惑星大気研究会 オンラインセミナー 第 117 回 2022年11月8日 15:00 - 17:00

金星のような惑星大気超回転のロスビー数依存性
山本勝(九大応力研)角田裕磨(九大総理工)高橋正明(国立環境研究所)

Tsunoda Y. et al., “Rossby number dependence of Venus/Titan-type superrotation andits related intermittency,” J. Geophy. Res.: Planets, 126 (2021), e2020JE006637
1

金星のような惑星大気超回転のロスビー数依存性＜今日の話の内容＞
超回転について雲で覆われた惑星について
高Rossby数(>1)の雲に覆われた惑星の
超回転のメカニズム（Tsunoda et al. 2021）2

超回転について（地球型惑星）
Terrestrial planet

Planet’s rotation & Thin atmosphere

Zonal flow

Zonal flow rotation > The planet’s(west-to-east flow) surface rotation

帯状流が、全球にわたって惑星個体部の回転（自転）よりも早く回転する現象。例）金星大気は、雲頂で自転（243日）の60倍の高速回転（４日循環）している.
超回転は様々な天体で観測されている.
これらの惑星の間の超回転の相似性や違いは、十分に理解されていない

3

超回転について（地球型惑星）
Terrestrial planet

Planet’s rotation & Thin atmosphere

Zonal flow

Zonal flow rotation > The planet’s
surface rotation

帯状流が、全球にわたって惑星個体部の回転（自転）よりも早く回転する現象。例）金星大気は、雲頂で自転（243日）の60倍の高速回転（４日循環）している.
地球型惑星の場合

惑星個体部の回転が、大気超回転の角運動量のソース.
どのように角運動量が大気超回転に供給されるのか？
4

どのように角運動量が大気超回転に供給されるのか？

HeightMotionless atmosphereadhered to the surface by the frictional dragLatitudeSpecific angular momentum
m = r cos (r cos) = m0
where  : Planetary rotation rater : Planetary radius,  : latitude
m0 : Specific angular momentum at the planet’s surface

surface= angular momentum source5どのように角運動量が大気超回転に供給されるのか？

HeightSuper- vs Sub-rotation
Specific angular momentum
m= m0+ ur cos

Latitudewhere  : Planetary rotation rater : Planetary radius,  : latitude,
u : zonal-mean zonal flowm > m0 : super-rotationm < m0 : sub-rotation

surface= angular momentum source

On the sub-rotating surface (u<0), the angular momentum
is supplied by the frictional drag from the surface.
 The sub-rotating surface is needed to drive the SR
6during the spin-up.

地球型惑星大気の超回転メカニズム
Hide’s theorem

HeightHadley Circulation

Angularmomentum

Angularmomentum

Latitude
extratropics

tropics

extratropics

surface = angular momentum source(Hide 1969 JAS)

Hadley Circulation removes angular momentum in the tropics.
⇒Equatorial zonal flow is decelerated
7地球型惑星大気の超回転メカニズムClassical regime
Sub-rotation

Superrotation

Superrotation

Hadley Circulation
extratropics

tropics

extratropics

surface = angular momentum source
Sub-rotation in the tropic because of equatorial zonal-flow deceleration
Super-rotation in the extratropics because of poleward ang. mom. flux of Hadley cell

Some zonal-flow acceleration is required to produce “equatorial SR”
8地球型惑星大気の超回転メカニズム
Gierasch–Rossow–Williams mechanism  SRing regime
Equatorial
Equatorial SR
Super-rotation
Equatorward
momentumflux of eddies

Equatorward
momentumflux of eddies

Sub-rotation
Hadley Circulationpole

tropicspole

surface = angular momentum source(Gierasch 1975 JAS; Rossow&Williams 1979 JAS)

Equatorward momentum flux of eddies
accelerates the equatorial SR

9雲で覆われた惑星について＜Venus-type＞＜Earth-type＞

太陽放射の大部分が上層の雲で吸収され、その雲による加熱が大循環を駆動する。

太陽放射の大部分が地表面で吸収され、その地表面加熱が大循環を駆動する。

permanently, globally
Stratospheric clouds and aerosols

temporarily, locallysurface10

雲で覆われた惑星について＜Venus-type＞＜Earth-type＞

太陽放射の大部分が上層の雲で吸収され、その雲による加熱が大循環を駆動する。

太陽放射の大部分が地表面で吸収され、その地表面加熱が大循環を駆動する。

Slow planet. rot

Fast planet. rot.

