2023年度 地学 II 第12回 小課題

ハドレー循環の上側と下側の (年平均・東西全経度平均の) 風によるエネルギー輸送を比較してみる。

大気による南北エネルギー輸送は、 大気の単位質量あたりで、つぎの 3つの項の合計で書ける。

• 温度に比例する内部エネルギーの輸送 + 圧力による仕事 c_p T v
• 水蒸気量に比例する内部エネルギーの輸送 L q v
• 位置エネルギーの輸送 g z v

変数である気象要素

• T: 温度 (絶対温度)
• q: 比湿 (水蒸気の質量の空気の質量に対するわりあい)
• z: (気圧面の) 高さ
• v: 風速の南北方向成分 (南風が正)

定数とみなす量

• c_p: 空気の圧力一定での比熱容量 1005 J/(kg K)
• L: 水の単位質量あたりの蒸発の潜熱 2.50×10⁶ J/kg [出題時に単位を書きまちがえていました。2023-06-29 訂正しました。]
• g: 重力加速度 9.8 m/s²

つぎにしめすのは、JRA-55 データセットにもとづく、 北緯15度の、2つの気圧面での、1981-2010年の年平均 (ただし日数の勘定は概算)、東西全経度平均の、気象要素 z, T, q, v の値である。 これをもとに、c_p T + L q + g z の各項および合計 (仮に E とする) を計算し、 上側と下側のどちらが多いかをくらべてみよう。

気圧 (hPa)	高度 z (m)	気温 T (K)	比湿 q (kg/kg)	南北風速 v (m/s)	cp T	g z	L q	E	E v
200	12411	219.9	0.000038	1.52
925	783	294.0	0.012340	-1.07

表にしめした実際の v の絶対値は上側と下側でちがうが、 仮に、絶対値が同じで符号が逆 (例、上側 +1.5 m/s, 下側 -1.5 m/s) である 代表レベルがえらばれたと仮定して、 ハドレー循環によるエネルギー輸送が南北どちらむきになるかを考えてみよう。

この小レポートは表と考察の文(短くてよい)を求める。図は求めない。