Westerly wind bursts (WWBs) are synoptic-scale disturbances over the equatorial tropics represented by strong local westerly winds at the surface which last more than a few days. Since strong surface westerly winds can influence on the ocean through directly exciting oceanic Kelvin waves, WWBs have been indicated to play an important role for the development or maintenance of the EI Nino events. However, the mechanism of the generation process ofWWBs is still debatable because of its complicated interaction with larger-scale phenomena, such as EI Nino-Southern Oscillation (ENSO), the Madden-Julian Oscillation (MJO), and mid-latitude forcing. The purpose of this study is to elucidate multi-scale interaction among WWBs, ENSO. the MJO, and mid-latitude forcing in the generation process ofWWBs.

First, the statistical features ofWWBs and their relations to ENSO, the MJO, and mid-latitude forcing are examined. Then, the energetics in the generation stage of WWBs especially with respect to the variation ofMJO and ENSO phases is investigated using long-term reanalysis data (ERA-40) for the period of January 1979-August 2002.

Statistical analysis shows that WWBs are detected over the Indian Ocean and the Pacific Ocean, but not over the Atlantic Ocean. WWB occurrences both over the Pacific and Indian Ocean are lag-correlated with the SST anomaly over the EI Nino watch region defined by Japan Meteorological Agency (JMA). Lags of the significant correlations are found in sequence from the Pacific to the Indian Ocean. These results suggest that WWB occurrences are not random, but interrelated with ENSO, i.e. a specific phase of ENSO prepares the preferable environment for WWB occurrences, then WWBs can accelerate the EI Nino development as mentioned in previous studies, in turn.

It is revealed by composite analysis that most of WWBs are associated with slowdowns of eastward-propagating convective regions, so-called MJO, with intensifications of the Rossby wave response. While an individual WWB is associated with MJO convection, seasonal and interannual variations of the MJO amplitude are not correlated with those of the WWB frequency. Moreover, it is shown that the MJO events with strong amplitude tend to bear WWBs, but not always. This result suggests that the strong MJO amplitude is a necessary condition but not a sufficient condition. Considering the significant lag-correlations between the WWB frequency and ENSO, it is suggested that ENSO controls the preferable environment for a structure transformation of MJO to bear WWBs. About the preferable environment, the warm pools are located around the WWB occurrence longitudes in the three Pacific regions. A preferable environment common in the Pacific and Indian Ocean regions is the existence of background westerlies with periods longer than the intraseasonal variation around the WWB center near the equator. It is also shown that the surges from mid-latitudes are not the necessary condition for the WWB occurrences.

Whereas the MJO has been recognized as a planetary scale disturbance, the MJO convection has a internal structure that consists of synoptic-scale disturbances (Nakazawa 1988). On the、other hand, WWBs have synoptic scales. Therefore, we next focus on the development of synoptic-scale disturbances in the generation of WWBs in association with the MJO.

In the WWB occurrences, barotropic structures of equatorial eddy westerlies and eddy cyclonic disturbances with time scales shorter than the intraseasonal variation are found from the surface to the upper troposphere. In order to investigate the energy source of such deep disturbances in the WWB occurrences, the eddy kinetic energy budget is examined.

Composite analysis is performed for the westerly phase of the strongest 50 MJO events classified into 2 groups based on the lag-correlation with the ENSO index. Over the western/central Pacific, high EKE distribution is limited over the northwestern Pacific in the Huncorrelated periods " while it shifts equatorward and eastward in the "correlated periods". The areas of large EKE both over the Pacific and Indian Ocean regions in the correlated periods lie near the equator and correspond well with the locations of frequent WWB occurrences. The barotropic energy conversion from low-frequency kinetic energy to EKE contributes to the EKE increase in the lower and mid troposphere. The existence of environmental (low-frequency) westerlies near the equator in the correlated periods results in strong zonal convergence and meridional shear of environmental zonal winds and links to the strong barotropic energy conversion. The active eddy convection also contribute to the EKE increase in the upper troposphere through the conversion from eddy available potential energy to EKE. It is concluded that environmental winds and SST variations due to ENSO contribute to the EKE increase near the equator and are important factors in WWB occurrences in addition to the westerly phases of the MJO.

The coincident distributions between the eddy enstrophy and EKE suggest that eddy activity of rotational disturbances contribute dominantly to the EKE increase in the correlated periods. Noteworthy common feature in the correlated periods is that the region of enhancement of the eddy cyclonic disturbances through the stretching effect coincides with that of large-scale MJO convection in the vicinity. It is suggested that the enhanced equatorial synoptic disturbances are internal disturbances embedded in the MJO convection.

To summarize, it is suggested by statistical analysis that ENSO controls the preferable environment for the development of MJO convection and cyclonic circulations to bear WWBs. After the results of the energetics, it is considered that this enhancement of the MJO Rossby wave response is a manifestation of the intensification of internal synoptic-scale disturbances within the MJO through the nonlinear interaction between synoptic and large-scale convection. This coincident enhancement of different scale disturbances occurs only if the environmental condition is preferable in association with ENSO.

