気温の年周期の振幅と位相

1.序論

1.1 動機

気温の1年周期変化には、海と陸との年変化に関与する熱容量の違いの影響がある。 熱容量が大きい海では、年周期成分の振幅が小さくなるとともに、 極大・極小の位相が遅くなる。 日本の伝統的な暦の24節気 [表] などが、季節実感と合わないのも、 大陸の中国に比べて、海に囲まれた日本の気温の季節変化の位相が遅いことから きているのではないだろうか。

図1: 北緯35度の「大気上端」の日射量および 奈良、Xi'an、Hotanの3地点の気温に1年周期の三角関数をあてはめたもの (方法は 3節, 4節, 5節参照)

中国(増田, 1986)のほうが北アメリカ(Shea, 1984)よりも内陸と海岸の位相の違いが大きいようだ。

1.2 年変化に関与する面積あたりの熱容量の大まかな見積もり

• 海: 100 m の水 ... 4.2 × 10⁸ J m^-2 K^-1.
• 陸: 1 m の土 ... 1.6 × 10⁶ J m^-2 K^-1.
• 大気: 200 -- 1000 hPa の層 ... 0.8 × 10⁷ J m^-2 K^-1.

1.3 この研究の目標設定

地上気温の観測データにもとづいて その1年周期成分の振幅と位相の地理的分布を記述する。

また、このデータをごく単純な構造のモデルにあてはめてそのパラメタを 決定する。これには必ずしも物理的意味はないが、 「気候の大陸度」の指標とみることはできるであろう。

1.4 類似の研究例

• Hann (1903): 例示。
• Prescott and Collins (1951) (未確認, Trenberth, 1983が引用)
• Trenberth (1983): 全球(月平均格子点データ)とUSA(月平均地点データ)の周期解析。 大気上端の日射量との位相差の議論。 USAでよく使われる季節の定義と気温による4分割との比較。
• Shea (1984): 北アメリカ(USA・カナダ)の日データの周期解析。
• May et al.(1992): 全球の地上気温日データで、各地点の時系列と、 1年周期成分の振幅と位相の全球分布(2.5^o格子による等値線図)を示した。 議論はあまりしていない。

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