博 士（ 地 球環 境科 学 ）時 長宏 樹
学位論 文題名
LowerAtmo
spheric Respo
nse to Extratropical OceanFront（ 中 緯 度 海 洋 フ ロ ン ト に 対 す る 下 層 大 気 の応 答）
学 位論文内容の要旨

中緯度帯における海盆スケールの海上風速と海面水温の関係は、時間変動場において海上風速が強い（弱い）領域で海面水温が低い（高い）という空間構造によって特徴付けられてきた。これは風速変化に伴う潜熱放出が海面水温の変化に大きく寄与しており、大気から海洋への強制が中緯度帯において支配的であることを示唆している。一方、近年の高解像度人工衛星観測データによると、中緯度海流フロント域のーつである黒潮続流においては、海面水温フロントの冷（暖）水側で海上風速が弱い（強い）という空間構造の存在が明らかになりつっある。このような空間構造は潜熱放出の原理では説明することができず、黒潮続流において海上風速が海面水温の分布によって変調を受けていることを示唆している。しかしながら、中緯度帯独特の強い大気強制や海上での観測データが少ないという問題点もあることから、中緯度海洋が大気ヘ及ばす影響については時間変動の場だけではなく気候学的な場についても多くの不明な点が残されている。そこで本研究では、中緯度海流フロントに伴う大気の応答を調ぺるために以下2つの解析を行なった。
第1の解析 では、中 緯度海流 フロント域の1つであるプラジル海流一マルビーナス海流フロントに対して、高解像度の人工衛星データと船舶観測データを用いて海面付近の安定度と海上風速の関係を調ぺた。南大西洋のアルゼンチン沖（南緯35−50度）では岸に沿って大陸棚が広がっており、亜寒帯循環系のマルビーナス海流がその斜面に沿って北上している。それに対し、沖合では亜熱帯循環系のブラジル海流が南下しているため、それらの海流の間には明瞭な海面水温フロン
トが1年中形成され、その東西に海面水温の暖水舌と冷水舌構造が卓越している。それに対して、海面付近の風速場は冷水側で風速が弱く、暖水側で風速が強くなっており、特に冷水側においては風速の極小域が海面水温の極小域と一致している。この海面水温と海上風速の関係は「風が強いと大気から海洋への熱放出が促進され、それにより水温が冷える」という潜熱放出の原理では説明がっかないため、海面水温が風速場に影響を及ばしていることを示唆している。さらに、マルビーナス海流とブラジル海流が作り出す海面水温フロントは南北方向に伸びており、気候学的な西風と直交している。そのため、海上を吹く中緯度特有の西風はこの海面水温フロント上で発散して いる。このような特徴は1
年を通して見られ、黒潮やメキシコ湾流に伴う海面水温フロントでは見られない特徴である。
海面水 温が風速を変化させるメカニズムの1っとして、大気の静的安定度の変化による鉛直混合メカ ニズムが熱帯域に対する過去の研究によって指摘されている(
Wallaceetal。1989)。海面付近 の静的 安定度は 海面水温 と海上 気温の差 (SST‑SAT)
が 大きい（小さい）ほど不安定（安定）に なるも のの、人 工衛星で は気温が測定できないため、本研究では船舶資料から得られた
SST‑SATを 作成し た。SST‑SA
Tの分布は、暖かいブラジル海流（冷たぃマルビーナス海流）の上で大きく（小さく）、大気下層は不安定（安定）になっている。大気が不安定な海域では鉛直混合―1533―

