北極振動の成因解明と長周期変動の力学プロセスの研究 平成 18 年度 ...

北極振動の成因解明と長周期変動の力学プロセスの研究
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平成 18 年度~平成 19 年度科学研究費補助金
(基盤研究(A)) 研究成果報告書
平成20年5月31日
研究代表者 田 中 博
筑波大学生命環境科学研究科教授

北極振動の成因解明と長周期変動の力学プロセスの研究
目次
第1部 はしがき
研究組織
交付決定額
第2部 和文報告
第3部 英文報告
主な研究成果 (査読付き原著論文リスト・主な著書)
異常気象をもたらす北極振動の解明とその予測
田中博 2006 アサヒビール学術振興財団研究紀要、地球科学
地球大気の特異固有解として得られる北極振動
田中博 2005 京都大学防災研究所、研究集会報告
気象集誌 2007 年 12 月号「北極振動特集号」
特集号臨時編集委員長 田中博
副委員長 山崎孝治
伊藤久徳・森厚・行本誠史:冬季北半球の独立成分:北極振動は独立成分か?
堀E. 正岳・野原大輔・田中博:地球温暖化シナリオ実験下における北極振動の
北半球地表面気温変動への影響
向川均・廣岡俊彦:北半球環状モードの下方伝播の予測可能性:2003年1月の事
例解析
横山直美・田中博:北極振動の季節変化に関する解析的および理論的研究
猪上淳・菊地隆:氷海用漂流ブイで観測された夏季北極海の海氷流出とそれに関
わる海氷減少・大気大循環について
黒田友二:QBOとENSOが冬季北大西洋振動の太陽活動による変調に及ぼす影響
本田明治・山根省三・中村尚:冬季球対流圏上層における北太平洋・北大西洋間
のリンク:卓越性と季節依存性
藤田玲子・田中博:北極振動と太陽活動および地磁気活動の関係に関する統計的
研究
廣岡俊彦・一丸知子・向川均:アンサンブル予報データから見積もった成層圏突
然昇温の予測可能性:2001/02年冬季と2003/04年冬季の事例の比較
小寺邦彦・Katie COUGHLIN:埋め込まれた波構造によって起こる北半球環状モー
ド指数の見かけの鉛直伝播
鈴木一歩・田中博:現実大気およびモデル大気の順圧成分において解析される
テレコネクションと北極振動
行本誠史・小寺邦彦::成層圏で強制された環状モードと海洋との相互作用

はしがき
北極振動の成因解明と長周期変動の力学プロセスの研究
北極振動(Arctic Oscillation: AO)とは 1998 年に米国ワシントン大学の Thompson と
Wallace により提唱された概念で、北極圏とそれを取り巻く中緯度帯の間に見られる気
圧場の南北振動のことである。近年の異常気象や地球温暖化の研究において、この北極
振動が特に注目されている。たとえば、2001 年の寒冬や 2002 年の暖冬(桜の早期開花)、
2003 年の冷夏、2005 年の平成 18 年豪雪、そして 2006 年の異常暖冬などは、北極振動
が主要な原因であるとされており、低緯度の ENSO と並んで重要な高緯度の大気現象と
して認識されるようになった。
研究の初年度には、2006 年 7 月 8-9 日に第 1 回北極振動研究集会を筑波大学で開催
し、約 30 名の参加者を集めて最新の情報提供や活発な議論が行われた。研究代表者は
2007 年 2 月 19-20 日にアラスカ大学で開催された第 7 回極域気候変動に関する国際会
議(GCCA-7)に主催者のひとりとして参加し、北極振動研究に関するレビュー講演を行っ
た。2007 年 3 月 2-3 日には筑波大学で第 2 回北極振動研究会を開催し、約 40 名の参
加者を集めて、研究成果報告と今後の研究計画について議論した。
研究 2 年目の 2007 年には、5 月に開始された地球惑星科学連合大会で「北極域の科
学」ユニオンセッションを企画し、北極振動に注目した発表を募集して研究成果報告を
行った。そして日本気象学会の査読付き国際学術誌である気象集誌の 2007 年 12 月号に、
北極振動研究の成果を集めた「北極振動特集号」を企画し、本研究実績のまとめとして
12 編の査読付き論文およびノートが発刊された。
これらの研究活動の成果をまとめると、北極振動とは、任意の準定常外力に共鳴して
起こる大気大循環の力学的な特異固有モードとして理解される。この力学モードは、そ
の固有値がほぼゼロとなる特殊な固有モードであり、その構造は北極振動のパターンと
ほぼ完全に一致する。一方で、それを励起する太平洋と大西洋のストームトラックの活
動は互いに独立で、しかも大振幅で NAO(北大西洋振動)と NPO(北太平洋振動)のテ
レコネクションを励起するため、統計的な EOF 解析を行うと、北極振動は見かけのモー
ドに見えるという理解に至った。このような本研究の成果が、近年の異常気象や地球温
暖化の研究に役立てば幸いである。
平成20年5月
研究代表者 田中 博
筑波大学生命環境科学研究科教授