赤道海洋上において強い西風が数日以上にわたって持続する現象は、「西風バースト」と呼ばれ、赤道を挟んだ双子低気圧（台風）との関連や、海洋表層の波動を励起することによって数年に一度起こるエルニーニョ−南方振動（ＥＮＳＯ）現象発現の引き金として働くのではないか、あるいは、マッデン−ジュリアン振動（ＭＪＯ）と呼ばれる30−40日をかけて赤道を一周するより大規模な大気現象に関連して起こっているのではないか等、熱帯大気の時空間的にスケールの異なる現象との関連でも注目を集めている。西風バーストについては、これまでにケーススタディ等の研究はあるが、現象の実態とそのメカニズムの理解には至っていない。本研究は、長期間の観測データをもとに、西風バースト現象の統計的、力学的様相について異なる階層の現象との相互作用に焦点を当てて解析を行ったものである。

第1章では、西風バースト現象についてのこれまでの研究がレビューされ、この現象が一般にＭＪＯの西風位相に伴って起こることが多いとされており、ＥＮＳＯの引き金としての役割が指摘されていること、しかしながら、全経度帯にわたる長期間の統計はなく、ＭＪＯ振幅とＥＮＳＯの間にも有意な相関はないことなどが指摘される。

第2章では、ヨーロッパ中期予報センターの再解析データにもとづき、近年23年あまりの全経度帯での西風バースト発現の様相が統計的に解析される。西風バーストは、赤道をはさむ緯度5°で平均された長期間の気候学的平均からの偏差風が東西1100ｋｍ以上の範囲で、2日以上にわたって5ｍ/secを越えたときと定義された。すなわち、西風バーストはいわゆる総観規模の現象と定義される。西風バーストは、インド洋、西部−中部太平洋、および、東太平洋の3地域で頻繁に発現することがわかった。

さらに、西風バーストの発現頻度は、エルニーニョ現象に伴う海面水温偏差と密接な関連を持つことが初めて明らかになった。すなわち、エルニーニョ発生におよそ9か月先立って西太平洋での西風バーストの頻度が増加し、その後エルニーニョに伴う高海面水温偏差が東へ拡大するにつれて西風バーストの発現場所も東へ移動する。エルニーニョのピークの後約11か月後にはインド洋での西風バースト頻度が極大になる。

西風バースト発生前後の総観的な状況を細かく解析すると、東進してきたＭＪＯの西風偏差かつ対流活発域が西風バーストの発生経度付近で減速、停滞し、バーストの発生に至っている様子が明らかになった。西風バースト発生時の合成図では赤道を挟んで南北に双子低気圧的様相が見える。

また、過去いくつかの研究では、おもに冬季中緯度から熱帯への寒気吹き出しが西風バースト発現の引き金となっていたケースがあると報告されている。長期間データの合成図解析により、本研究では、このような中緯度からの影響の見られないケースも多く、中緯度強制は、西風バーストの必要条件ではないと結論される。

さらに、ＭＪＯの振幅と西風バースト発現の相関関係について吟味が行われ、過去の研究同様単純な相関関係は見られないが、ＭＪＯ振幅が大きいほどバースト発現の頻度も高くなる傾向が見出された。

第3章においては、西風バーストの発生に対するＭＪＯやＥＮＳＯなどより大規模、長周期の場の影響に焦点が当てられる。前章の結果にもとづき、大きな振幅のＭＪＯイベントをＥＮＳＯ時とそうでない時期にグループ分けして、西風バーストを含む総観規模擾乱の運動エネルギー収支解析が行われた。その結果によると、ＥＮＳＯ時の大規模場は、赤道上で東西風収束があること、および、赤道に西風が集中することによる西風の南北方向のシアが強くなっていることの2点により、総観規模擾乱への順圧的なエネルギー変換が可能になっていることがわかった。また、渦度収支の解析により、総観規模の対流に伴う渦管の伸びにより低気圧性の循環が強化されていることがわかった。

第4章では、結果のまとめと本研究の成果の意義が議論される。

以上のように、本研究は熱帯域で注目を集める西風バースト現象について、組織的な統計解析と力学解析により、バースト発生がＥＮＳＯやＭＪＯといったより大規模場に制御されていることを見出した。これまで、ＥＮＳＯの引き金として注目を集めていた西風バーストであるが、ＥＮＳＯ発現時に西風バーストが起こることは偶然ではなかったことになり、これはＥＮＳＯの予測可能性の議論にも大いに影響を与える重要な結論である。

なお、本論文第2章および第3章は、高薮　縁氏との共著論文の結果を含んでいるが、論文提出者が主体となって計算及び解析をおこなったもので、論文提出者の寄与が十分であると判断する。

よって、博士（理学）の学位を授与できると認める。