HOCKING法を用いた中間碧下部敷込置における運動量フラックスの検証につ157C松本直樹新堀淳樹津田敏隆,京都大学生存醫研究所(RISH)
MLT radar network in the Asia-Oceania region o 1990年以降アジア太平第地域において、中間磨および下部熱聲(MLT)領域にあたる上空70-110kmの風
Figure 1. Altitude-time section of model equatorial zonal winds from a simulation with fixed solar UV (see text). Contour interval is 10 m s-1. Westerly (eastward) flow is positive. Stratospheric QBO周期:22-30ヶ月NRL Chemical/Dynamic Model of the Middle Atmosphere (CHEM2D) a two-dimensional, zonally-averaged model (McCormack, 2003)
Eq国国o半年周期振動(SAO)が早越しているのが見て取れる。これに加え、 1993, 1995, 1997, 2000, 2 002年において2年ないし3年に一度、SAOの西向きフェイズが確まっていることがわかる。この現象はMesosphereic QBO (M- QBO) [Burrage et al., 1996].とよばれている。またこの現象はM-QB Enhancement (M-QBE),とも呼ばれる。これは、 S-QBOが周期的に発生するのに対し、この現象が2月から4月に西同きだけ発生することにとる。 [N.V.Rao et al., 2012].
Fig. 4. Variability of the zonal wind (top panels) and short period (20-120 min) gravity wave variance (( i ′ 2 + i ′ 2 )/2) (bottom panels) in (a) 2008, (b) 2009, and (c) 2010 at 88 km. Thick solid lines correspond to the 5-day running mean. O上図:Pameungpeuk上空88kmにおける2008,2009,2010年の1月から5月にかけての東西風速o o下図:短周期重力波(20-120分)による風速の分散。太実線は5日移動平均線矢印に示すように、この二つのグラフにはよい対応が見られる。この結から重力波がMQBEを駆動しているのではないかという推察ができる。 |N.V. Rao et al., 2012 -
o 重力波がMSAOを駆動し、MQBEに影響を与えているのではないかと考えられている。そのため、重力波の運動量フラックス(u’w’)を計測する必要が出てくる。 o  Vincent and Reid (1983)は大型大気レーダーを用いて運動量フラックスを測定するbeam pair法を開発した。 o  Hocking (2005)は簡素な流星レーダーを用いてu'w'を計測する新しい方法を発表した。 o本研究では、赤道域に設置されている二つの流星レーダー (Koto TabangとBiak)によって2011-2013年の間に同時観測されたデータを用いてHocking法の有効性を確認する。 oさらにKoto Tabangにおいては2002-2013の長期間にわたるデータがあるため、u’w’の長期変動特性についても議論する。
V1,V2:視線方向風速W’,U’:平均風からのずれV1=W'cos0 + U'sin0 Vs=W'cosθ  - U'sinθ Vincent and Reid 1983
V1,V2:視線方向風速W’,U’:平均風からのずれV1=W'cos0 + U'sin0 Vs=W'cosθ  - U'sinθ U'W' = (V,²-V,²) /2sin20 Vincent and Reid  1983
定法しかし赤道域には現在MUレーダーが存在しない。 →流星レーダーを用いて計測する方法がHocking(2005)で提唱された。 V=,Vw:視線方向風速W',U':平均風からのずれV==W'cosθ + U'sinθ Vw=W'cosθ  - U'sinθ U'W' = (V²w-V²E)/2sin20
Λ = ∑(V’rad^2 – V’radm^2)^2 ・・・①とおくV’rad :観測された視線方向遠度と平均風から導かれた視線方向遠度との差V’radm:未知数である風速摄動が(u’,v’,w’)だったと仮定したときの視線方向速度和は各流星エコーごとの値の和すなわちV’radm = u’sinθcosφ + v’sinθsinφ + w’cosθであってθ,φは流星の位置を球面座標系で表したときの天頂角と方位角
Λ = ∑(V’rad^2 – V’radm^2)^2 ・・・①とおくV’rad :観測された視線方向速度と平均風から導かれた視線方向速度との差V’radm:未知数である風速摄動が(u’,v’,w’)だったと仮定したときの視線方向速度和は各流星エコーごとの値の和すなわちV’radm = u’sinθcosφ + v’sinθsinφ + w’cosθであってθ,φは流星の位置を球面座標系で表したときの天頂角と方位角①のV’radmを展開してΛ＝ ∑ (V’rad²)-(u’²sin²θcos²φ+v’²sin²θsin²φ+w’²cos²θ +2u’v’sin²0sinφcosφ+2u’w’sinθcosθcosφ+2v’w’sinθcosθsinφ) 2これらu’² , v’² , w’v’ , u’w’ , v’w’  を求めたい。