研究組織
研究代表者 : 田中博 筑波大学・大学院生命環境科学研究科・教授
研究分担者 : 山崎孝治 北海道大学・地球環境科学研究院・教授
研究分担者 : 伊藤久徳 九州大学・大学院理学研究院・教授
研究分担者 : 森 厚 桜美林大学・リベラルアーツ学群・准教授
研究分担者 : 向川 均 京都大学・防災研究所・教授
研究分担者 : 立花義裕 三重大学・大学院生物資源学研究科・教授
研究分担者 : 小寺邦彦 名古屋大学・環境学研究科・COE 特任教授
研究分担者 : 黒田友二 気象研究所・気候研究部 主任研究官
研究分担者 : 本田明治 海洋研究開発機構・
研究分担者 : 高谷康太郎 海洋研究開発機構・
研究分担者 : 山根省三 千葉科学大学・
地球環境フロンティア研究センター・研究員
地球環境フロンティア研究センター・研究員
危機管理学部環境安全システム学科・講師
交付決定額(配分額) (金額単位:円)
直接経費 間接経費 合計
平成 18 年度 12,500,000 3,750,000 16,250,000
平成 19 年度 8,800,000 2,640,000 11,440,000
総計 21,300,000 6,390,000 27,690,000

主な研究成果
査読付き論文(第一著者のみ)掲載
平成18年度の研究成果
Tanaka, H. L. Blocking Formation by an accumulation of Barotropic Energy Exceeding
the Rossby Wave Saturation Level at the Spherical Rhines Scale. J. Meteor. Soc. Japan,
83, 319-332, 2006
Matsueda, M. Multi-center grand ensemble using three operational ensemble
forecasts. SOLA, 2, 33-36, 2006
Watarai, Y. Comparison among JRA-25, ERA-40 and NCEP/NCAR reanalysis datasets
from the viewpoint of global energetics. SOLA, 3, 9-12, 2007
Terasaki, K Barotropic energy spectrum by the Rossby wave saturation in the zonal
wavenumber domain. SOLA, 3, 25-28, 2007
Matsueda, M Daily forecast skill of multi-center grand ensemble. SOLA, 3,
29-32, 2007
Tanaka, H.L. Numerical simulation of wind hole circulation at Ice Valley in Korea
using a simple 2D model. J. Meteor. Soc. Japan, 83, 1073-1084, 2006
Hayasaki, M. Interannual variations of cold front activity in spring in Mongolia.
J. Meteor. .Soc. Japan, 83, 463-475, 2006
Nakamura, T. Influence of the Northern Hemisphere annular mode on ENSO by
modulating westerly wind bursts. Geophys. Res. Lett., 33, L07709, 2006
Yamamoto, K. Intra-seasonal relationship between the Northern Hemisphere sea ice
variability and the North Atlantic Oscillation. Geophys. Res. Lett., 33, L14711,
2006
Iwasaki, S. Characteristics of particle size distributions in the tropical
tropopause based on optical particle counter and lidar measurements. Atmospheric
Chemistry and Physics Discussions, 7, 1595-1622, 2007
Ukita, J. Northern Hemisphere Sea Ice Variability: Lag and Propagation.
Tellus, A, 59, 261-272, 2007
Ogi, M. Influence of the annual Arctic Oscillation on the negative
correlation between Okhotsk sea ice and Amur River discharge. Geophysical. Research.
Letters, 33, L08709, 2006
Nodzu, M.I. Climatological description of seasonal variations in
lower-tropospheric inversion layers over the Indochina Peninsula. Journal of Climate,
19, 3307-3319, 2006
Chikamoto Y. Evidence of growing bred vector associated with the tropical
intraseasonal oscillation. Geophys. Res. Lett., 34・L04806, doi:10.129/2006GL028450,
2007