＜Venus＞
Rotation: 243d
Radius: 6,052 km
Sur Press： 90 atm
Sur Temp : 735 K＜Titan/moon＞
Rotation: 16d
Radius: 2,575 km
Sur Press： 1.45 atm
Sur Temp : 94 K

＜Mars＞
Rotation: 1d
Radius: 3,397 km
Sur Press： 0.006 atm
Sur Temp : 210 K

Sulfuric-acidcloud layer

Organic hazelayer

Photo : NASA/JPL＜Earth＞
Rotation: 1d
Radius: 6,378 km
Sur Press： 1 atm
Sur Temp : 288K
11

雲で覆われた惑星の大気大循環構造＜Venus-type＞
Rotation : Slow
Size : Small

243d＜Earth-type＞
Rotation : Fast
Size : Large

16d

1d

Rossby number (Ro)

Inertial force~ ------------------------Coriolis force

1d

𝑈
𝑅𝑂 ≡
2Ω𝐿
自転：1.8m/s(Dias Pinto & Mitchell, 2014)

U : Wind Speed Scale : Planet. Rot. Rate
L : Horizontal Scale
Photo : NASA/JPL

Gray shade：SR zonal flow（the darker shade presents the faster zonal flow）

12

雲で覆われた惑星の大気大循環構造＜Venus-type＞
Rotation : Slow
Size : Small

243d＜Earth-type＞
Rotation : Fast
Size : Large

16d

1d

＜研究動機＞
流体力学として惑星大気大循
環構造（特に超回転）を理解したい

1d〇対流圏内の放射強制で駆動するEarth-type大気大循環（Williams 1980 以降多数)

自転：1.8m/s(Dias Pinto & Mitchell, 2014)

Photo : NASA/JPL

Gray shade：SR zonal flow（the darker shade presents the faster zonal flow）

13

＜Earth-type＞

Dias Pinto & Mitchell (2014 Icarus)

Held & Suarez (1994)の計算設定で、Roを変える実験

地球条件
自転速度だけを２０分の１

惑星半径だけを２０分の１

同じ比率で、惑星自転速度と惑星半径を変えてRoを変えると、無次元摩擦抵抗Ekおよび無次元熱緩和時定数τaが違うので相似にならない。
14

＜Earth-type＞

Dias Pinto & Mitchell (2014 Icarus)

Held & Suarez (1994)の計算設定で、Roを変える実験

無次元摩擦抵抗Ek
および無次元熱緩
和時定数τaを変えずに、 自転速度を２０分の１

地球条件
惑星半径だけを２０分の１

Roだけを変える実験をするためには、無次元摩擦抵抗Ekおよび無次元熱緩和
時定数τaを変えずに、同じ比率で、惑星自転や惑星半径を変えればよい。
15

＜Earth-type＞

Lu & Yamamoto (2020 PSS)

〇Roが大きくなると赤道風が強まる〇Ro<1では、Roが大きくなると、西風ジェッ
トは強まり、より高緯度に位置する〇Ro>1で、西風ジェットは弱くなる

r*= 1

r*= 1/8

r*= 1/20

灰色：Smagorinsky 無
黒色：Smagorinsky 有

16

雲で覆われた惑星の大気大循環構造＜Venus-type＞
Rotation : Slow
Size : Small

243d＜Earth-type＞
Rotation : Fast
Size : Large

16d

1d

＜研究動機＞
流体力学として惑星大気大循
環（特に超回転）を理解したい

1d〇対流圏内の放射強制で駆動するEarth-type大気大循環（Williams 1980 以降多数)〇高ロスビー数で中層大気の放射強制で駆動する、Venustype大気大循環（Yamamoto&Takahahsi 2016,本研究）

自転：1.8m/s(Dias Pinto & Mitchell, 2014)

