6.4 運動量輸送の効果の構造について

5.1節において、固有モードによる運動量輸送の構造(図23)が実際の平均流加速の構造とは逆向きであることが分かった。ここでは、運動量輸送の構造について考察する。

Hathaway & Somerville(1987)[2]の平均流加速メカニズムの模式図(図43(左))では、水平流速がコリオリ力によってロールの軸にほぼ平行に曲げられ、運動量輸送がジェットの中心に集中する構造をしている。しかし、本研究の図37や図38を見ると、確かに水平流速はコリオリ力によって曲げられているが、ロールの軸に対しておよそ40$^{\circ}$〜50$^{\circ}$の角度を残している。この様子を図43(右)に模式的に表した。この図のように、実際には運動量は$x<0$の領域から$x>0$の領域へと輸送され、その結果、$x<0$側で減速、$x>0$側で加速される。図44は運動量輸送による平均流加速($\protect{-\partial /\partial x\overline{(u'v')}}$ : 式(16)の鉛直平均前の量)の$x$-$z$分布である。ロールの軸の傾きに併せて加速・減速域も傾いているが、鉛直平均するとやはり$x<0$側で減速、$x>0$側で加速という図23の分布になる。

コリオリ力による水平流速の曲げの角度は$Ta$に依存するが、鉛直平均すると加速の構造に大きな違いは見られない。

図43: 運動量輸送の模式図。黒線: 上面での上昇域(または下面での下降域; どちらも
吹き出し)の中心線、赤矢印: 水平流速ベクトル${(u,v)}$、青矢印: 運動量フラックス。
(左): Hathaway & Somerville(1987)、(右): 本研究。

図44: 運動量輸送の効果による平均流加速の${x}$-${z}$分布(赤: 加速、青: 減速)。
この分布の鉛直平均が図23と対応。(上): ${Ta=10^5}$、(下): ${Ta=3\times 10^4}$