2024-03-15 九州大学
ポイント
- テレコネクションパターンは同じ地域で繰り返し現れる大洋スケールの大気循環変動パターンで、偏西風の蛇行や強化をもたらすことから、その地域での異常天候の発現と密接に関係しています。エルニーニョ現象などの熱帯海洋の変動がテレコネクションパターンの形成や持続に影響を与えることが知られていましたが、中高緯度海洋の役割は未解明でした。
- 本研究では、中高緯度海洋の影響を検出するために大規模な数値シミュレーションを実施し、中高緯度域における大気と海洋の双方向作用がテレコネクションパターンの変動（すなわち偏西風の蛇行や強化の振れ幅）を強化していることを発見し、その仕組みを解明しました。
- 本研究の成果は、1か月予報などの長期予報の精度向上や、将来の気候変動予測の不確実性低減に繋がることが期待されます。
概要
暖冬や寒冬などの季節スケールの異常天候は偏西風の蛇行によって生じることが多く、偏西風の蛇行をもたらすテレコネクションパターン（※1）の形成・持続メカニズムを理解することは、異常天候の予測や防災の観点からも重要です。エルニーニョ現象（※2）に代表される熱帯海洋の海面水温変動がテレコネクションパターンの形成や持続に大きな影響を与えることが知られています。一方で、テレコネクションパターンは主に風の強弱を通して中高緯度海洋の海面水温を変化させますが、その水温の変化が上空の偏西風の蛇行にどのような影響を与えるのかこれまで明らかではありませんでした。
九州大学応用力学研究所の森正人 助教、時長宏樹 教授、東京大学先端科学技術研究センターの小坂優 准教授、中村尚 教授、富山大学学術研究部都市デザイン学系の田口文明 教授および海洋研究開発機構の建部洋晶 グループリーダーらの研究グループは、最新の大気海洋結合モデル（※4）ならびに大気モデル（※5）を用いて4,100年分にも及ぶ大規模な全球気候の数値シミュレーション実験を実施し、中高緯度域の大気と海洋が連動して双方向に影響を及ぼし合うこと（大気海洋結合と呼ぶ）が、北半球冬季（12-2月）の主要なテレコネクションパターンの変動を選択的に増幅していることを明らかにしました。具体的には、太平洋・北米パターン、北大西洋振動、北極暖気・中緯度寒気パターンそれぞれの変動のうち約13%、11%、10%が大気海洋結合によって説明されることがわかりました。
本研究成果は、大気海洋結合の影響が考慮されていない1か月予報などの長期予報の精度向上や、将来の気候変動予測の不確実性低減に繋がることが期待されます。
本研究成果は、Nature Publishing Groupの国際科学誌「Communications Earth & Environment」に2024年3月15日（金）午後7時（日本時間）に掲載されました。
図１. シミュレーションより得られた北半球冬季に卓越するテレコネクションパターン：a) 太平洋・北米パターン、b) 北大西洋振動、c) 北極暖気・中緯度寒気パターン。実線は500hPa高度場が高気圧偏差、点線は低気圧偏差であることを表す。色は850hPaにおける気温偏差
用語解説
(※1) テレコネクションパターン
“テレコネクション（遠隔相関、遠隔結合）”とは何千キロ、何万キロも離れた別々の場所で観測された気圧などの気象データが、互いに相関をもって変動する現象のことです。ある基準地点とその他の多くの地点との間の相関係数（連動度合い）を地図上にプロットすると特徴的なパターンが得られ、テレコネクションパターンと呼ばれます（図2）。地域毎に現れ易いパターンが存在し、それぞれ名前が付けられています。図2はPacific/North American (PNA) pattern（太平洋・北米パターン）に対応します。
図2. 冬平均の500hPa高度場偏差の一点相関図：基準地点をAとし、地点Aにおける高度場偏差の年々変動と、その他の地点の変動との相関係数をプロットしたもの。例えば地点Aと地点Bの相関係数は-0.53で、地点Aが高気圧偏差である冬には地点Bの気圧は低気圧偏差に、逆に地点Aが低気圧偏差である冬には地点Bは高気圧偏差といったように、遠く離れた地点の気圧がシーソーのように連動する傾向があることを表している。
(※2) エルニーニョ現象
エルニーニョ現象とは、太平洋赤道域の中部から南米沿岸にかけて、海面水温が平年よりも高い状態が数か月以上続く現象です。テレコネクションパターンを強制することで、遠く離れた中緯度域へ遠隔的に影響を及ぼします。
(※3) 大気の内部変動
この研究では、大気の自然の変動のうち、大気の外部要因（太陽活動や火山噴火、海面水温や海氷の状態など）によらない現象を内部変動と呼びます。偏西風の蛇行や移動性の高低気圧などの気象擾乱がこれにあたります。
(※4) 大気海洋結合モデル
大気海洋結合モデルとは、大気と海洋の流れや温度などをシミュレーションするための数値プログラムのことです。気候モデルとも呼ばれ、地球温暖化予測に用いられています。本研究では、東京大学大気海洋研究所、国立環境研究所、海洋研究開発機構で共同開発されている最新の全球気候モデル「MIROC6」を用いました。
(※5) 大気モデル（大気大循環モデル）
大気モデルとは、大気の流れや温度などをシミュレーションするための数値プログラムのことです。海洋の水温や流れは計算しないため、海面水温と海氷のデータを外から入力する必要があります。本研究では、「MIROC6」の大気に関する部分を用い、結合モデルで計算された海面水温と海氷のデータが入力されました。
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論文情報
掲載誌：Communications Earth & Environment
タイトル：Northern Hemisphere winter atmospheric teleconnections are intensified by extratropical ocean-atmosphere coupling
著者名：Masato Mori, Yu Kosaka, Bunmei Taguchi, Hiroki Tokinaga, Hiroaki Tatebe, and Hisashi Nakamura
DOI：10.1038/s43247-024-01282-1
研究に関するお問い合わせ先
応用力学研究所 森 正人 助教