Photo : NASA/JPL

Gray shade：SR zonal flow（the darker shade presents the faster zonal flow）

17

＜Venus-type＞

Yamamoto & Takahashi (2016 JGR)

T106 GCM Zonal flow (black contour)

u’v’ (shade)Z’ (contour), u’&v’(vector), T’ (shade)Str. func. (color contours)

ISSI Venus
GCM intercomparison(2013)

243日
周期

16日
周期

1日
周期
※自転のみ変えた実験で、Roだけでなく、EkやNTも変わる。

18

雲で覆われた惑星の大気大循環構造(Tsunoda et al. 2021 JGR)

＜Venus-type＞
Rotation : Slow
Size : Small

243d＜Earth-type＞
Rotation : Fast
Size : Large

16d

1d

1d

研究目的
金星型大気の超回転のRo依存性を明らかにする𝑈(ロスビー数)𝑅𝑂 ≡2Ω𝐿1(エクマン数)𝐸𝐾 ≡2Ω𝜏𝑓𝑁𝑇 ≡ 2Ω𝜏𝑟 (熱緩和無次元数)
L : 水平スケール（惑星半径 r）
f : 摩擦の時定数
r : 放射緩和の時定数

自転：1.8m/s(Dias Pinto & Mitchell, 2014)

Photo : NASA/JPLISSI Venus GCM inter-comparison(2013)と同じ条件で、自転および
惑星サイズを変えて、EKとNTを不変になるように実験⇒超回転のRO依存性のみを調査
19

ModelIdealized model setup of ISSI Venus GCM inter-comparison project (2013)
・Venus-type radiative forcing:Equator-pole temperature contrast(color shade) is relaxed by
Newtonian cooling.

・Primitive equation system using T42 GCM

・Experimental condition
Exp.

V
3r
3
8r
8
15r
15

r*
()
1
3
1
8
1
15
1

*
()
1
1
3
1
8
1
15

R
N
(Eday) (Eday)
2.96
24.6
2.96
24.6
0.987
8.21
2.96
24.6
0.37
3.08
2.96
24.6
0.197
1.64

EK
()
6.45
6.45
6.45
6.45
6.45
6.45
6.45

NT
()
1.29
1.29
1.29
1.29
1.29
1.29
1.29

Ω*: Non-dim. planetary angular velocity
normalized by Venus one (2/240d)
r* : Non-dim. planetary radius normalized by
Venus one (6050 km)
20Model・Venus-type radiative forcing<Dimensional primitive equations>・Primitive equation system𝜕𝒖Τ𝜕𝑡 + 𝑽 · 𝛻 𝒖 + 𝒇 × 𝒖 = −𝛻𝛷 − 𝒖Τ𝜏𝑅 ,𝜕𝜃Τ𝜕𝑡 + 𝑽 · 𝛻 𝜃 = − 𝜃 − 𝜃𝑒𝑞 Τ𝜏𝑁 ,> Global three-dimensional flow
under hydrostatic approximation> Rossby number is altered withthermal and frictional nondimensional numbers fixed (i.e.,
EK and NT are unchanged)

where 𝒖 = 𝑢𝒊 + 𝑣𝒋 and 𝑽 = 𝑢𝒊 + 𝑣𝒋 + 𝜔𝒌u : zonal wind velocity, v : meridional wind velocity,ω : vertical pressure velocity in the pressure coordinate,𝛷 : the geopotential, 𝒇 = 2𝛀sin𝜙, 𝜃 : potential temperature,𝜃𝑒𝑞 : equilibrium potential temperature<Non-dimensional primitive equations>Rossby number is a only parameter
which determines the dynamicalsimilarity of SR and its related waves

෡·𝛻 𝒖෡ − 𝐸𝐾 𝒖
ෝ + 𝒇෠ × 𝒖
ෝ = −𝛻𝛷ෝ,𝜕ෝ𝒖Τ𝜕𝑡 + 𝑅𝑜 𝑽
෡ · 𝛻 𝜃መ = − 𝜃መ − 𝜃መ𝑒𝑞 Τ𝑁𝑇 ,𝜕𝜃መ Τ𝜕𝑡 + 𝑅𝑜 𝑽
𝑅𝑜 = 𝑈/(2𝛺𝐿),
𝐸𝐾 = 1/(2Ω𝜏𝑅 ),𝑁𝑇 = 2Ω𝜏𝑁 .
(Dias Pinto & Mitchell, 2014)21

