{"created":"2021-03-01T06:40:19.420387+00:00","id":33894,"links":{},"metadata":{"_buckets":{"deposit":"5deffa2b-e7b0-47bc-b88f-a45284c3edc7"},"_deposit":{"id":"33894","owners":[],"pid":{"revision_id":0,"type":"depid","value":"33894"},"status":"published"},"_oai":{"id":"oai:niigata-u.repo.nii.ac.jp:00033894","sets":["453:455","468:563:564"]},"item_6_alternative_title_1":{"attribute_name":"その他のタイトル","attribute_value_mlt":[{"subitem_alternative_title":"北極海氷域減少による大気応答 : 成層圏-対流圏結合の変調"}]},"item_6_biblio_info_6":{"attribute_name":"書誌情報","attribute_value_mlt":[{"bibliographicPageEnd":"187","bibliographicPageStart":"1","bibliographic_titles":[{}]}]},"item_6_date_granted_51":{"attribute_name":"学位授与年月日","attribute_value_mlt":[{"subitem_dategranted":"2019-09-20"}]},"item_6_degree_grantor_49":{"attribute_name":"学位授与機関","attribute_value_mlt":[{"subitem_degreegrantor":[{"subitem_degreegrantor_name":"新潟大学"}]}]},"item_6_degree_name_48":{"attribute_name":"学位名","attribute_value_mlt":[{"subitem_degreename":"博士(理学)"}]},"item_6_description_4":{"attribute_name":"抄録","attribute_value_mlt":[{"subitem_description":"The northern continents have experienced severe weather and cold winters in the recent decades, and the influence of the Arctic sea ice loss on those has been extensively studied based on observational analyses and numerical simulations. In addition to tropospheric processes, recent studies have shown the important role of the stratosphere in this Arctic–midlatitude climate linkage, in which the upward propagation of planetary-scale waves, eddy–mean flow interaction, downward progression of the polar vortex anomaly, and negative phase shifts of the Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation in the troposphere, collectively referred to as the stratospheric pathway, provide a dynamical link. This thesis aims at better understanding the stratospheric responses to the sea ice loss and roles of the stratosphere on the surface Arctic–midlatitude climate linkage. Reanalysis data and results of atmospheric general circulation model experiments are examined. First, the detailed features of the upward planetary wave propagation that drives the stratospheric pathway as mean state responses to the sea ice loss are examined with a focus on the poleward eddy heat fluxes. The recent Arctic sea ice loss results in increased poleward eddy heat fluxes in the eastern and central Eurasia regions at the lower stratospheric level. A linear decomposition scheme reveals that this modulation of the heat fluxes arises from the coupling of the climatological planetary wave field with the temperature anomalies for the eastern Eurasia region and with the meridional wind anomalies for the central Eurasia region. The propagation of quasi-stationary Rossby waves results in a dynamical link between these temperature and meridional wind anomalies with the sea ice loss over the Barents–Kara Sea (BKS). The results provide a detailed three-dimensional picture of the way the recent sea ice loss in the BKS significantly modulates the stratospheric poleward eddy heat flux field and subsequently affects the stratospheric wave structure, which drive the stratosphere–troposphere coupling processes. In addition to the mean state responses discussed above, we examine characteristics of weak polar vortex (WPV) events modulated by the Arctic sea ice loss. Note that during WPV events a rapid weakening of the polar vortex occurs in a matter of the several days and this event leads to tropospheric circulation anomalies and the midlatitude cooling. Prior to the onset of the WPV events in heavy-ice years, the upward wave propagation is dominated by the wavenumber 1 component. In contrast, the WPV events occurring in the light-ice years are characterized by the