中緯度の対流圏では、南北の温度傾度があるもとで、西風 (偏西風) がふいているが、 それは波うっている。 その波がどんなものか、そのようにエネルギーを輸送しているかを、 具体的な気象データをつかって、概算してみよう。
つぎのテキストファイル (空白区切り) に、 JRA-55 再解析データの 「Daily/anl_p125」 サブセットにもとづく、 1995年 4月の 毎日 (1～30日) 世界時 0 時 (日本時間 9時) の 北緯 35度、東経 130度 と 140度 の二つの経度、500 hPa 面の、 気温 T と、風の南北成分 (南風が正) v の二つの気象要素 の値がふくまれている。 【JRA-55 の Daily データは 1日4回の値があるが、ここでは 1日1回に まびいた。】
各列の意味はつぎのとおり。
2地点の気温と風の時系列を、時間軸をそろえてグラフにし、 その主要な振動型の変動が波であるという認識のもとで、 同じ気象要素の地点間の位相関係と、同じ地点の気温と風との位相関係を、 ことばで要約表現してください。
1地点のデータについて、 「{T と v の積} の時間平均」、「{T の時間平均} と {vの時間平均} との積」、 「{ {Tの時間平均からの偏差} と {vの時間平均からの偏差} との積} の 時間平均」の 数値を求めなさい。(このうち2つを計算すればもうひとつはそこからみちびける。 次の「参考」ぺージ、とくに「(5)」式を見てほしい。) ここで「時間平均」は 1か月間の平均をさすとする。
単位質量の空気が南北に動くことによるエネルギー輸送 (のうちの温度に比例する部分) は、 cp (空気の定圧比熱容量) かける T かける v である。 【cv (定積比熱容量) でないのは、内部エネルギーの輸送にくわえて、 空気の体積変化にともなう圧力による仕事があるからである。 このあたりをくわしく説明する時間がとれなかったが、関心のある人はつぎの補足説明を見てほしい。】
概算として、問い 2 で 得られた Tと v の積の時間平均が、 鉛直方向には、大気全層の面積あたりの質量の半分を代表していると仮定する。 東西方向には、この緯度の東西全周を代表していると仮定する。 大気がこの緯線をよこぎって運ぶ単位時間あたりのエネルギー (のうちの温度に比例する部分) はどれだけになるか。 (Tとvの積の時間平均に、cp と、単位面積あたりの質量と、緯線の円周の長さをかければよい。)
問題文にない数量 (単位つきの数値) を調べる必要があるかもしれない。 その場合は、情報源を、文献ならば専門書や論文の参考文献表記に準じた形で、 ウェブ情報ならば URL と閲覧日付をふくめて、しめしてほしい。
空気の比熱容量は、同じ原子からなる2原子分子の理想気体として、 普遍気体定数と、窒素分子、酸素分子の分子量からみちびいてもよい。 ただし、比熱容量と「モル比熱」との区別や、単位換算に注意すること。
大気全層の面積あたりの質量は、静水圧のつりあいにもとづいて 海面気圧の代表値からみちびいてもよい。 (海面気圧の代表値と重力加速度はとくに出典をしめずに書いてよい。)
しめきり 8月8日 (月) 23:30。ただし 8月4日 (木) までの提出を奨励します。 ポータルサイトの「気候・気象学」の第15回のレポートのところに提出してください。