Model<Non-dimensional equations>・Venus-type radiative forcing
・Primitive equation system
・Experiments for high Ro> Venus condition (Ω*=1, r*=1)> Size dependence with Ω*=1
(r*=1, r*=3, r*=8, r*=15)> Rotation dependence with r*=1
(Ω*=1, Ω*=3, Ω*=8, Ω*=15)
Ω*: Non-dim. planetary angular velocity
normalized by Venus one (2/240d)
r* : Non-dim. planetary radiusnormalized by Venus one (6050 km)

෡·𝛻 𝒖෡ − 𝐸𝐾 𝒖
ෝ + 𝒇෠ × 𝒖
ෝ = −𝛻𝛷ෝ,𝜕ෝ𝒖Τ𝜕𝑡 + 𝑅𝑜 𝑽
෡ · 𝛻 𝜃መ = − 𝜃መ − 𝜃መ𝑒𝑞 Τ𝑁𝑇 ,𝜕𝜃መ Τ𝜕𝑡 + 𝑅𝑜 𝑽
𝑅𝑜 = 𝑈/(2𝛺𝐿),
𝐸𝐾 = 1/(2Ω𝜏𝑅 ),𝑁𝑇 = 2Ω𝜏𝑁 .
Exp.
V
3r
3
8r
8
15r
15

r*
()
1
3
1
8
1
15
1

*
()
1
1
3
1
8
1
15

R
N
(Eday) (Eday)
2.96
24.6
2.96
24.6
0.987
8.21
2.96
24.6
0.37
3.08
2.96
24.6
0.197
1.64

EK
()
6.45
6.45
6.45
6.45
6.45
6.45
6.45

NT
()
1.29
1.29
1.29
1.29
1.29
1.29
1.29

RoJET
()
23.2
19.8
19.0
12.2
12.8
7.8
7.4

EK & NT
unchanged

High Ro (>1) is realized22

Zonal-mean general circulations for Ro
Zonal flow (black contour,
warm color shade for fast)
Clock & anticlock stream
func. (color contour)

r* = 8 (*=1)

r* = 3 (*=1)

r* = 15 (*=1)
114

95.1

74.6

* = r* = 1
36.8m/s* = 3 (r*=1)

* = 8 (r*=1)

RoJET ~ 15

108

99.5

71.4

#logarithm of mass
stream function
divided by r** = 15 (r*=1)

RoJET ~ 12

RoJET ~ 8

RoJET ~ 23
(Tsunoda et al. 2021 JGR)

Dynamical similarity for same Ro
between different experiments

23

Zonal-mean general circulations for Ro
Zonal flow (black contour,
warm color shade for fast)
Clock & anticlock stream
func. (color contour)

r* = 8 (*=1)

r* = 3 (*=1)

r* = 15 (*=1)
114

95.1

74.6

* = r* = 1
36.8m/s* = 3 (r*=1)

* = 8 (r*=1)

RoJET ~ 23
(Tsunoda et al. 2021 JGR)

RoJET ~ 15

108

99.5

71.4

#logarithm of mass
stream function
divided by r** = 15 (r*=1)

RoJET ~ 12

RoJET ~ 8

As r* or * is increased, max. zonalflow speed becomes greater.
24

Sensitivity of SR to Ro

( )U

80

EQ

JET

惑星半径や自転速度に比例し、中高緯度ジェットが増加する。

40

( )U

最大帯状流流速120Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15
Blue: r*=3,8,15

0
10

0



r* 

10

惑星半径や自転速度の増加に伴う赤道流増加が鈍る。
（r*=Ω*～10で傾きが小さくなる）1

無次元量惑星半径：r*
無次元量自転速度：Ω*
超回転をRoで整理(Tsunoda et al. 2021 JGR)

