大気重力波の研究

大気重力波は大気中の浮力を復元力とする比較的小規模な大気波動です。ラジオゾンデで風や温度の鉛直プロファイルを観測すると、必ず「ぎざぎざ」が見えますが、そのぎざぎざのほとんどは大気重力波によるものです。大気重力波は直接日々の天気には影響しないので、純粋な気象力学的興味からの理論研究以外は、８０年代に入るまでは「気象ノイズ」として扱われる存在でした。それが、８０年代に入り、大型大気レーダー等高度な観測手法の開発と、コンピュータ技術の急速な進歩により、その実態が明らかにされるとともに、理論的にも、その重要性が強く認識されるようになりました。９０年代には熱帯域に視点が移り、２０００年に入ってからは、極域に、さらにグローバルに視点が広がるようになりました。

●1980年代中緯度の時代/天気予報を高精度化

重力波作用が、中緯度中間圏界面や下部成層圏にみられる弱風層を維持していることが明らかになりました。この重力波作用を組み込むことで、天気予報精度が格段に進歩しました。

●1990年代熱帯の時代/大気重力波が大規模大気振動を駆動

赤道成層圏下部にみられる準2年周期の大規模な大気振動の駆動源は大気重力波とその仲間であることが解り、大気重力波の重要性への認識がいっそう深まりました。

●2000年代極域の時代/地球規模大気の総合的評価

極域成層圏の高温維持メカニズムやオゾンホールの将来予測、また，太陽活動の地球大気への影響を解明するため，極域重力波の研究が必要となります．重力波の研究は，地球気候システムという視点からの総合研究へと発展しつつあります．

私たちはこのような大気重力波を、観測、既存データの解析、数値モデル、理論とあらゆる研究手法で研究を進めてきました。また、緯度的にも中緯度、熱帯、海洋域、極域、全球と対象を広げてきました。視点は、重力波の起源、波数、周波数、伝播、エネルギー分布、季節変化、大規模場への作用、スペクトル理論等多岐にわたります。まだ様々なテーマが残っています。

MUレーダーで観測された重力波の例

北極スピッツベルゲン島の雲
地形性重力波によると思われる

南極東オングル島の雲
重力波とその不安定と思われる多数の筋が見える

研究論文

解説　

佐藤薫, 中層大気重力波の研究 ─平成10年度気象学会学会賞受賞記念講演─, 天気, 46, 803-818, 1999.
K. Sato, Sources of gravity waves in the polar middle atmosphere. Adv. Polar Upper Atmos. Res., 14, 233-240, 2000.

中緯度

T. Satomura and K. Sato, Secondary generation of gravity waves associated with the breaking of mountain waves. J. Atmos. Sci., 56, No.22 3847-3858, 1999.
K. Sato, D. J. O'Sullivan and T. J. Dunkerton, Low-frequency inertia-gravity waves in the stratosphere revealed by three-week continuous observation with the MU radar. Geophys. Res. Lett., 24, 1739-1742, 1997.
K. Sato, Observational studies of gravity waves associated with convection. Gravity Wave Processes: Their Parameterization in Global Climate Models, edited by K. Hamilton, NATO ASI Series, I-50, 63-68, Springer, 1997.
K. Sato, H. Hashiguchi, and S. Fukao, Gravity waves and turbulence associated with cumulus convection observed with the UHF/VHF clear-air Doppler radars. J. Geophys. Res., 100, 7111-7119, 1995.
K. Sato and M. Yamada, Vertical structure of atmospheric gravity waves revealed by the wavelet analysis. J. Geophys. Res., 99, 20,623-20,631, 1994.
K. Sato, A statistical study of the structure, saturation and sources of inertio-gravity waves in the lower stratosphere observed with the MU radar. J. Atmos. Terr. Phys., 56, 755-774, 1994.
K. Sato, H. Eito, and I. Hirota, Medium-scale traveling waves in the extratropical upper troposphere. J. Met. Soc. Japan, 71, 427-436, 1993.
K. Sato, Small-scale wind disturbances observed by the MU radar during the passage of Typhoon Kelly. J. Atmos. Sci., 50, 518-537, 1993.
K. Sato, Vertical wind disturbances in the troposphere and lower stratosphere observed by the MU radar. J. Atmos. Sci. , 47, 2803-2817, 1990.
K. Sato, An inertial gravity wave associated with a synoptic-scale pressure trough observed by the MU radar. J. Met. Soc. Japan, 67, 325-334, 1989.
K. Sato and I. Hirota, A small-scale internal gravity waves in the lower stratosphere revealed by the MU radar multi-beam observation. J. Met. Soc. Japan, 66, 987-999, 1988.

熱帯

M. P. Baldwin, L.J. Gray, T. J. Dunkerton, K. Hamilton, P. H. Haynes, W. J. Randel, J. R. Holton, M. J. Alexander, I. Hirota, T. Horinouchi, D. B. A. Jones, J. S. Kinnersley, C. Marquardt, K. Sato, and M. Takahashi, The Quasi-Biennial Oscillation. Rev. of Geophys., 39, 179-229, 2001.
K. Wada, T. Nitta, and K. Sato, Equatorial inertia-gravity waves in the lower stratosphere revealed by TOGA-COARE IOP data. J. Met. Soc. Japan, 77, 721-736, 1999.
K. Sato, Observational studies of gravity waves associated with convection. Gravity Wave Processes: Their Parameterization in Global Climate Models, edited by K. Hamilton, NATO ASI Series, I-50, 63-68, Springer, 1997.
K. Sato, and T. J. Dunkerton, Estimates of momentum flux associated with equatorial Kelvin and gravity waves. J. Geophys. Res., 102, 26,247-26,261, 1997.
K. Sato, F. Hasegawa, and I. Hirota, Short-period disturbances in the equatorial lower stratosphere. J. Met. Soc. Japan., 72, 423-432, 1994.
佐藤薫, 赤道下部成層圏準2年周期振動における大気重力波の役割. 天気, 46, 11-19, 1999.
佐藤薫, 大気重力波の復権. パリティ, 13-12, 97-99, 1998.

極域

M. Yoshiki, N. Kizu, and K. Sato, Energy enhancements of gravity waves in the Antarctic lower stratosphere associated with variations in the polar vortex and tropospheric disturbances. J. Geophys. Res., 109(D23), D23104, doi: 10.1029/2004JD004870, 2004.
T. Shibata, K. Sato, H. Kobayashi, M. Yabuki, and M. Shiobara, The Antarctic polar stratospheric clouds under the temperature perturbation by non-orographic inertia-gravity waves observed by micro pulse lidar. J. Geophys. Res., 108(D3), 4105, doi:10.1029/2002JD002713, 2003.
M. Yoshiki and K. Sato, A statistical study of gravity waves in the polar regions based on operational radiosonde data. J. Geophys. Res., 105, 17995-18011, 2000.

グローバル（気候モデルによる研究）

K. Sato, T. Kumakura, and M. Takahashi, Gravity waves appearing in a high-resolution GCM simulation. J. Atmos. Sci., 56, No.8, 1005-1018, 1999.