成層圏準2年周期振動の熱帯・亜熱帯域上部対流圏・下部成層圏への直接的な影響に関する観測的歴史

Abstract

成層圏準2年周期振動（QBO）が熱帯・亜熱帯の上部対流圏・下部成層圏（UTLS）に与える影響に関する観測的研究の歴史をレビューする。観測解析能力の段階に応じて、その展開を順次説明する。QBOの西風（W）と東風（E）の位相は下部成層圏の帯状風によって定義される。1960～1978年の間には、ラジオゾンデ観測データでUTLSのQBO変調が示され、QBO W位相時に熱帯では暖かい偏差、南緯30度と北緯30度付近では冷たい偏差であることが明らかにされた。このことは、熱帯と亜熱帯の間のコヒーレントで逆位相的な応答を予言していたQBOに伴う平均子午面循環（MMC）の理論と一致していた。1978～1994 年の間には、人工衛星によるエアロゾルと気温の観測により、QBO MMCの存在が確認された。1994年～2001年の間には、全球データセットにより、対流圏界面温度の帯状平均QBO変動の解析が可能となった。そして、2001年には、1958～2000年の42年間の全球NCEP再解析により、圏界面温度、気圧、帯状風のQBO W-E位相差の季節的・地理的な違いが明らかにされた。今では、38年間のMERRA-2データと40年間のERA-Interimデータによる最新の更新により、季節的・地理的変動をより完全に把握することができる。熱帯のQBO変動幅は、圏界面の気温は約0.5～2K、高度は約100～300m、気圧は約1～3hPaであり、QBO E位相時に、特に北半球の冬から春にかけて、寒く、高くなる。QBO温度シグナルは、深い対流が多い地域で大きくなる傾向がある。南半球亜熱帯のQBOシグナルは南半球の冬に強まる。QBO W位相時には、亜熱帯の偏西風ジェットが発達する一方でWalker循環は弱くなり、特に北半球の春には弱くなる。ERA-Interimのデータを用いて、気温、帯状風、MMCの帯状平均QBO偏差の新しい気候学を提示する。QBO E位相はUTLSでの静的安定度と帯状風シアーの両方を低下させることで対流を促進させる可能性がある。

The history of observational studies regarding the influence of the stratospheric quasi-biennial oscillation (QBO) on the tropical and subtropical upper troposphere and lower stratosphere (UTLS) is reviewed. QBO phases of westerly (QBO W) and easterly (QBO E) winds are defined in the lower stratosphere. During 1960 - 1978, radiosonde data revealed QBO modulation of the UTLS with a warm anomaly during QBO W in the tropics and cool anomalies near 30 degrees S and 30 degrees N. This pattern agreed with theory of the QBO mean meridional circulation (MMC), which predicted a coherent, antiphased response between the tropics and subtropics. During 1978 - 1994, satellite observations of aerosol and temperature confirmed the existence of the QBO MMC. During 1994-2001, global data sets enabled analysis of zonal mean QBO variations in tropopause temperature. In 2001, National Centers for Environmental Prediction reanalyses for the 42-yr period 1958-2000 revealed seasonal and geographical variations in QBO W-E tropopause temperature, pressure, and zonal wind, which are presented here. An update using the 38-yr Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2, and the 40-yr European Centre for Medium Range Weather Forecasts Reanalysis (ERA-Interim) data sets provides a more complete view of seasonal and geographical variation.The QBO range in tropical tropopause values is similar to 0.5 - 2 K, similar to 100 - 300 m, and similar to 1 - 3 hPa, being colder and higher during QBO E, especially during boreal winter and spring. The QBO temperature signal tends to be larger near regions where deep convection is common. The QBO signal in the southern subtropics is enhanced during austral winter. During QBO W, the subtropical westerly jet is enhanced, while the Walker circulation is weaker, especially during boreal spring. A new climatology of the QBO MMC is presented. QBO E may enhance convection by reducing both static stability and wind shear in the UTLS.