25

Sensitivity of SR to Ro

0
10

0



r* 

10

0
0

1

G

10

( ) Ro無次元量惑星半径：r*
無次元量自転速度：Ω*

JET

20

( ) Ro

ロスビー数
S

EQ

u EQ / ru EQ / r
Ro 
2
G

S

JET

u JET / r cos  JET



JET

u JET / (r cos  JET )2 sin  JET

Ro

Roが大きくなるにつれて、線形的に超回転が強まる⇒赤道流も中高緯度ジェットも一つの線にのる(Tsunoda et al. 2021 JGR)

EQ

/S

JET

)

Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15
0.4 Blue: r*=3,8,15

ESE(= S

JET( )S

赤道超回転効率Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15
Blue: r*=3,8,15

25
EQ

40





Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15
Blue: r*=3,8,15

( )S

80

無次元超回転強度

EQ

( )U

JET

50

( )U

最大東西風速

120

0.2

0
0

10

JET 20

30

Ro

ロスビー数
ESE  S EQ / S JET
ESE→1 剛体回転型
赤道超回転 大ESE→0 中高緯度ジェット型
赤道超回転 小Roが大きいと、
効率よく赤道超回転が発達する
26

SR dynamical process (Exp. V)
Gierasch–Rossow–Williams mechanism

Vertical-integrated fluxes

EquatorialSR
Equatorial
Super-rotation

pole

Eddy

Sub-rotation
equator

Latitude (deg)poleHadley circulation globally transport bothheat and momentum poleward.
Hadley circulation heat flux dominates overeddies, except for the polar region.
The poleward mom flux of Hadley circulation
balances equatorward eddy momentum flux.

Momentum flux

HadleyCirculation

Equatorward
momentumflux of eddies

Heat flux

Equatorward
momentumflux of eddies

HadleyEddy

HadleyLatitude (deg)27SR dynamical process (Exp. V)
Gierasch–Rossow–Williams mechanism

EquatorialSR
Equatorial
Super-rotation
Equatorward
momentumflux of eddies

HadleyCirculation
pole

Global-mean
Vertical AM fluxes

Equatorward
momentumflux of eddies

Eddy

Sub-rotation
equator

Hadleypole

Hadley circulation globally transport bothheat and momentum poleward.
Hadley circulation heat flux dominates overeddies, except for the polar region.
The poleward mom flux of Hadley circulation
balances equatorward eddy momentum flux.

The upward AM flux of
Hadley circulation balances
the downward eddy flux.

28

Eddy mom flux process (Exp. V)

Figure 6. (a–e) Latitude–pressure distributions ofzonal mean horizontal (shading) and vertical(contours) eddy angular momentum fluxes
divided by the planetary radius (kg m1 s2).

(Tsunoda et al. 2021 JGR)

Figure 7. Zonal wavenumber–latitude
distributions of zonal-mean eddy horizontal
momentum flux (m2 s2, shading) and heat
flux (K m s1, contours) at 3.96105 Pa.

Figure B2. Longitude–latitude distributions of eddy
geopotential height (m, contours) and horizontal
29
wind velocity (m s1, vectors) at 3.96105 Pa.

Zonal-mean eddy AM fluxes for Ro
r* = 3 (*=1)

r* = 15 (*=1)

* = 3 (r*=1)

* = 15 (r*=1)

RoJET ~ 15

RoJET ~ 8

* = r* = 1(Tsunoda et al. 2021 JGR)

RoJET ~ 23

Figure 6. (a–e) Latitude–pressure distributions of zonal mean
horizontal (shading) and vertical (contours) eddy angular momentum
30
fluxes divided by the planetary radius (kg m1 s2).

