中層大気慣性内部重力波の臨界高度近傍の伝播と砕波

抄録

中層大気中に存在する薄い乱流層の成因の一つという観点から, 対流圏起源の慣性内部重力波の臨界高度砕波を理論的に吟味してみた。Coriolis力による慣性効果は長周期または長波長の内部重力波については無視できないものである。基本場の鉛直シアーと Coriolis因子を一定とした慣用の非粘性線形方程式系から慣性内部重力波を表わす厳密解が導かれ, さらに Olver(1974)が拡張した Liouville-Green 法を用いて臨界高度近傍での正しい局所分散関係式を得た。この関係式から慣性内部重力波の重要な特徴として, Jones臨界高度の「弁効果」, および, 上下の臨界高度の内側の一対の「転移高度」の存在, の二つが見出された。類似の特徴は, 無限小シアーと水平方向の異方性とを仮定する系について過去に指摘されているが (Grimshaw, 1975, 1980), それらの仮定は弁効果と転移高度の存否に関する限り本質的なものではないと言元る。弁効果と転移高度との複合作用の結果として慣性内部重力波は Jones臨界高度近傍で波面の走向に依存した吸収また反射を受ける。すなわち吸収率および吸収に伴う砕波乱流層の厚さは波面の走向が東西に向うほど増大し, 一方波面が南北に沿うような波は実質的に反射される。基本場の Richardson 数が大きいと転移高度はそれぞれ臨界高度に近接するため, 両臨界高度の内側の乱流層は外側のそれよりもずっと薄くなる。以上のすべての特性は Jones 臨界高度近傍のある領域内でのみ起こり, その外部ではよく知られた非慣性内部重力波と本質的に同じ特性が得られる。この領域はCoriolis 因数に比例した厚さを持ち, 非慣性内部重力波では完全に消失してしまう。
現実の成層圏乱流層との比較さらに中間圏以高まで達する重力波の定量的情報としての活用を考え, 慣性内部重力波とその砕波乱流層の厚さとの関係を表わす式を具体的に導いた。メソスケール領域の水平波長を仮定する場合, 慣性内部重力波のつくる乱流層は非慣性波のそれに比べて薄くなる。