Equatorial Kelvin waves and corresponding tracer oscillations in the lower stratosphere as seen in LIMS data

Abstract

We have analyzed data from the Limb Infrared Monitor of the Stratosphere (LIMS) instrument on board the Nimbus 7 to investigate equatorial Kelvin waves and dynamically wave-induced variations in the tracer fields such as ozone and water vapor in the lower stratosphere. Temperature anomalies of zonal wavenumber one, progressing eastward and having a period of 12-15 days, are clearly observed below 7 hPa for April and May 1979. Vertical phase structure with a wavelength of about 15 km progresses downward in the zonal flow being about -16 ms<-1> averaged from 50 to 10 hPa. At the same time, disturbances in the ozone field due to the Kelvin waves are observed: the amplitude is maximum at 30 hPa where vertical gradient of zonal mean ozone is largest and the longitudinal structure is in-phase with that of temperature. These features are in good agreement with linear Kelvin wave theory. In the water vapor field, at 50 hPa, we have also detected wavenumber one eastward progressing waves being in-phase with temperature though the spatial structure is not as clear as in the ozone field.

人工衛星Nimbus 7号に搭載された測器Limb Infrared Monitor of the Stratosphere(LIMS)が観測したデータを用いて、下部成層圏の赤道ケルビン波とその力学的な移流効果によってトレーサー(オゾン、水蒸気)の場に誘起された擾乱の解析をおこなった。まず温度データから、1979年の4-5月を中心とする7 hPa以下の領域において、ケルビン波活動にともなう東西波数1、周期12-15日の東進波成分が確認できた。背景風が約-16 ms<-1>(50-10 hPaの平均)の中を鉛直波長約15 kmの波が下方に伝播している。次に、オゾンの場からケルビン波の移流効果によって誘起された擾乱を検出した。その擾乱の振幅は東西平均したオゾン混合比の鉛直勾配が最大になる30 hPa付近で大きく、またそれは温度と同じ位相構造を持っている。これらの特徴は線型理論にもとづく予想と一致する。いっぽう水蒸気の場では、下部成層圏の50 hPaを中心に温度と同位相の東西波数1の東進波成分が見いだされた。ただし水蒸気においては、その空間構造はオゾンの場ほどはっきりしていない。