Vertically-integrated horiz mom fluxes for Ro
r* = 3 (*=1)

r* = 15 (*=1)

* = 3 (r*=1)

* = 15 (r*=1)

RoJET ~ 15

RoJET ~ 8

* = r* = 1(Tsunoda et al. 2021 JGR)

RoJET ~ 23

Figure 4. (f–j) Meridional distributions of vertically integrated horizontal
momentum fluxes of zonal mean circulation (HMFZMC, solid curve) and31
eddies (HMFEDY, dashed curve)

Vertically-integrated horiz heat fluxes for Ro
r* = 3 (*=1)

r* = 15 (*=1)

* = 3 (r*=1)

* = 15 (r*=1)

RoJET ~ 15

RoJET ~ 8

* = r* = 1(Tsunoda et al. 2021 JGR)

RoJET ~ 23

Figure 4. (ae) Meridional distributions of vertically integrated
horizontal heat fluxes of zonal mean circulation (HHFZMC, solid curve)32
and eddies (HHFEDY, dashed curve)

Global-mean vert mom fluxes for Ro
r* = 3 (*=1)

r* = 15 (*=1)

* = 3 (r*=1)

* = 15 (r*=1)

RoJET ~ 15

RoJET ~ 8

* = r* = 1(Tsunoda et al. 2021 JGR)

RoJET ~ 23

Figure 4. (k–o) vertical distributions of global-mean vertical angularmomentum fluxes of zonal mean circulation (VMFZMC, solid curve) and33
eddies (VMFEDY, dashed curve).

Sensitivity of SR dynamical process to Ro
Horiz. mom. transport

Horiz. heat transport


10

0
0

10

( )
EQ

−U

20

JET

Ro

20

0
30

南北温度差と帯状平均
子午面循環熱輸送はRoの増加とともに、
減少する。

2


6

Eddy

4

JET

20

40

U

dTEq−Pole ( )

20

6

0
0

Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15
Blue: r*=3,8,15
10

6

Max. HHFZMC ( ) X10
6Max. HHFEDY ( ) X10

40

60

Max. HMFEDY( ) X10

Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15 30
Blue: r*=3,8,15

JET

Ro

20

0
30

南北の風速差と帯状
平均渦運動量輸送は、Roの増加とともに、減少する。

帯状平均渦熱輸送はRoにあまり依存しない(Tsunoda et al. 2021 JGR)

34

Sensitivity of SR dynamical process to Ro
Horiz. mom. transport

Horiz. heat transport

50

0
0

10

JET

Ro

20

0
30

南北温度差と帯状平均
子午面循環熱輸送はRoの増加とともに、減少する。
帯状平均渦熱輸送はRoにあまり依存しない(Tsunoda et al. 2021 JGR)

00Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15
Blue: r*=3,8,15
10

JET

Ro

20

0
30

南北の風速差と帯状
平均渦運動量輸送は、Roの増加とともに、
減少する。



( )S

Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15
Blue: r*=3,8,15

25
EQ

( )
EQ

−U

2


6

Eddy

20

SR intensity

( )S

10

4

JET

20

40

U

dTEq−Pole ( )

20

6

6

Max. HHFZMC ( ) X10
6Max. HHFEDY ( ) X10

40

60

Max. HMFEDY( ) X10

Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15 30
Blue: r*=3,8,15

JET



0
0

G

( ) Ro

10

JET

20

( ) Ro

Roが増加に伴い、
渦角運動量輸送と子午面
循環熱輸送は弱いが、超回転強度は強まる。

高Roでは、弱い輸送で効率よく超回転が発達する。
35

Sensitivity of wave and its mechanism to Ro
Time-longitude cross-sections of eddy geo-potent height (m, color shade)

Wave structures
are also similar
for the same Ro.

They are quit
different between
high and low Ro.

r* = 15 (*=1)

Ro ~ 8

* = 15 (r*=1)
Continuous,Long wave period
for low Ro

Ro ~ 15
Planet. Rot. period

Time-scale
is normalizedby planet. rot.
period.

Planet. Rot. period

Ro ~ 8r* = 3 (*=1)(Tsunoda et al. 2021 JGR)

Ro ~ 15* = 3 (r*=1)
Intermittent,
Short wave period
for high Ro

36

Sensitivity of wave and its mechanism to Ro
Time-latitude cross-sections of horiz eddy mom (shade) and heat (contour) fluxes

Wave structures
are also similar
for the same Ro.

They are quit
different between
between high andlow Ro.

r* = 15 (*=1)

Ro ~ 8

* = 15 (r*=1)
Continuous,
equatorward (blue)
momentum flux
for low Ro

Ro ~ 15
Planet. Rot. period

Time-scale
is normalizedby planet. rot.
period.

