大気海洋科学講座

概要

大気海洋科学グループでは、人間社会活動に密接に関連する大気と海洋のミクロなスケールから惑星スケールに至る様々な現象を深く解明し、その変動予測の基礎を構築することにより社会に貢献することを目指しています。具体的にはデータ解析、理論解析、大循環モデルシミュレーション、現場観測などの手法を総合的に用いて大気や海洋の流れと乱れの理解の高度化、気候変動を生む大気海洋相互作用のメカニズムの解明、大気海洋物質の組成変動や淡水循環の解明を目指しています。

おもに、大気海洋科学講座大気海洋研究所との教員が協力して研究と教育を行っています。

大気海洋科学講座

地球は水蒸気を含む大気に覆われ,地表面の7割は海洋が占めています.水が気相,液相,固相のいずれもの状態で存在することは地球の最大の特色の一つです.気相の水は大気中で太陽放射と地球放射のいずれもよく吸収し,液相の水は大きな比熱を持つとともに流動性を備えたよき溶媒であり,相変化に伴う潜熱は地球のエネルギー収支に大きく寄与しています.水は天気や季節,気候の変化を通して日常を彩る一方で,水のもたらす自然災害と克服の過程は,結果として人類の文明を育んできました.また,大気大循環に乗ってグローバルに層をなすオゾンは,太陽紫外線を遮断して地球生命圏を保護していますが,人間活動による破壊が深刻な状況にあります.大気海洋科学講座では,こうした人間社会活動に密接に関連する大気と海洋におけるミクロなスケールから惑星スケールに至る様々な現象を解明し,その変動予測の基礎を構築することで,社会に貢献することを目指しています.具体的には,データ解析,理論解析,大循環モデルシミュレーション,観測などの手法を総合的に用いて,大気や海洋の流れと乱れの理解の高度化,気候変動を生む大気海洋相互作用のメカニズムの解明,大気海洋物質の組成変動や循環の解明に向けた研究と教育を推進していきます.
上記の目的を達成するため,本講座では以下の,大気物理学,海洋力学,気候力学,大気海洋物質科学の4つのグループを設定して,研究・教育活動を進めています.

大気物理学

地球や惑星の大気現象には,力学,放射,雲物理,乱流などの物理過程が複雑に関係します.その中でも基礎となる大気力学を中心に,理論,観測,データ解析,大規模シミュレーションにより,広範な時空間スケールの現象を研究します.具体的には,大気(対流圏・成層圏・中間圏)の素過程の力学やその結合過程,エネルギー・運動量収支,グローバルな大気循環と内在する波動や不安定との相互作用,水の相変化が重要な雲の発生とその組織化の物理を解明し,大気現象の予測可能性向上を通じた社会貢献を目指します.

(左)高解像度大気大循環モデルにより再現された重力波伝播の様子。
色:重力波に伴う運動量フラックス。等値線:東西平均東西風。
(右)全球雲解像モデルにより計算された雲水の鉛直積算量。

海洋力学

中規模渦に代表される地衡流乱流から内部重力波の砕波に伴う小規模な乱流まで,様々なスケールの乱流拡散過程のグローバル分布や,大規模な大気海洋相互作用の場となる海洋表層混合層の時空間変動など,大循環モデルの高度化に必要な基礎的現象の解明とその適切なパラメータ化を,理論・データ解析・数値実験などの手法を用いて研究しています.特に,地球流体力学的なアプローチによって,海洋における様々な時空間スケールの物理素過程を解明することを目指しています.

乱流直接観測と数値シミュレーションを統合することにより世界で初めて得られた深海乱流混合係数の全球分布

気候力学

エルニーニョ現象やインド洋ダイポールモード現象に代表される経年スケールの気候変動,10年から数十年スケールの気候変動,低緯度現象と中・高緯度現象の相互作用のメカニズムなどを対象に,グローバルな視点から理論・データ解析・大循環モデルシミュレーションなどの手法を用いて研究しています.特に,大規模な気候変動現象の予測可能性の研究を高度化することによって,社会への貢献を目指しています.

インド洋熱帯域のダイポールモード現象

大気海洋物質科学

大気中のエアロゾルや気体成分は,地球気候や大気質あるいは物質循環に影響を与えています.これらの大気物質の動態を輸送過程や化学反応過程に基づいて理解し,その放射や雲物理過程への影響を解明します.大気物質科学と大気物理学を統合させ,その相互作用を体系的に研究する新しい大気科学の構築を目指します.また海洋の中・深層における水塊の性質を決定する淡水や塩類の分布と循環を把握し,その変質・変動プロセスを明らかにします.

雲・エアロゾル相互作用の研究に使用されている観測航空機数値モデル計算で再現された気体からのエアロゾルの生成現象

学生の声

参考書・文献

一般啓蒙書・読み物

AERA MOOK「気象学のみかた。」
朝日新聞社
気象学の雰囲気をつかむのに役立つ本。

「流れの科学:自然現象からのアプローチ」
木村龍治 東海大学出版会
大気や海洋の流体現象を簡単な実験を交えながら極めて平易かつ面白く解説した本。

「海と環境」
日本海洋学会 講談社サイエンティフィック
海洋科学(海洋物理・海洋化学)の最先端の話題を知るのに役立つ本。

「微粒子が気候を変える」
三崎方郎 東京大学出版会
1992年初版なので新しい知識は載せられていないが、エアロゾルの基礎からエアロゾルが雲の生成や放射など大気環境にどのような影響を与えるかなどを、興味深く解説した名著。

「成層圏とオゾン(第2版)」
島崎達夫 東京大学出版会
成層圏オゾンの成り立ちについて体系的に書かれた、一般向けの解説書。1989年初版なので最近の研究の進歩は含まれていないが、良い本。

教科書

「一般気象学」
小倉義光 東京大学出版会
気象学全般の基礎知識を得るのに最適な入門書。

「グローバル気象学」
廣田勇 東京大学出版会
気象学とはどんな学問なのかを知りたい人にお勧め。著者の個性がにじみ出た本。

「地球流体力学入門」
木村龍治 東京堂出版
大気力学・海洋物理学の基礎である地球流体力学の入門書。

「地球環境化学入門」翻訳
Julian E. Andrew etal. (1997)
シュプリンガー・フェアラーク東京(株)
化学の基礎から説明している地球環境の化学の入門書。

「地球温暖化と海-炭素の循環から探る」
野崎義行 東京大学出版会
世界の主要論文を網羅した読み応えのある総説。

「大気化学入門」
D.J.ジェイコブ著 東京大学出版会
大学の学部レベルの教科書。大気の化学反応や輸送などの基礎から、オゾンホール、大気汚染、エアロゾルの効果などを分かりやすく説明している。

「対流圏大気の化学と地球環境」
秋元肇等編 学会出版センター
各気体成分ごとに専門家が初学者むけに解説したもの。観測データや大気成分の測定方法などにも触れられており、研究がどういったものか多少、雰囲気がわかる。