が起こりやすいため、運動量が大きい上層の空気が下層に下りてきて海上風を加速するのに対し、
安 定な 海 域 では 鉛 直 混合 が 起こ り に くい た め海 上風の加 速は小さ いと考え られる。
さらに本研究では経年変動の場においても海洋から大気への強制が存在することを示した。これまでの研究では中緯度帯における支配的な大気強制のため、経年変動の場に関しては海面水温偏差と海上風偏差の間には負の相関関係のみが提示されてきた。それに対してこの海面水温フロント上では海面水温偏差と海上風偏差が互いに正の有意な相関を示している。さらに船舶による海上気象要素データを用いて、このフロント上で平均した海上風速、およびSSrI、‑Taの偏差の時系列は互いに有意な正の相関を示している。これは経年変動の場においても気候学的な場と同様に海面水温が大気下層の鉛直安定度を変化させ、それによって鉛直混合の強さが変化して下層風の加減速を引き起こすことを示唆している。
第2の解析 では、 黒潮続流 域にお いてG
P
Sラジオゾンデ観測を行い、海面水温フロント近傍での気 圧・気温 ・湿度 ・風向風 速の鉛 直構造を 調べた。 北緯30−37度のG
PS
ラジオゾンデ観測データ を用いて 、SS
T‑SA
Tが1℃よりも小さいときを安定、5℃よりも大きいときを不安定として、仮温 位と風速 に対してコンポジット解析を行った。海面付近の静的安定度の指標であるSST‑SA
T
は、 観測期間 を通して海面水温の変化を反映するように海面水温が高い（低い）海域でS
ST‑SA
Tも大きくなるという正の相関関係が見られた。
SST‑
SA
Tく1℃のとぎ は仮温位 が高度 ともに増加しており大気境界層が安定な状態を示しているのに対し、SSrr．＆虹｀冫5℃のときは仮温位が高度約600mまでほば一様になっている。仮温位の鉛 直変化率 に違い が見られ たのは 高度1300m（約850hPa） までだったことから、海面付近の大気安定度の影響がその高度まで及んでいたと考えられる。一方、風速の鉛直分布は高度約600m
より も下層で 安定度 によって 差が見 られ、SST
ISAT
く1℃（SSTISAT
冫5℃）のときは風速の鉛直シア が大きく （小さく）なっている。その結果、高度1500mの風速を基準値としてみた海上風速
は Ssrr‐ SAT冫 5° Cの とき の方 がS
srrISATく1゜Cのときよ りも約 4ms，I大きく なって いる。
今回の観測によって得られた風速と仮温位の鉛直分布は、黒潮続流において鉛直混合メカニズムが作用していることを支持している。大気の安定度が大きい（小さい）場合は大気境界層内の鉛直混合が抑制（促進）され、運動量の混合も抑制（促進）される。その結果として、海上風速は周辺よりも小さく（大きく）なり、風速の鉛直シアは大きく（小さく）なると考えられる。それゆえ、本研究において示された中緯度海流フロントにおける観測事実は、大気と海洋の相互作用が一方方向ではなく、双方向であることを示唆している。

― 1534 ‑学位 論文審査の要旨
主査

助教授

谷本 陽 一副査

教授

池 田元 美副査

教授

藤 吉康 志副査

教授

江 淵直 人副査

竹 内 謙介（ 海 洋開発研究 機構地球環 境観測研究 センター
プ ロ ジェ ク トデ イ レク タ ー）

学位論文題名
Lower Atmospheric Response toExtratropicalOce
anFront（ 中 緯 度 海 洋 フ ロン ト に 対す る 下 層 大気 の 応 答）中緯 度大気海 洋系に対す る従来の 概念では 、潜熱放 出を伴う大気から海洋への強制効果が支 配的であ ると考えら れてきた 。この場 合の海面 水温と海上風速の関係は負の相関関係とし て特徴づ けられる。 一方、近 年の高解 像度人工 衛星観測データによると、黒潮続流では海 面水温フ ロントの冷 （暖）水 側で海上 風速が弱 い（強い）という正の相関関係を示す
こと が指摘さ れており、 海上風速 が海面水 温の分布 によって変調を受けていることを示唆して いる，し かしながら 、中緯度 海洋がど のような プロセスを介して大気に影響を与えている かにっい てはまだ明 らかでは ない。そ こで申請 者は中緯度海流フロントに伴う下層大気の 応答を調 べるために 以下2つの 解析を行 なった。
第1の解 析 では 、 中 緯度 海 流フロン ト域の1っ であるブ ラジル海 流―マル ビーナス海 流
フロ ントに対 して、高解 像度の人 工衛星デ ータと船 舶観測データを用いて海面付近の安定度と 海上風速 の関係を調 べた。こ の海域で は冷たい マルビーナス海流側で海面付近の風速が弱 く、暖か いブラジル 海流側で 風速が強 くなって いる。この海面水温と海上風速の関係
は潜 熱放出の 原理では説 明がっか ないため 、海面水 温が風速場に影響を及ばしていることを示 唆してい る。このよ うな特徴 は1年を通 して見ら れ、黒潮 やメキシ コ湾流に伴 う海面
水温 フロント ではある特 定の季節 しか見ら れない特 徴である。海面水温が風速を変化させるメ カニズム の1っとして 、大気の 静的安定 度の変化 による鉛 直混合メ カニズムが 熱帯域に対 する過去 の研究によ って指摘 されてい る(Wallaceetal.1989)。海面 付近の静 的安定 度 は海 面 水温 と 海 上気 温 の差(SST― SAT)が大きい （小さい ）ほど不 安定（安 定）にな
るも のの、人工衛星では気温が測定できないため、申請者は船舶資料から得られたSST―SAT

