気候力学II

気候変動とメソシステムの応答

第１講　　概論

　気候システム　　　（１）　多くの性質の異なるサブシステムからなる

      1. 全体として、一つの方向へ動く

        2. 　　　　　　　　　　　　　　ーー＞　相互作用、内部モード、

        　　　　　　　　　　　　　　　　　　ガイア、恒常性（生物のイメージ）

      2. 非線形の複雑系

      3. 時空間のマルチスケール

　グローバルとローカル

　　気候システムは、全球的な束縛条件を持つが、人間社会との接点は、局域で起きる

　　この両者の視点が重要

　気候変動を起こす要因

　（１）　外部要因　　　太陽放射　（暗い太陽のパラドックス）

　　　　　　　　　　　　地球の軌道要素の変動　（ミランコビッチ）

　　　　　　　　　　　　隕石の落下（　６５００万年前　）

  1. 内部要因　　　海洋と大陸の形成　　

　　　　　　　　　　　炭素循環（温室効果）

　　　　　　　　　　　大陸移動

　　　　　　　　　　　自由モード　（エルニーニョ、ＮＡＯ，ＡＯ、・・・）

　　　　　　　　　　　　　振動？

　具体的な気候変動

　　　時間スケールで分ける

  1. 地質学的な時間スケール

  2. 氷期―間氷期サイクル

  3. 気候温暖期

  4. 中世の温暖期

  5. 小氷期

  6. decadal　振動（数十年周期）

  7. 数年程度　（　年々変動）――＞　エルニーニョ、ＱＢＯ

  8. 年変化

  9. 季節内変動　（３０−６０日変動、Madden-Julian　振動）

  10. 傾圧不安定（高低気圧）　１週間

  11. 日変化

  12. メソースケールーーー＞集中豪雨、組織された雲、長続きする雲

  13. 潮汐（１日、半日）

  14. 対流（１時間）

  15. 乱流

空間スケールで分ける（主として大気を考えている）

　（１）　グローバルスケールーー軸対象循環

　　　　　　　　　　　　　　　　平均子牛面循環

  1. プラネタリースケールーー＞　ロスビー波　（１万キロ）

    2. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　モンスーン循環

  2. シノプチックスケールーー　　高低気圧　（数千キロ）

  3. メソスケール　　　　　　　　１０００ｋｍ―１００ｋｍ

    4. 　　　　　　α　　　　　　　　　　　　１０００ｋｍ　　（小低気圧　）

    　　　　　　β　　　　　　　　　　　　　１００ｋｍ　　（スコールラインなど）

    　　　　　　γ　　　　　　　　　　　　　　１０ｋｍ　　（積乱雲）　　

    　　（昔は、日本では、メソーαを中間規模擾乱と呼んだ）

  4. これ以下の現象は、乱流として扱う　　　

気候変動

　大規模場が変化するーーー＞シノプチックな擾乱――＞メソスケールーー＞積乱雲

　（ダウンスケールと呼ぶ）

　　　　　　　　　

　与えられた一般場のもとで、どのような擾乱が発達するかーーー＞　不安定論と呼ぶ

　　代表的な理論は、傾圧不安定論、あるいは、低気圧論　（　高藪　　　　　）

　　メソスケールの不安定論

従って、気候変動の社会への影響を正しく評価するには、いかなる条件の時にメソスケールの現象が発生するか、を理解することが必要。

アップスケール

　問題なのは、小さいスケールの現象が、大きなスケールのエネルギー源になっている

　

　太陽エネルギーーー＞地表面――＞対流　――＞　大きなスケールへ

　（Ｌｏｒｅｎｔｚの４ｂｏｘモデル）

　（negative　viscosity―――擾乱がｚｏｎａｌ　場を維持）

　　このアップスケールを正しく表現する必要があるーーー＞　パラメタリゼーション

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　“closureの問題”

第２講　　スケール　アナリシス

　特徴的な時間・空間スケールに対し、どの項が効くかを解析することにより、特徴的な力学を解析する。気象力学の本には、どんな本でも載っているが、１，２の参考文献をあげる。

　参考文献：　Numerical Prediction and Dynamic Metheorology 2nd Edition, G.J.Haltiner and R.T.Williams ,John Wiley and Sons,1979

詳しくは、授業で行うが、時間スケールをＴ、空間スケールをＬ、代表的な速度をＶ、コリオリパラメータをｆ、安定度をΓとすると、代表的なパラメータとして、

ロスビー数（Ｒｏ）＝Ｖ／ｆＬ

リチャードソン数（Ｒｉ）＝Γ／Ｖ２

回転フルード数（ε）＝ｆ２Ｌ２／Γ

があげられる。更に重要なことは、回転成分と発散成分の比（ＲＩ）が、決まってくる。

注：　風速の発散成分は、上昇流に結びつくために、雲・雨・雪と必然的に結びついているので、非常に重要。

以下の３種類の場合について、授業で述べる。

（１）中緯度large-scale

（２）Tropics

  1. Planetary　Scale

第３講　大気中の様々な波動と不安定

  1. 音波・重力波・ロスビー波

  2. 傾圧不安定

  3. シアー不安定

  4. 成層不安定

　　　　　ここで、熱力学図の見方、及び、ＣＡＰＥなどにも触れる。

　

第４講　定常超超波　及び　強制力に対する定常応答

　

  1. 熱帯域では、海面水温などによる対流による加熱

    2. 　　　　　―――＞応答は、　Matsuno-Gill　パターン

  2. 中緯度では、次の３つの強制力

　　　　　　（ｉ）大規模山岳による力学強制

　　　　　　（ｉｉ）　大陸・海洋による熱的強制

　　　　　　（ｉｉｉ）　ストームトラック

第５講　低気圧論

　中緯度の天気の花である低気圧について、歴史的なベルゲン学派から、最近の話題まで述べる。

第６講　メソスケール現象のスケールアナリシスと方程式系

メソスケールの方程式系

ブシネスク近似

弾性系

非弾性系

第７講　メソスケールモデリングの現状

第８講　アップスケールの問題

  1. パラメタリゼーションの問題

    2. 気候モデル、Ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅの弱点、対流のパラメタリゼーションについて述べる。これは、また、湿潤気体での乱流のｃｌｏｓｕｒｅ問題であることを強調する。

  2. 気候システムにとってのメソスケールモデル

メソスケールに興味を持つ人々の研究は、主として、集中豪雨、あるいは、ハリケーンなどのsevere　stormである。これは、防災という点で重要であり、今後とも、その観点から研究されて行くことであろう。

しかしながら、気候システムでのバランスという観点からメソスケールを考えると、むしろ、与えられたlarge-scaleの場の中で、いかなる雲が、どの程度の時間形成されるか、など、普通の雲・雨に関する情報も重要になる。いわば、与えられた外部強制に対するメソシステムの平衡が議論となる。

第９講　　地球温暖化問題とメソスケール現象