51探花

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科 地球物理学専攻　助教　黒田剛史

【発表のポイント】

• スーパーコンピュータ「地球シミュレータ」を駆使して、世界最高解像度で金星大気大循环モデルのシミュレーションを実现しました。
• 惑星规模の热潮汐波^（注1）から、小规模な大気重力波^（注2）が自発的に励起されることを示し、そのメカニズムを解明しました。
• 地球大気中で见られるジェット気流や低気圧からの大気重力波の自発的な励起^（注3）は、金星大気中ではより大規模な惑星规模の热潮汐波から生じることを示しました。
• 今后、金星探査机「あかつき」によって、この新たな现象の観测が期待されます。また、波の働きを调べることで金星気象学が革新的に进むと期待されます。

【概要】

东北大学大学院理学研究科の黒田刚史助教らの研究チームは、金星の大気の流れをシミュレーションする大気大循环モデル「础贵贰厂-痴别苍耻蝉」^（注4）を、地球シミュレータ^（注5）を用いて世界最高解像度で走らせ、小规模な波の自発的な励起を再现しました。

金星は厚い云层によって全体を覆われており、大気内部の运动についてはほとんどわかっていません。また、大気大循环モデルを用いた金星大気运动の数値シミュレーションが试みられていますが、天気予报で行われているような高解像度のシミュレーションはこれまでありませんでした。今回の研究では、金星大気全体を20办尘の水平刻み幅で计算することで、惑星规模の波からの小规模な波が自発的に励起されることを见出し、そのメカニズムを明らかにしました。今后は、本研究で再现された小规模な波やその励起过程の金星探査机「あかつき」^（注6）による観测が期待されるとともに、励起された波の働きを详しく调べることで、金星に吹く风の谜の解明が大きく进むと期待されます。

本研究の成果は、英国ネイチャー?パブリッシング?グループ（NPG）発刊の国際学術雑誌 Nature Communicationsに、2021年6月17日付（英国時間）のオンライン版で公開されました。

図１：鉛直速度（カラー）とジオポテンシャル高度の擾乱（等値線）のスナップショット：（a）高度70kmでの経度緯度断面図、（b）赤道での経度高度断面図。等値線で示す惑星规模の热潮汐波による温位面の歪みから、カラーで示す細かい大気重力波が自発的に励起されている。暖色が上昇流、寒色が下降流を表す。(Nature Communications誌掲載論文の図を一部修正。CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

【用语解説】

（注1） 熱潮汐波
太阳が加热する领域が移动することによって大気中に励起される惑星规模の波。地球にも昼间热せられ、夜冷却されることにより、一日および半日周期の潮汐波が励起される。金星にも热潮汐波が存在することが観测からわかっている。地球の海では、潮の満ち引きに関わる潮汐が存在するが、これは月の引力によって生み出されるもので、别物である。

（注2） 大気重力波
浮力を復元力とする小規模 (波長数十?数百 km) な波。山岳を波源とする地形性と、ジェット、前線、対流などを波源とする非地形性に分けられる。地球では、重力波を含む大気波動は、鉛直上方に運動量を輸送し、中層大気の大循環を駆動する働きを担っている。

（注3） 自発的放射
非地形性重力波の放射過程の一つ。総観規模 (数千 km) の流れ自体から、その時間発展とともに重力波が放射される。大気 (波の媒質) 自体が波源となるため、物理的理解が難しい。

（注4） 大気大循環モデル「AFES-Venus」
金星大気全体の数値シミュレーションを実施するための計算プログラム。地球大気シミュレーション用プログラム「AFES（Atmospheric GCM For the Earth Simulator）」を、金星大気用に改修したものである。大気大循環モデルでは、コンピュータプログラムにより、流体力学や熱力学の方程式を基に、大気の流れや温度?湿度の変化を計算する。大気大循環モデルを用いて数日から経年スケールの大気現象をシミュレートし、メカニズムや予測可能性が調査できる。AFESやAFES-Venusは地球シミュレータの性能を最大限活用できるように最適化されており、地球シミュレータ上で動かすことで、世界最高レベルの高解像度シミュレーションを実現できる。

（注5） 地球シミュレータ
海洋研究开発机构に设置されたスーパーコンピュータシステム。ベクトル型の大型计算机としては世界最高レベルの性能を夸る。2002年に初代地球シミュレータの运用が开始されて以降、システムが3度更新され、现在は4世代目の运用が开始された。

（注6） あかつき
日本の金星探査机。金星大気の谜を解明するために开発され、日本の惑星探査机として初めて地球以外の惑星を回る轨道に入ることに成功した。2010年5月21日に打ち上げられたが、2010年12月7日に金星の周回轨道投入に失败し、金星に近い轨道で太阳を周回した。2015年12月7日に金星周回轨道への投入を再び试み、成功した。観测波长の异なる5台のカメラと电波掩蔽観测用の超高安定発振器を搭载し、金星の大気を立体的に観测している。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

＜研究に関すること＞
東北大学 大学院理学研究科 地球物理学専攻
助教　黒田刚史（くろだ　たけし）
贰-尘补颈濒：迟办耻谤辞诲补*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

＜报道に関すること＞
东北大学大学院理学研究科
広报?アウトリーチ支援室
電話： 022-795-6708
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