を 作成した 。SST―SATの分 布は、暖 かいブラ ジル海流（ 冷たいマ ルビーナ ス海流） の上で大 きく（小 さく）、 大気下層 は不安定 （安定）に なってい る。大気 が不安定 な海域では鉛直 混合が起 こりやす いため、 運動量が 大きい上層 の空気が 下層に下 りてきて 海上風を加速
す るのに対 し、安定 な海域で は鉛直混 合が起こり にくいた め海上風 の加速は 小さいと考えら れる。
さらに1申請者は経年変動の場においても海洋から大気への強制が存在することを示した。
過 去の研究 では中緯 度帯にお ける支配 的な大気強 制のため 、経年変 動の場に 関しては海面水 温偏差と 海上風偏 差の問に は負の相 関関係のみ が提示さ れてきた 。それに 対してこの海面 水温フロ ント上で は海面水 温偏差と 海上風偏差 が互いに 正の有意 な相関を 示している。
さ らに船舶 による海 上気象要 素データ を用いて、 このフロ ント上で 平均した 海上風速、およ び SST―SATの 偏差 の 時 系列 は 互 いに 有 意な 正 の 相関 を示してい る。これ は経年変 動の場 において も気候学 的な場と 同様に海 面水温が大 気下層の 鉛直安定 度を変化 させ、それによ っ て 鉛 直 混 合 の 強 さ が 変化 し て 下層 風 の加 減 速 を引 き 起こ す こ とを 示 唆し て い る。
第 2の 解析 で は、 黒 潮 続流 域 に おい て GPSラ ジ オ ゾン デ観測を行 い、海面 水温フロ ント
近 傍 で の 気 圧 ・ 気 温 ・ 湿 度 ・ 風 向 風 速 の 鉛 直 構 造 を 調 べ た 。 北緯 30ー37度の GPSラ ジオ ゾンデ観 測データ を用いて 、SST―SATが1℃ よりも小さ いときを 安定、5℃ よりも大きいと きを不安 定として 、仮温位 と風速に 対してコン ポジット 解析を行 った。海 面付近の静的安 定度の指 標である SST―SATは、観 測期間を 通して海面 水温の変 化を反映 するよう に海面水 温 が 高 い （ 低 い ） 海 域 で SST− SATも 大 き く な る と い う 正 の 相 関 関 係 が 見 ら れ た 。
SST−SAT＜ 1℃ のと き は仮温 位が高度 ともに増 加してお り大気境界 層が安定 な状態を 示
し て い るの に 対し 、 SST―SAT〉 5℃ のと き は 仮温 位 が 高度 約 600mまで ほ ぼ 一様 に なってい る 。 仮温 位 の鉛 直 変 化率 に 違 いが 見 られ た の は高 度 1300m（ 約850hPa)ま で だっ たこと から、海 面付近の 大気安定 度の影響 がその高度 まで及ん でいたと 考えられ る。一方、風速 の 鉛 直分 布 は高 度 約 600mより も 下層 で 安 定度 に よ って 差 が見 ら れ 、SSTー SAT〈 、1℃(SST― SAT〉5℃）の ときは風 速の鉛直 シアが大 きく（小さ く）なっ ている。 その結果、高 度 1500mの 風 速を 基 準値 と し てみ た 海上 風 速 はSST−SAT〉 5℃のときの 方がSST−SAT＜1℃ のときよ りも約4ms― 1大きくな っている 。
今 回の観測 ｜こよっ て得られた風速と仮温位の鉛直分布は、黒潮続流において鉛直混合メカ ニズムが 作用して いること を支持し ている。大 気の安定 度が大き い（小さ い）場合は大気 境界層内 の鉛直混 合が抑制 （促進） され、運動 量の混合 も抑制（ 促進）さ れる。その結果 として、 海上風速 は周辺よ りも小さ く（大きく ）なり、 風速の鉛 直シアは 大きく（小さく ）なると 考えられ る。それ ゆえ、申 請者が示し た中緯度 海洋フロ ントにお ける観測事実
は 、 大 気 と 海 洋 の 相 互 作 用が 一 方 方向 で はな く 、 双方 向 であ る こ とを 示 唆し て い る。
審 査員一同 は、これ らの成果 を高く評 価し、また 研究者と して誠実 かつ熱心 であり、大学 院課程に おける研 鑽や取得 単位など も併せ申請 者が博士 （地球環 境科学） の学位を受ける のに十分 な資格を 有するも のと判定 した。