図1: 質量・エネルギー・角運動量の収支解析の説明図。ある地域について、大気全層(大気の上端から地表面まで)を含む「箱」を考える。保存量である質量、エネルギーまたは角運動量の箱の中の収支を考えると、箱の中の保存量Xの時間変化ΔX/Δtは、上端から(Ftop)、地表面から(Fsfc)および横方向から(Fside)のその量の正味の供給の和に等しい。このことを使い、4項のうち3項をデータから知ることができれば、残りの項が推定できる。 [本文へ]
図2: 大気大循環統計量を求める2つの方法 (文献1より)。 たとえば、観測された風の南北成分vと比湿(大気中で水蒸気の占める質量比)qに基づき、時間平均した水蒸気の南北輸送q'v'を規則的に配置された格子点で求めることを考える。ただし上線は時間平均を示す記号である。方式Aでは観測地点で時系列的統計計算をしてq'v'を求め、その結果を空間内挿する。方式Bでは、まず空間内挿で格子点でのqとvを求め、それから時系列的統計を計算する。それぞれの長所、短所は本文参照。 [本文へ] [表1の関連個所の本文へ]
図3: 断続型および連続型の4次元同化の手順の説明 (文献2より)。 断続型(a)では、モデルの力学・物理過程に基づく時間積分(予報)と、データの空間内挿とが別のプロセスになっており、交互に行なわれる。たとえば6時間予報の結果を仮の推定値として空間内挿を行なう。連続型(b)では、時間積分の過程の各時間ステップで、モデルの積分結果に、データを空間内挿したものを線形結合で混ぜていく。なお、図の中にあるOIとは「最適内挿法」といい、観測値および予報値の線形結合による空間内挿法で、観測および予報の誤差を考慮して結果の誤差を最小にするように線形結合の重みを決めるものである。また、NMIとは、「ノーマル モード イニシャリゼーション」といい、大気の運動を重力波モードとロスビー波モードに分解し、固有周期の短い重力波モードの成長率を小さくするように風速・温度・気圧の場を調節する手続きである。 [本文へ]
図4: 大気と海洋による年平均の北向きエネルギー輸送 (文献4より)。 1978年12月から1979年11月までの1年間の観測データによる。 単位は1015ワット。 大気と海洋の合計輸送量(実線)は、ニンバス7号衛星による大気上端での放射収支観測から求めたもの、大気による輸送量(破線)は、ECMWF(ヨーロッパ中期天気予報センター)が4次元同化の方法で作ったFGGE IIIbデータから計算したもの、海洋による輸送量(点線)はこの2つの差として求めたものである。 [本文へ]
表1: 大陸・大洋別の年間の降水と蒸発の差。
| 大気の水蒸気収支による方法 | 水文学的方法 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 地域 | 面積 1012 m2 | FGGE ECMWF | FGGE GFDL | Bryan and Oort 1984年 | Baumgartner and Reighel 1975年 | Korzun 編 1974年 | Lvovitch 1973年 |
| アジア | 47 | 4.4 | 4.7 | *11.5 | 12.2 | 14.1 | 13.2 |
| ヨーロッパ | 11 | 1.8 | 1.0 | *-2.0 | 2.8 | 3.0 | 3.1 |
| アフリカ | 30 | 1.9 | 10.0 | 0.2 | 3.4 | 4.6 | 4.2 |
| 北アメリカ | 26 | 5.9 | 5.8 | 4.2 | 5.8 | 8.2 | 6.7 |
| 南アメリカ | 18 | 7.6 | 15.3 | 6.0 | 11.0 | 12.2 | 10.4 |
| オーストラリア | 9 | 0.5 | 1.9 | -3.6 | 2.4 | 2.5 | 2.0 |
| 南極 | 14 | 1.4 | 1.5 | 0.6 | 2.0 | 2.3 | 2.2 |
| 大陸 | 155 | 23.6 | 40.3 | 6.5 | 39.7 | 47.0 | 41.7 |
| 北太平洋 | 80 | 3.4 | 11.8 | 3.5 | 16.7 | @-9.7 | |
| 南太平洋 | 94 | -1.3 | -9.3 | 6.9 | -0.9 | ||
| 北大西洋 | 50 | -9.9 | -17.4 | #-2.4 | -17.8 | @-31.7 | |
| 南大西洋 | 45 | -8.2 | -15.4 | -10.5 | -18.7 | ||
| インド洋 | 78 | -8.8 | -11.5 | -4.1 | -19.5 | -7.6 | |
| 北極海 | 8 | 1.3 | 1.4 | # | 0.4 | 2.1 | |
| 海洋 | 355 | -23.6 | -40.3 | -6.5 | -39.7 | -47.0 | -41.7 |