stronger wavenumber 2 propagation caused by the tropospheric wavenumber 2 response to the sea ice reduction in the BKS. Those results indicate that, under present climate conditions, the Arctic sea ice loss is a possible factor modulating the wave propagation during the WPV events. Additionally, the WPV events in the light-ice years are characterized by a stronger stratosphere–troposphere coupling, followed by colder midlatitude surface conditions, particularly over Eurasia. This result suggests that the stronger vertical coupling of the WPV events modulated by the sea ice loss is the additional factor that induces the midlatitude cold anomalies. The above results indicated the role of the stratospheric pathway on the tropospheric responses to the sea ice loss, with focuses on the mean state and WPV events. In the climate system there are many factors that modulate the stratospheric polar vortex strength, and those may modulate the stratospheric pathway and the tropospheric responses to the Arctic sea ice loss. Here we focus on the influence from the quasi-biennial oscillation (QBO) of the equatorial stratospheric zonal winds. In the easterly QBO, which has a weak polar vortex background condition, a strongly positive and highly significant relation exists between sea ice and Eurasian temperature variations. By contrast, no such relation is found in the westerly QBO with a strong polar vortex background condition. The stratospheric pathway and tropospheric circulation anomalies related to sea ice variability are also seen only in the easterly QBO. Although the mechanisms of the influences of the stratospheric QBO are still unknown, this knowledge improves our understanding of the Arctic–midlatitude climate linkage. From the three research topics, this study indicates spatial characteristics of the upward planetary wave propagation that drives the stratospheric pathway, with focuses on the mean state and WPV responses to the sea ice loss. This study also shows the roles of the WPV events modulated by the sea ice loss and the stratospheric QBO influence on the Arctic–midlatitude climate linkages. Thus, this thesis presents the important stratospheric processes that contribute to the Arctic–midlatitude climate linkages.","subitem_description_type":"Abstract"},{"subitem_description":"近年、冬季の地上気温は中緯度域において低下傾向となっており、極端な寒波も増加傾向にある事が報告されている。この一因として、北極域における海氷域面積の減少と、それに伴う北極域の高温化による寄与が議論されている（北極−中緯度リンク）。対流圏における様々なプロセスが議論される中で、成層圏を介したプロセスの存在も明らかになってきた。これは、少氷によって対流圏から成層圏への惑星波の上方伝播が強まる事で極渦の弱化を引き起こし、その弱化シグナルがさらに下方に伝播する事で対流圏では負の Arctic Oscillation (AO)/North Atlantic Oscillation (NAO) 傾向となり、その結果、極からの寒気流出が強まることで中緯度域では低温傾向となる、というプロセスである。本研究では、近年の北極−中緯度リンクにおける成層圏過程の役割とプロセスの詳細について明らかにする事を目的とし、以下3つの課題に取り組んだ。その際、再解析データと大気大循環モデルを用いた数値実験の結果を解析した。第一に、近年の海氷域減少が惑星波上方伝播を強めるプロセスの詳細を調べた。その際、上方伝播の強さを表す物理量である、極向き渦熱フラックスv^*T^*（v：南北風速、T：気温、( )^*：東西平均からの差）に着目した。再解析データを用いてバレンツ・カラ海での海氷域減少に伴う偏差を調べた結果、成層圏過程を引き起こす渦熱フラックスの正偏差はユーラシアの中央部と東部に分布する事がわかった。ユーラシア中央部では気候平均場の低温域に北風偏差が分布することで、ユーラシア東部においては気候平均場の南風領域に高温偏差が分布することで、渦熱フラックスが正偏差となっていた。またそれぞれの偏差成分は、バレンツ・カラ海での海氷域減少により励起された準定常ロスビー波が、成層圏に上方伝播する事に伴って形成されていた。このプロセスは、北半球全域の海氷分布に多寡を与えた数値実験の結果においても整合的であった。以上より、少氷に伴う成層圏過程を駆動する惑星波上方伝播について、その際の大気場の3次元構造とBKSの重要性を示した。極端な惑星波の上方伝播によって発生し、数日の間に極渦が急激に減速する極渦弱化 (weak polar vortex; WPV) イベントも、下方影響を通して中緯度の気候に影響を与える事が知られている。そこで、海氷域減少がWPVイベントに及ぼす影響と、それを通して中緯度気温場に与える影響を調べた。まず、WPVイベントを引き起こす惑星波の上方伝播過程に着目した。多氷年に発生したWPVでは東西波数1成分の寄与が支配的であったのに対して、少氷年のWPVでは東西波数2成分の強まりが特徴であった。この強まりは、バレンツ・カラ海域を波源とする準定常ロスビー波が気候平均場の波数2構造を強めた事に起因していた。この結果は、多氷、少氷をそれぞれ与えた数値実験で再現されたWPVイベントを比較する事からも支持された。以上より、WPVイベント時においても、定常ロスビー波応答を通して海氷域減少の影響が有る事を示した。さらに、WPVイベント発生後の特徴に関しても調べた。少氷年WPVでは、イベント発生に伴う極渦弱化シグナルの鉛直結合が多氷年WPVに比べて強く、対流圏中緯度での東風偏差が約一ヶ月継続していた。これに伴い、中緯度陸域ではイベント発生後から数週間に渡り低温偏差が継続していた。