新しい気候変動現象の発見と 最近の異常気象

第132回海洋フォーラム 2016年 7月12 17:00－18:30
笹川平和財団ビル11階 国際会議場
新しい気候変動現象の発見と
最近の異常気象
山形 俊男
海洋研究開発機構 アプリケーションラボ
NASA作成
総務庁による
総務庁による
昨年のほぼ同時期
Number of patients of hyperthermia (heatstroke)
熱中症患者数
（mostly from NIES report）
Total Number of Deaths from 1968 to 2007: 6770
1982: 26  El Niño, 1994: 589  IOD, 2004: 449El Niño Modoki, 2007: 904 La Niña+IOD
2010: Number of serious patients 56184, Deaths 1745  La Niña+IO capacitor effect＋nIOD
Number of Deaths （死者数）
2007 ラニーニャ
Temp. & Age Dependence
（気温と年齢依存性）
( 東京都データ)
2004 エルニーニョ モドキ
1994 正のダイポール
モード
Critical age of 65
Max Temp.
Droughts and Bushfires due to IOD event in 2006
２００６年ダイポールモードによるオーストラリアやインドネシア周辺の干ばつと叢林火災
Drought in Australia due to 2006 IOD
Water and Agricultural problems
Bush Fire in southeast Asia in 2006
Health and Transportation problems
Black Saturday Bushfires in Victoria, Australia ion Feb. 7, 2009
after 3 consecutive IODs in 2006,7, and 8
Burned down area: 4500Km2 ; Death toll: 173Immediate human security problem
More frequent IOD events
expected in warmer climate
Nature Geoscience
Cai et al. (2013)
ラニーニャ
2011 タイの洪水
浸水面積600万ヘクタール
死者815人、被害額約4500億円 （史上4位）
Based on Report by AON Benfield
Super typhoon Haiyan hit the Philippines in 2013
台風ハイエン（ヨランダ） 2013年11月 死者、行方不明者 約8000名
Record-breaking disaster
due to strong winds and storm surge
強風と高潮による災害
Two major climate factors: ラニーニャ
and a positive phase of Interdecadal
Pacific Oscillation
数十年スケールの太平洋振動
2004 年猛暑、台風災害（エルニーニョモドキ）
Flood
Strong Wind
平成16年台風第18号
High Tide
平成16年台風16号 四国新聞社
平成16年台風第18号 北海道新聞社
Landslide
平成16年台風第23号 神戸新聞
Snowy Condition in Feb., 2006
at Uonuma City, Niigata Pref.
2005/６年の冬の豪雪
Heavy snowfall during the winter of 2005／2006
ラニーニャ現象（La Niña）
（気象庁資料による）
日本の農作物被害
1993年の厳しい冷夏
(

エルニーニョ現象と
負のダイポールモード現象
不稔籾
Australia Wheat Production
オーストラリアの小麦収量
（based on ABS and US Dept. of Agriculture）
All major drops are related to p Indian Ocean Dipole and El Niño events.
正のダイポールモードとエルニーニョは著しい減収をもたらす。
異常な季節をもたらす
熱帯、亜熱帯起源の気候変動現象
エルニーニョ、ラニーニャ
正（負）ダイポールモード(1999年)
亜熱帯ダイポールモード(2001年)
エルニーニョ、ラニーニャモドキ (2007年）
ニンガルー・ニーニョ（ニーニャ） (2013年)
カリフォルニア・ニーニョ（ニーニャ）(2014年)
ダカール・ニーニョ（ニーニャ）(2015年）
準備 １
温められた空気塊は軽く、冷やされた空気塊は重い。
従って暖かい空気塊と冷たい空気塊の境界には流体圧の差が
生じる。
これを流体力学では圧力傾度力が生じるという。 最初に定式化し
たのはハレーで１６８８年（ニュートンのプリンキピア発刊の１年後！）。
西アフリカの巨大な海陸風（モンスーン）の存在を説明。
準備 ２
コリオリの力
一日以上要する現象では、自転する地球上の流体は、北半球
（南半球）では流体圧の高いところを右（左）側に見て流れる。
赤道付近では地球の自転効果は弱く、私達の身近な世界のよう
に流体は流体圧の高いところから低いところに流れる。
準備３
エクマン輸送
流体はすべて粘い。 空気の流れ（風）は表層の海水を引きずる。引きずられた海
水は更にその下の海水を引きずる。そして、さらにその下の海水を・・・・。 平均し
て一日より長い期間、風が吹き続ければ、コリオリの力のため作られる流れは、弱
まりながらも深さ方向にどんどん右側の方向に向きを変えていく。 深さ方向に積
算すると、北（南）半球では風を背にして右（左）手方向に海水が吹き寄せられる。
北からの沿岸風
カリフォルニア沿岸
東西断面
貿易風（偏東風）
赤道
正味のエクマン輸送
大気の子午面循環
準備 ４
低緯度で加熱され上昇する部分を補うように下層の気塊は赤道の
方向へ。これは角運動量を保存するために西に曲がらざるをえない。
自転する地球に乗った人から見ると北半球で中緯度から赤道に向
かう流体の塊はコリオリ力で右（西）に曲がると言っても良い。
ハドレー（１７３５年）は地球流体運動における自転の重要性
に気づく。 コリオリよりちょうど１００年早い。
自転無し
自転有り
エルニーニョ現象、ラニーニャ現象
El Niño/La Niña in the tropical Pacific
太平洋熱帯域に出現する
気候変動モードの代表的なもの
7月
海
面
水
温
分
布
1月
1997/98 El Niño (Sea Surface Temperature Anomaly)
1997/98年のエルニーニョ（NOAA衛星による海面水温の変動）
Klaus Wyrtki 1925-2013
南方振動
Gilbert Walker
1868-1958
（海面気圧の巨大な東西振動）
Correlation between SSTA in the eastern Pacific
and global sea level pressure anomaly
空の南方振動と海のエルニーニョは
一つの大気海洋結合現象
Jacob Bjerknes 1897-1975

