[AOS21-P01] 金星大気惑星規模波動の再現に向けたデータ同化による研究
キーワード：データ同化、金星大気、惑星規模波動
金星大気の赤道域の雲層上端には、４日周期の「赤道ケルビン波」と考えられる惑星規模の波動が存在する1,2。赤道ケルビン波は、金星の自転速度の60倍もの速さで循環する「スーパーローテーション」の生成維持に寄与する可能性が指摘されている3。しかし、これまで国内外の金星大気大循環モデルにおいて赤道ケルビン波は十分に再現されていない。
我々はこれまでに、金星大気大循環モデル(AFES-Venus)及び、局所アンサンブル変換カルマンフィルター(LETKF)を用いた金星大気データ同化システム(VALEDAS)を開発してきた4,5。また、「コールドカラー」と呼ばれる金星大気の高度約60-70㎞の極域における周辺に比べて温度が高い現象に対し、衛星間電波掩蔽観測を想定した温度の疑似観測データを作成し、データ同化を行うことで、コールドカラーの再現性と衛星間電波掩蔽観測の有用性について検証を行ってきた6。
本研究では、金星衛星観測立案に向けて様々な波長帯のカメラを想定し、風速の疑似観測データを観測高度、観測数、時間間隔等の条件を変えて作成した。そして、赤道ケルビン波の再現性を指標にデータ同化し、観測の有用性を検証する。疑似観測データは、赤道ケルビン波の再現に向けて波強制を下端から与えている CCSR/NIES 金星 AGCM のデータ7から作成した。
図(a)は、データ同化を行っていない実験、(b)は、高度30km に対して24時間に一度、データ同化を行った結果である。データ同化を行うことにより, 赤道域における約５日周期の波動の上部伝播が再現された。発表では、将来の金星探査計画に対しての本研究の有用性についても議論を行う予定である。
[1] Temporal variability of ultraviolet cloud features in the Venus stratosphere, A. D. Del Genio and W. B. Rossow, Icarus Vol. 51, (1982), p391–415.
[2] Planetary-scale wave and the cyclic nature of cloud top dynamics on Venus. A. D. Del Genio and W. B. Rossow, J. Atmos. Sci. 47, (1990), p293–318.
[3] Formation and maintenance of the 4-day circulation in the Venus middle atmosphere, M. Yamamoto and H. Tanaka, J. Atmos. Sci., 54, (1997), p1472-1489.
[4] Baroclinic modes in the Venus atmosphere simulated by GCM, N. Sugimoto, M. Takagi, and Y. Matsuda, Journal of Geophysical Research: Planets, Vol. 119, (2014), p1950–1968, doi:10.1002/2014JE004624.
[5] Development of an ensemble Kalman filter data assimilation system for the Venusian atmosphere, N. Sugimoto, A. Yamazaki, T. Kouyama, H. Kashimura, T. Enomoto, and M. Takagi, Scientific Reports, Vol. 7, (2017), 9321, 9pp.
[6] Observing system simulation experiment for radio occultation measurements of the Venus atmosphere among small satellites, N. Sugimoto, M. Abe, Y. Kikuchi, A. Hosono, H. Ando, M. Takagi, I. Garate-Lopez, S. Lebonnois and C. Ao, Journal of Japan Society of Civil Engineers A2: Applied Mechanics, (2019).
[7] Venusian middle-atmospheric dynamics in the presence of a strong planetary-scale 5.5-day wave, M. Yamamoto and M. Takahashi, Icarus, (2012), 217, p702-713.
我々はこれまでに、金星大気大循環モデル(AFES-Venus)及び、局所アンサンブル変換カルマンフィルター(LETKF)を用いた金星大気データ同化システム(VALEDAS)を開発してきた4,5。また、「コールドカラー」と呼ばれる金星大気の高度約60-70㎞の極域における周辺に比べて温度が高い現象に対し、衛星間電波掩蔽観測を想定した温度の疑似観測データを作成し、データ同化を行うことで、コールドカラーの再現性と衛星間電波掩蔽観測の有用性について検証を行ってきた6。
本研究では、金星衛星観測立案に向けて様々な波長帯のカメラを想定し、風速の疑似観測データを観測高度、観測数、時間間隔等の条件を変えて作成した。そして、赤道ケルビン波の再現性を指標にデータ同化し、観測の有用性を検証する。疑似観測データは、赤道ケルビン波の再現に向けて波強制を下端から与えている CCSR/NIES 金星 AGCM のデータ7から作成した。
図(a)は、データ同化を行っていない実験、(b)は、高度30km に対して24時間に一度、データ同化を行った結果である。データ同化を行うことにより, 赤道域における約５日周期の波動の上部伝播が再現された。発表では、将来の金星探査計画に対しての本研究の有用性についても議論を行う予定である。
[1] Temporal variability of ultraviolet cloud features in the Venus stratosphere, A. D. Del Genio and W. B. Rossow, Icarus Vol. 51, (1982), p391–415.
[2] Planetary-scale wave and the cyclic nature of cloud top dynamics on Venus. A. D. Del Genio and W. B. Rossow, J. Atmos. Sci. 47, (1990), p293–318.
[3] Formation and maintenance of the 4-day circulation in the Venus middle atmosphere, M. Yamamoto and H. Tanaka, J. Atmos. Sci., 54, (1997), p1472-1489.
[4] Baroclinic modes in the Venus atmosphere simulated by GCM, N. Sugimoto, M. Takagi, and Y. Matsuda, Journal of Geophysical Research: Planets, Vol. 119, (2014), p1950–1968, doi:10.1002/2014JE004624.
[5] Development of an ensemble Kalman filter data assimilation system for the Venusian atmosphere, N. Sugimoto, A. Yamazaki, T. Kouyama, H. Kashimura, T. Enomoto, and M. Takagi, Scientific Reports, Vol. 7, (2017), 9321, 9pp.
[6] Observing system simulation experiment for radio occultation measurements of the Venus atmosphere among small satellites, N. Sugimoto, M. Abe, Y. Kikuchi, A. Hosono, H. Ando, M. Takagi, I. Garate-Lopez, S. Lebonnois and C. Ao, Journal of Japan Society of Civil Engineers A2: Applied Mechanics, (2019).
[7] Venusian middle-atmospheric dynamics in the presence of a strong planetary-scale 5.5-day wave, M. Yamamoto and M. Takahashi, Icarus, (2012), 217, p702-713.