これは、海氷域の減少が引き起こす中緯度寒冷化において、WPVイベントの変調を通したプロセスがある事を示唆する結果である。基本場、WPVイベント時における成層圏過程が、北極−中緯度リンクに寄与している事が示されたが、現実の気候システムにおいては、極渦の変動は様々な現象による影響を受ける。そこで、少氷に伴う成層圏過程と北極−中緯度リンクに対する外的要因の影響を調べた。ここでは、熱帯成層圏における東西風の準二年振動 (Quasi-Biennial Oscillation; QBO) に着目した。QBOの西風 (QBOW) 位相時は、東風位相時 (QBOE) に比べて、極渦が強い傾向にある事が知られている。再解析データを用いて、QBO位相別に海氷と大気の関係を調べた結果、少氷に伴う中緯度低温偏差はQBOE年において明瞭である一方、QBOW年では高温偏差となる事が分かった。QBOE年における低温偏差は、対流圏におけるバレンツ・カラ海からの準定常ロスビー波応答と成層圏過程に伴って形成されていた一方、このような対流圏、成層圏の循環偏差はQBOW年では見られなかった。海氷分布やQBOなど、観測された外部強制を与えて実施したヒストリカル実験においても整合的な結果が得られた。QBOによる影響メカニズムは未解明であり今後の課題であるが、本結果により、北極−中緯度リンクの発現に対する成層圏基本場の役割がはじめて示唆された。本研究では、北極–中緯度リンクにおける成層圏の役割のさらなる理解のために、上記3つの課題に取り組んだ。その結果、海氷域の減少が引き起こす惑星波上方伝播の時空間構造を、平均場とWPVイベント時について示した。また、海氷域の減少が引き起こす中緯度寒冷化にはWPVイベントの変調を通したプロセスがある事、中緯度低温応答と成層圏過程は成層圏のQBOにより変調されうる事を示した。これらは、少氷に伴う成層圏過程の新たなプロセスとして、本研究で明らかにされたものである。また、数値モデルにおいてこれらの現象の再現性が北極–中緯度リンクの再現性に影響を及ぼすという示唆を与える。一方で、北極–中緯度リンクのメカニズムについては、陸面の積雪分布や海洋を通したフィードバック、大気の内部変動による影響も含め、様々な対流圏内プロセスがこれまで提唱されてきた。しかし、これらの対流圏過程に対する成層圏過程の影響とその力学過程は十分に調べられていない。また、本研究ではQBOによる影響に着目したが、成層圏におけるオゾン分布や太陽活動11年周期変動などが、少氷に伴う成層圏過程に影響を及ぼしている事も考えられる。北極–中緯度リンクに関わるプロセスを成層圏–対流圏結合の視点で包括的に理解する事が今後の課題である。","subitem_description_type":"Abstract"}]},"item_6_description_53":{"attribute_name":"学位記番号","attribute_value_mlt":[{"subitem_description":"新大院博(理)甲第443号","subitem_description_type":"Other"}]},"item_6_dissertation_number_52":{"attribute_name":"学位授与番号","attribute_value_mlt":[{"subitem_dissertationnumber":"13101甲第4654号"}]},"item_6_full_name_3":{"attribute_name":"著者別名","attribute_value_mlt":[{"nameIdentifiers":[{"nameIdentifier":"177849","nameIdentifierScheme":"WEKO"}],"names":[{"name":"星, 一平"}]}]},"item_6_select_19":{"attribute_name":"著者版フラグ","attribute_value_mlt":[{"subitem_select_item":"ETD"}]},"item_creator":{"attribute_name":"著者","attribute_type":"creator","attribute_value_mlt":[{"creatorNames":[{"creatorName":"Hoshi, Kazuhira"}],"nameIdentifiers":[{"nameIdentifier":"177848","nameIdentifierScheme":"WEKO"}]}]},"item_files":{"attribute_name":"ファイル情報","attribute_type":"file","attribute_value_mlt":[{"accessrole":"open_date","date":[{"dateType":"Available","dateValue":"2020-07-02"}],"displaytype":"detail","filename":"r1fsk443.pdf","filesize":[{"value":"18.2 MB"}],"format":"application/pdf","licensetype":"license_note","mimetype":"application/pdf","url":{"label":"本文","url":"https://niigata-u.repo.nii.ac.jp/record/33894/files/r1fsk443.pdf"},"version_id":"0bfb6d3d-147f-47e2-bcfb-4a1d7f5e10f2"},{"accessrole":"open_date","date":[{"dateType":"Available","dateValue":"2020-07-02"}],"displaytype":"detail","filename":"r1fsk443_a.pdf","filesize":[{"value":"183.6 kB"}],"format":"application/pdf","licensetype":"license_note","mimetype":"application/pdf","url":{"label":"要旨","url":"https://niigata-u.repo.nii.ac.jp/record/33894/files/r1fsk443_a.pdf"},"version_id":"e75c7a9a-504e-4dda-9914-abe8484d32fa"}]},"item_language":{"attribute_name":"言語","attribute_value_mlt":[{"subitem_language":"eng"}]},"item_resource_type":{"attribute_name":"資源タイプ","attribute_value_mlt":[{"resourcetype":"thesis","resourceuri":"http://purl.org/coar/resource_type/c_46ec"}]},"item_title":"Atmospheric Response to Arctic Sea Ice Loss in a Stratosphere-Troposphere Coupled System","item_titles":{"attribute_name":"タイトル","attribute_value_mlt":[{"subitem_title":"Atmospheric Response to Arctic Sea Ice Loss in a Stratosphere-Troposphere Coupled System"}]},"item_type_id":"6","owner":"1","path":["455","564"],"pubdate":{"attribute_name":"公開日","attribute_value":"2020-07-02"},"publish_date":"2020-07-02","publish_status":"0","recid":"33894","relation_version_is_last":true,"title":["Atmospheric Response to Arctic Sea Ice Loss in a Stratosphere-Troposphere Coupled System"],"weko_creator_id":"1","weko_shared_id":null},"updated":"2022-12-15T04:04:07.243834+00:00"}