISK ではない可能性の検討
３９．移流を考慮した分散曲線
－７ｍ/ｓ とした場合