[itbase2019]Fortran 課題 問題

下にあるデータを用いて下に説明する計算を行うプログラムを作り, gnuplot を使ってグラフを描きなさい. 作成したプログラムとグラフを提出すること. 計算して得られた相関係数はメール本文に記載しなさい.

1. 南方振動指数 (Southern Oscillation Index, SOI) を計算する プログラムを作りなさい. そして gnuplot を使って, 得られた南 方振動指数の時間変化を表すグラフを描きなさい. ただし, グラフには熱帯太平洋のエルニーニョ監視海域二か所 (NINO3 および NINO3.4) の海面水温の時間変化を重ね描きし, 対 象領域の海面水温と南方振動指数との関係が分かるようにすること. なお, 図の横軸, 縦軸の範囲は自分が見やすいように設定してよい.
2. 1 で計算して得られた南方振動指数と, NINO3 および NINO3.4 の 海面水温それぞれとの相関係数を計算するプログラムを作り, それ らの相関係数を答えなさい. ただし, 相関係数は 1982 年 1 月から 2018 年 12 月までの南方 振動指数と海面水温を用いて計算すること.

「南方振動指数」「エルニーニョ監視海域 (NINO3, NINO3.4)」については下の補足を参照すること.

南方振動指数の計算

南方振動指数 (Southern Oscillation Index, SOI) は, タヒチと ダーウィンにおける気圧の差を表すものです. ただし, 実際には単なる二地点の気圧の差ではなく, 二地点の平均 気圧の差およびそれに伴う変動の大きさの差を, 標準偏差を用いて 無次元化します. 実際には下のように計算されます.

<URL:https://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2019/kadai1/eq_soi.bmp>

データ

• ダーウィンの海面気圧
  • データは 1, 2, 3 カラム目がそれぞれ年, 月, 海面気圧 (hPa) です.
• タヒチの海面気圧
  • データは 1, 2, 3 カラム目がそれぞれ年, 月, 海面気圧 (hPa) です.
• エルニーニョ監視海域 (NINO3, NINO3.4) における海面水温
  • データは 1, 2, 3, 4 カラム目がそれぞれ年, 月, NINO3 海面水温(℃), NINO3.4 海面水温 (℃) です.
  • 海面水温のデータの範囲 (年, 月) が, 海面気圧のデータの範囲とは異なることに注意すること.

結果の例

• グラフの例 1
• グラフの例 2

注意: ただし, このグラフは正しい結果ではありません.

グラフの書式 (線の色, 棒グラフにするかどうか, 右側の縦軸を使うかどうかなど) は上の図に倣う必要はありません. 各自が見やすいと思うグラフを作成してください.

なお, 「南方振動指数」のキーワードを使って検索すると, 「グラフの例 2」のように正負で色の異なる棒グラフをたくさん見つける ことができるでしょう. このようなグラフは, 三項演算子を用いた条件分岐 の方法を用いることで描くことができます.

南方振動指数

南方振動指数は, 南方振動の強さを表すために考案された指数です.

南方振動

南方振動とは, 熱帯太平洋の振動現象であり, エルニーニョ・ラニーニャと関係しています.

エルニーニョとラニーニャは, それぞれ熱帯中央・東太平洋における海水が 高温および低温となる現象として知られています. このエルニーニョとラニーニャを含む熱帯海水温の変化は, ウォーカー循環などの 熱帯大気の循環構造の変化, そして気圧分布の変化を伴い, 大気は「シーソー」のように振動しています. この振動を南方振動と呼びます. これに基づき, 南方振動指数は, タヒチ (Tahiti, 149.6°E, 17.5°S) とダーウィン (Darwin, 130.9°E, 12.4°S) における海面(更生)気圧を用いて計算されます.

• ENSO 補足スライド

海面(更生)気圧

地上観測点で測定される気圧は観測点の標高に依存します. 高気圧・低気圧のような大気の変動に伴う気圧変化を異なる地点で比較するためには, 各観測点の気圧を同じ標高の値に補正する必要があります. 気圧を海面高度の値に補正したものを海面(更生)気圧 (Sea Level Pressure, SLP) と呼びます.

エルニーニョ監視海域 (NINO3, NINO3.4)

熱帯太平洋の大気海洋変動を表すために, 海面水温 (Sea Surface Temperature, SST) を用いた指数がいくつか考案されています. それらの指数の中で, 特にエルニーニョを監視, 予測することを目的として 使用されているのが NINO3 海域 (5S-5N, 150W-90W の範囲) および NINO3.4 海域 (5S-5N, 170W-120W) の海水温に基づく指数です (正しくは, NINO の N にはチルダが付きます).