Λ = ∑(V’rad^2 – V’radm^2)^2 ・・・①とおくV’rad :観測された視線方向速度と平均風から導かれた視線方向速度との差V’radm:未知数である風速摄動が(u’,v’,w’)だったと仮定したときの視線方向遠度和は各流星エコーごとの値の和すなわちV’radm = u’sinθcosφ + v’sinθsinφ + w’cosθであってθ,φは流星の位置を球面座標系で表したときの天頂角と方位角①のV’radmを展開して∧= ∑ (V’rad²)-(u’²sin²θcos²φ+v’²sin²θsin²φ+w’²cos²θ +2u’v’sin²0sinφcosφ+2u’w’sinθcosθcosφ+2v’w’sinθcosθsinφ) 2これらu’² , v’² , w’v’ , u’w’ , v’w’を求めたい。 ^^ 「これら未知数はΛを最小化させるべきである」と仮定して、これら摄動量を変数と看做して微分して0とおくことで式を導く
Λ = ∑ (V’rad^2 – V’radm^2)^2 ・・・①とおくV’rad :観測された視線方向速度と平均風から導かれた視線方向速度との差V’radm:未知数である風速摄動が(u’,v’,w’)だったと仮定したときの視線方向遠度和は各流星エコーごとの値の和すなわちV’radm = u’sinθcosφ + v’sinθsinφ + w’cosθであってθ,φは流星の位置を球面座標系で表したときの天頂角と方位角①のV’radmを展開して∧= ∑ (V’rad²)-(u’²sin²θcos²φ+v’²sin²θsin²φ+w’²cos²θ +2u’v’sin20sinφcosφ+2u’w’sin0cosθcosφ+2v’w’sin0cosθsinφ) 2これらu’² , v’² , w’v’ , u’w’ , v’w’を求めたい。 「これら未知数はΛを最小化させるべきである」と仮定して、これら摄動量を変数と看做して微分して0とおくことで式を導くu’2で微分したときの式Z (V’rad²)-(u’²sin²ticos²o+v’²sin²tin²o+v’²cos²t +2uV'sin20sinφcosφ+2u'w'sinθcosθcosφ+2v'w'sinθcosθsinφ)'sin20cos2φ=0
すべての変数について微分して0とおいたものを並べると
この方法は、φ=180°,0°の場合を考えることでビームペアを用いた方法に帰着させることができるoまず2h*4kmのbinを定義する。このbinは中心高度を86kmから94kmまで2kmずつずらし、中心時間を1時間ずつずらして作る。 oそして流星が30個以上観測されたbinについて、Hockingの方法に基づいてu'w'を計算する。 oさらに一ヶ月ごとに月平均運動量フラックスを計算する。また、有効なbinが(1月730bin中)100個以上ある月については、特に精度よくu'w'が計算できた月とする。 o計算された月平均運動量フラックスについて、スペクトル解析を行い、卓越周期を確認した。 o  Koto Tabangにおいては長期観測データがあるので、2002- 2013において計算された月平均運動量フラックスを用いて長期変動を解析した。
実線は有効bin数が100を超えているもの、彼線はそれに満たないものを指す。 2011/12-2012/3 2013/6-2013/9のこつの期間においてu'w'の月平均デタは精度よく耐質きれており、これらの愛動がKTBとBIKでよく似ているYear
•各月ごとにu’w’の価を平均して、季節変動を左図に示した。エラーバーは95%自頓区間を長す。 ・86kmと88kmでは2-4月17-9月は東向き、5-7月/10-1月は西向きとなっていて、意れいな半年周期がみられる・この傾向は90,92kmでもみられるが、不規則な愛化がところどころでみられる・94kmにおけるu’w’は長とんどの月で東向きとなった。しかし半年周期の季節変動は同様にみられた。まとめo Hocking法を適用し、インドネシアの赤道直下に設置された二つの流星レーダー(Koto TabangとBiak)を用いて運動量フラックス(u’w’)を計算し見積もった。 o 2011/12-2012/3,2013/6-2013/9の二つの期間において、流星エコーの数が十分多く捕捉され、精度よくu’w ‘が計測きれたと考えられる。この期間において二つの観測所におけるu’w’の月平均値はよく似た変動をしていた。この三とからHocking法の妥当性が示唆される。 o Koto Tabangにおいては2002/11~2013/12までの長期間データが存在するので、u’w’の長期変動を解析した。スペクトル解析では半年周期の振動が確認された。 o  86-90 kmにおけるu’w’は2-4月/7-9月において東向きであり、これはMSAOの位相と正反対である。94 kmではu’w’のコンポジット値はほぼ常に東向きであった。 Thank you for your attention
o MUレーダーであれば一様にビームを発することができるが、流星飛跡を利用している流星レーダーでは流星が降ってきた場所のデータとか得ることができない。そのため、一定時間一定区画
(bin)を区切ってその中に入った流星のデータを積算する。そしてペアとなるbinのデータを用いてMUレーダーと同じように運動量フラックスを計算する。 ◎そのため、ペアとなるbinを作るためには流星がどの方角にも偏りなく降り注いでいることが必要。 ◎ MUレーダーでもビームペアの両端で平均風は同じであると仮定しなければならない。MUレーダー場合、ビームペアは天頂角10°程度に打ち出すので、高度90kmにおいてその広がりは半径16km程度であるから半径約16km圏内の風が一様であればよかった。 o対して流星レーダーでは天頂角15°から45°の流星を拾うので、高度90kmにおいて半径約100kmの範囲内の風が一様であることが要請される。またbin内で流星データを積算するので、積算時間2時間~4時間のあいだ風が一様とみなせることが求められる。