トンガの大規模噴火が引き起こした特殊な大気波動「ペケリス波」を発見―85年前に提唱されていた共鳴振動の実在を証明―

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 坂崎貴俊 理学研究科准教授、渡辺真吾 海洋研究開発機構センター長代理、中野満寿男 同研究員、Kevin Hamilton ハワイ大学名誉教授は、2022年1月15日に生じたフンガ・トンガ=フンガ・ハアパイ火山の大規模噴火(以下「トンガの大規模火山噴火」という。)が、過去85年間にわたってその存在が明らかにされることがなかった特殊な大気波動(本研究チームは「ペケリス波」と呼ぶことを提案しています:以下「ペケリス波」と表記)を引き起こしていたことを発見しました。

 このペケリス波は、1937年にペケリス博士が理論的に導き出した地球大気に固有の共鳴振動ですが、実際に存在するか否かは気象力学における長年の疑問でした。

 本研究では、トンガの大規模火山噴火から12時間程度の間に気象衛星「ひまわり8号」が観測した輝度温度データを解析し、火山から同心円状に音速程度(約315ms-1)で遠ざかるラム波と一緒に、その8割ほどの速さ(約245ms-1)で遠ざかるペケリス波を発見しました。また、高解像度全中性大気モデルで火山噴火を模した数値シミュレーションを行った結果、ラム波とペケリス波、各々の理論計算と整合した鉛直構造を持った圧力変動が、「ひまわり8号」で観測されたのと同じ速さで太平洋上を広がる様子が再現されました。さらに、「ソラテナ」気圧計アレイのデータによって、日本を横断していったラム波とペケリス波の水平構造や気圧パルスの時間変化が明瞭に捉えられ、それらがシミュレーション結果と一致することを示しました。

 本研究の成果は、気象力学における歴史的な発見という意義を持つだけでなく、ペケリス波が、海面における大気と海洋の共鳴現象による大きな海面変動「気象津波」を引き起こしていた可能性を示唆します。今後は海洋モデルと本研究のシミュレーション結果を組み合わせて、そうした可能性を調査し、沿岸防災に資する科学的知見を得る計画です。

 本研究成果は、2022年9月12日に、「Journal of the Atmospheric Sciences」に掲載されました。

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図:ひまわり8号が観測した9.6μm輝度温度の10分差を噴火後約4時間の時点でプロットしたもの(2022年1月15日08時40分〜08時30分の差、時刻は世界時)
研究者情報
メディア掲載情報

【DOI】
https://doi.org/10.1175/JAS-D-22-0078.1

【書誌情報】
Shingo Watanabe, Kevin Hamilton, Takatoshi Sakazaki, Masuo Nakano (2022). First Detection of the Pekeris Internal Global Atmospheric Resonance: Evidence from the 2022 Tonga Eruption and from Global Reanalysis Data. Journal of the Atmospheric Sciences.