傾圧不安定波の砕波パターンに関する数値実験

Abstract

全球大気モデルを春分条件下で長時間積分し、帯状平均帯状流変動と傾圧性擾乱の関係を研究した。得られた帯状平均流は、ほぼ順圧的に変化する不規則な長周期変動を示した。帯状平均流の偏りが極端な2つの期間について、ポテンシャル渦度-温位(PV-θ)解析を行なった。高緯度にジェットが位置する期間には上層のトラフの高気圧性回転の砕波が卓越し、低緯度ジェットの期間には低気圧性回転の砕波が卓越する。さらに全積分期間について統計をとり、帯状平均流ジェットの位置と傾圧性擾乱の砕波形態の間に有意な相関を見い出した。また、傾圧性擾乱の砕波パターンを表現する指標を導入して頻度分布を調べたところ、明瞭な二様性の構造が得られた。地表摩擦の強さを変えた2つのパラメータ実験を行ない同様の解析を行なった。摩擦が弱いときは、全期間を通して帯状流ジェットは高緯度に位置し、傾圧性擾乱の砕波パターンは基本的に高気圧性回転の砕波を示す。一方、摩擦が強いときは、低緯度に中心をもつ帯状流ジェットと低気圧性回転の砕波パターンがみられる。これら2つのタイプの砕波パターンは、理想化した初期値実験における傾圧波ライフサイクルの2つの典型的例と似ている。しかし、等温位面上の歪み場や、ジェットの中心位置と擾乱運動エネルギー最大域との位置関係などに違いがみられる。

A global primitive-equation model of the atmosphere is used to study the relationship between the temporal variations of the zonal mean zonal flow and baroclinic eddies. Nonperiodic low-frequency vacillation of the mean zonal flow is found in long-time integrations of the model under a perpetual condition; the zonal-mean jet in the extratropics changes its position nearly barotropically.A potential-vorticity, potential temperature (PV-θ) analysis is performed for two extreme periods of the zonal flow vacillation. Anticyclonic breakings of upper troughs are dominant in the period of high-latitude jet, while cyclonic breakings are dominant in the period of low-latitude jet. A statistically significant relationship between the zonal flow vacillation and the morphology of life cycles of baroclinic eddies is obtained for the entire period analyzed. An index of the life cycles, which is introduced in this study, shows clear bimodality in its frequency distribution function.The relationship is also confirmed by two experimental runs with different intensity of the surface drag. For the low-drag run, the zonal-mean jet is located in high latitudes through the integration period and life cycles of baroclinic eddies are basically characterized by the anticyclonic breaking. For the high-drag run, on the other hand, the zonal-mean jet is located in low latitudes and life cycles of baroclinic eddies are characterized by the cyclonic breaking.Although these two types of breaking pattern are similar to the two paradigms of baroclinic-wave life-cycles obtained in some idealized one-shot experiments, there are some differences from the one-shot experiments in the deformation field on an isentropic surface, and in the relative location between the zonal-mean jet and the latitude of maximum eddy kinetic energy.