地球気候の対称軸はなぜ北半球にずれるのか?
謝 尚平(北大大学院・地球環境)

●大気海洋相互作用 : ビヤークネスフィードバック

• 図 : ポンチ絵(Woods Hole から)
  

  大気 -> 海洋 貿易風の存在 -> エクマン収束発散? -> 東太平洋で発散, 湧昇 海洋 -> 大気 東で冷水, 西で暖水 -> 貿易風 ビヤークネスの考え方は, 赤道を中心に対称なイメージ

• 大気
  • 図 : 衛星画像の雲
    

    雲の帯が北にずれている(熱帯収束帯 ITCZ)

  • 図 : 船のデータによる海上の風向分布(1950)
    

    収束帯が見える

  • 図 : 降水分布(Moller 1951)

• 海洋 : 結構むつかしい
  • 図 : 太平洋の表層海流分布
    

    南北亜熱帯循環の中心(北赤道反流)は北半球にずれている. 赤道にあるのに南赤道海流.

  • 図 : 子午面断面の表層温度分布と風の分布
    

    北赤道反流の成因 : curl(τ/f)=0 のところに反流? f plane だと curlτ=0 のところに反流 風によるストレスと地衡流バランスすると v_o = -τ_x/f ちなみにコリオリバランスが成り立たなく場所 : 変形半径 2 〜 3 度

  • 図 : 年平均降水量(マイクロ波観測)と SST
    

    SST 高いところで降水多い(経験則). SST 高いところは大気の安定度悪い. cf. 理想化された GCM 実験 : 南北 2 本か? 赤道 1 本か? 日本付近は傾圧擾乱に伴う降水 -> 温度傾度の大きいところに一致:経験則. SPCZ では SST との相関が悪い. -> 高緯度ではやはり温度傾度の大きいところに一致:経験則. つなぎ目は? 今回のテーマは赤道付近. SST と降水の相関よい.

• 大気海洋相互作用からみた, ずれた構造
  • 図 : 海上風と SST
    

    風速-蒸発-海面水温フィードバック(WES) -> 北半球にずれた分布の維持に重要 ITCZ が北半球によっていること : 赤道を越える南風 北半球 - 貿易風弱い(f>0) 南半球 - 貿易風強い(f<0) 潜熱によるやりとり 風速弱い -> 海面あったかい 風速強い -> 海面冷たい -> 南北温度差の維持

• モデル.
  大気は赤道β平面, 東西平均南北 1 次元,
  平均風速は given.
  海洋は 50 m 混合層(バケツ, 運動なし).
  

  風速に依存した大気海洋間の熱フラックス
  28.5 度以上降水, 27 度以下は降水なし -> 大気への mass source
  

  • 図 : 南北対称解

  • 図 : 南北対称の制限を外して時間積分

    10 年ぐらいで赤道反対称な解 赤道上の南北風速の絶対値 : 指数的に増大 -> 線形不安定

  • 図 : 不安定モード

  南北どちらに偏るかは記述できない.
  降水スイッチをいれないと振動解がでる.

• 海陸分布 陸地の存在 -> 大気への強制 -> 海洋の応答
  相互作用がなければ陸地付近しか影響しない.
  GCM だとせいぜい 2000 km
  しかし, 相互作用をいれると...
  
  • 図 : Rossby 波

    長波近似(変形半径より大きいスケール)の下で 南北反対称な解はロスビー波だけ -> 西向きにしか情報が伝わらない

  • 図 :

    大陸の影響 -> 大陸に沿った風(南北風)として与える. 東側で非対称性を与えることになる. (長波近似を念頭におけば)海の非対称な構造は東側に 原因があるに違いない, という思惑. ・相互作用スイッチoff 東岸で励起された大気ロスビー波が減衰されて 岸にトラップされている ・相互作用スイッチon 平均帯状風に重なって, 南で蒸発大, 北で蒸発小. -> 南で SST 低, 北でSST 高. -> 新たにロスビー波をひき起こす . -> 西へ伝播してしみだす. この繰り返しで SST アノマリと風速擾乱が西にどんどん伸びる.

  • 簡単モデルによる不安定な構造の記述

    成長率は結合係数に比例

  
  

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  1999/03/16 更新 (by 竹広真一)