平成19年度の研究成果
Itoh, H. Independent Components in the Northern Hemisphere Winter:
Is the Arctic Oscillation Independent? J. Meteor. Soc. Japan, 85, 825-846, 2007
Hori, M. E. Influence of Arctic Oscillation towards the Northern Hemisphere
Surface Temperature Variability under the Global Warming Scenario. J. Meteor. Soc.
Japan, 85, 847-859, 2007
Mukougawa, H. Predictability of the Downward Migration of the Northern Annular
Mode: A Case Study for January 2003. J. Meteor. Soc. Japan, 85, 861-870, 2007
Yokoyama, N. Seasonal Variation of the Dominant Low-Frequency Variability
Observed in the Barotropic Component of the Atmosphere: A Connection to the Arctic
Oscillation. J. Meteor. Soc. Japan, 85, 871-879, 2007
Inoue, J. Outflow of Summertime Arctic Sea Ice Observed by Ice Drifting Buoys
and Its Linkage with Ice Reduction and Atmospheric Circulation Patterns. J. Meteor.
Soc. Japan, 85, 881-887, 2007
Kuroda, Y. Effect of QBO and ENSO on the Solar Cycle Modulation of Winter North
Atlantic Oscillation. J. Meteor. .Soc. Japan, 85, 889-898, 2007
Honda, M. Inter-Basin Link between the North Pacific and North Atlantic in the
Upper Tropospheric Circulation: Its Dominance and Seasonal Dependence. J. Meteor.
Soc. Japan, 85, 899-908, 2007
Fujita, R. Statistical Analysis on the Relationship between Solar and
Geomagnetic Activities and the Arctic Oscillation. J. Meteor. Soc. Japan, 85,
909-918, 2007
Hirooka, T. Predictability of Stratospheric Sudden Warmings as Inferred from
Ensemble Forecast Data: Intercomparison of 2001/02 and 2003/04 Winters. J. Meteor.
Soc. Japan, 85, 919-925, 2007
Kodera, K. Apparent Vertical Propagation of the NAM Index Due to an Embedded
Wave Structure. J. Meteor. Soc. Japan, 85, 927-931, 2007
Suzuku, I. Teleconnections and the Arctic Oscillation Analyzed in the
Barotropic Component of the Model and Observed Atmosphere. J. Meteor. Soc. Japan,
85, 933-941, 2007
Yukimoto, S. Annular Modes Forced from the Stratosphere and Interactions with the
Oceans. J. Meteor .Soc. Japan, 85, 943-952, 2007
Watarai, Y. Characteristics of the JRA-25 Dataset from the Viewpoint of Global
Energetics
SOLA, 3, 9-12, 2007
Terasaki, K. Barotropic energy spectrum by the Rossby wavesaturation in the zonal
wavenumber domain. SOLA, 3, 25-28, 2007

Matsueda, M. Daily Forecast Skill of Multi-Center Grand Ensemble. SOLA, 3, 29-32,
2007
Terasaki , K. An analysis of the 3D atmospheric energy spectra and
interactions using analytical vertical structure functions and two reanalyses. J.
Meteor. Soc. Japan, 85, 785-796, 2007
Takemoto, M. Intensities of Hadley, Walker, and Monsoon Circulations Compared in
the Upper and Lower Troposphere. J. Korean Meteor. Soc, 43, 239-251, 2007
Itoh, H. Reconsideration of the true versus apparent Arctic
Oscillation. J. Climate, 21, In press
Tachibana, Y. Interannual variation in snow-accumulation events in Tokyo and its
relationship to the Eurasian pattern. SOLA, 3, 129-132, 2007
Nakamura, T. The importance of cold and dry surges in substantiating the NAM and
ENSO relationship. Geophysical. Research Letters, 34, GL031220, 2007
おもな著書
田中博 偏西風の気象学 (単著) 気象ブックス016 成山堂書店 174pp 2007
松岡憲知 地球環境学 (共同執筆)地球学シリーズ 古今書院 130pp 2007