Planet. Rot. period

Ro ~ 8r* = 3 (*=1)(Tsunoda et al. 2021 JGR)

Ro ~ 15* = 3 (r*=1)
Intermittent,
equatorward (blue)
momentum flux
for high Ro

37

Sensitivity of wave and its mechanism to Ro
We introduce energy conversions from zonal-mean to eddy energies.

 Barotropic kinetic energy conversion
1
CK ( s )    (u /   u tan  )u '( s )v '( s )dVr V
The horizontal zonal-wind shear induces eddies when CK > 0(e.g., Barotropic instability or Spherical horizontal shear instability).

 Barotropic potential-energy conversion
1 T  R  T' ( s )v' ( s )dVVr   NH 
2

CP( s )  

The horizontal temperature gradient induces eddies when CP > 0(e.g., Baroclinic instability).
# Here, s indicates zonal wavenumber.
38

Sensitivity of wave and its mechanism to Ro
Time-longitude cross-sections of eddy geo-potent height (m, color shade)
Barotropic
energy conversion
順圧エネルギー変換

Ro ~ 8Ro ~ 8r* = 15 (*=1)

* = 15 (r*=1)

Baroclinic energy conversion

Barotropic energy conversion

Barotropic
energy conversion
順圧エネルギー変換

Baroclinic energy conversion

Ro ~ 15r* = 3 (*=1)

Baroclinic energy conversion(Tsunoda et al. 2021 JGR)

Ro ~ 15

Barotropic energy conversion

* = 3 (r*=1)

Baroclinic energy conversion

39

Summary
We confirmed dynamical similarity to the same Ro in the GRW
mechanism. The sensitivity of SR to Ro is summarized as follows.
Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15
Blue: r*=3,8,15

High Ro( )SLow Ro

JET

50

( )S

EQ

25

0
0

G

10

JET

( ) Ro20( ) Ro



/S

JET

)

 Weak mom flux
 Weak zonal wind High SR intensity
 Fast Rossby wave
intermittently produces
equatorward mom flux

EQ

ESE(= S Strong mom flux
 Strong zonal wind Low SR intensity
 Slow Rossby wave
continuously produces
equatorward mom flux

Black:  =r*=1

Green:  =3,8,15
0.4 Blue: r*=3,8,15

0.2

0
0

10

JET 20

Ro

30

まとめ
金星型大気超回転の高ロスビー数(RoJET > 1)依存性を調査した．
〇低ロスビー数(RoJET ～ 8)・順圧エネルギー変換に伴い、自転よりも遅いロスビー波が、連続的な赤道向き運動量輸送を生み出す．
・帯状平均流は中高緯度ジェットが卓越する．
・帯状風速と赤道向き渦運動量輸送は大きいが，赤道超回転は十分に発達しない．
⇒超回転強度Sと赤道超回転効率ESEが小さい〇高ロスビー数(RoJET ～ 20)
・順圧エネルギー変換と傾圧エネルギー変換に伴い，ロスビー波の運動量および熱輸送が短い周期で間欠的に増幅する ．
・帯状平均流は中低緯度で概ね同速分布に近い赤道超回転となる．
・間欠的で弱い運動量輸送だが，赤道超回転が効率よく発達する．
⇒超回転強度Sと赤道超回転効率ESEが大きい
Tsunoda Y. et al., “Rossby number dependence of Venus/Titan-type superrotation andits related intermittency,” J. Geophy. Res.: Planets, 126 (2021), e2020JE006637 41

Future works
The present work suggests the following three-regimes based on theenergy conversion. Venus-type SRing regime is newly classified into
Venus-regime and Titan-regime.

<Venus-type><Earth-type>

SRing regime

Classical-regime

Venus-regime(Ro~20)Titan-regime(Ro~8)(Ro~0.01)

Barotropic &Baroclinic

Barotropic

Baroclinic?
(1) We must elucidate the regime boundaries and theirdynamical characteristics on Venus-type planets.

(2) We must elucidate the spin-up process of SR.
(3) We must elucidate the sensitivity of SR to diffusion(Yamamoto & Takahashi 2022 JGR).

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