南方振動

ペルー沖の
海面水温
エルニーニョ現象のエッセンス
Philander, Yamagata and Pacanowski, 1984; Yamagata 1985;
Hirst, 1986; Cane and Zebiak 1985
積
雲
熱帯対流圏
上昇流
熱帯海洋
暖水が収束
From Yamagata’s lecture at Royal Society of London in 1986
エルニーニョと南方振動（ENSO)の模式図
Schematic picture of ENSO
エルニーニョ現象の世界各地への影響（夏）
Global impact of El Niño
（Blue：cold area；Orange：warm area）
(Shaded：dry area；Cloud：wet area）
最近のエルニーニョ/ラニーニャ
1990年代は日付変更線あたりが暖まり、
西太平洋とペルー沖はむしろ冷えるエルニーニョモドキ。
2000年代は、むしろその逆に日付変更線あたりが冷えて、
西太平洋やペルー沖の水温は暖かいラニーニャモドキ。
(Ashok et al. 2007；Ashok and Yamagata 2009; Weng et al. 2007,2009)
エルニーニョ・モドキとエルニーニョの大気の対流圏の様相の違い
Atmospheric Conditions for El Niño and Modoki
Anomalous Walker Circulation (10S -10N)
between 90E and 60W based on partial regression for EMI and Niño3.
The regressed specific humidity is shaded. The contours are for regressed velocity potential (unit: 10 5 m2s-1).
El Niño Modoki, La Niña Modoki
Schematic pictures
Ashok and Yamagata
Nature 2009
中央部から東太平洋の海面水温変動は
数カ月後に世界の平均気温に影響する
エルニーニョは熱帯に溜まった熱を大気に吐き出す仕組みでもある
Pan and Oort (MWR, 1983)
Kosaka and Xie (Nature 2013)
Ending of the interdecadal hiatus of the global warming ?
1998年から続いていた地球温暖化の停滞は終焉か？
Interdercadal Pacific Oscillation vs. Global warming
More extreme events expected by acceleration of Global Warming
(Kosaka and Xie, Nature 2013)
Black：Observed global temperature
Purple：Only increasing greenhouse gases considered
Red：Observed tropical Pacific SST inserted
インド洋のダイポールモード、その発見に至る歴史
The Yoshida-Wyrtki Jet
吉田・ウイルツキ ジェット
In 1959, Kozo Yoshida discussed the equatorial trapped jet
theoretically by use of an analogy to the coastal jet in 1959.
吉田耕造教授が沿岸流とのアナロジーから赤道に補足される流れ
の理論を構築
In 1973, Klaus Wyrtki discovered the jet during the monsoon breaks in
the Indian Ocean.
クラウス・ウイルツキ教授がモンスーン休止期のインド洋に東向赤
道流を発見
In 1974, Jim O’Brien and Harley Hurlburt simulated the phenomenon
by use of a shallow water ocean model.
ジム・オブライエン教授らが数値モデルで再現
記録的な猛暑の1994年、その秋にインド洋赤道
域では吉田・ウイルツキ ジェットが未発達
The Yoshida-Wyrtki Jet was unusually absent
during the fall in 1994, which led us to
introduction of the Indian Ocean Dipole Mode.
1. Vinayachandran, P. N., H. H. Saji, and T. Yamagata, 1999 : Response of the
Equatorial Indian Ocean to an Unusual Wind Event during 1994. Geophys. Res. Lett.,
26 (11), 1613-1616.
2. Behera, S. K., R. Krishnan, and T. Yamagata, 1999 : Unusual Ocean-Atmosphere
Conditions in the Tropical Indian Ocean during 1994. Geophys. Res. Lett., 26 (19),
3001-3004.
3. Saji, N. H., B. N. Goswami, P. N. Vinayachandran, and T. Yamagata, 1999 : A
Dipole Mode in the Tropical Indian Ocean. Nature, 401, 360-363.
IODの成長から減衰まで
Evolution of Indian Ocean Dipole
(Saji et al. Nature 1999)
インド洋のダイポールモード現象は大気海洋結合現象
IOD: Ocean-Atmosphere Coupled Evolution
East-west SST contrast
Easterly
ダイポールモード現象に対応する大気圧の東西振動
Atmospheric Pressure Oscillation of IOD
Behera and Yamagata JMSJ 2003
Journal of Meteorological Society of Japan
インド洋のダイポールモード現象の模式図
Schematic picture of Indian Ocean Dipole
正のダイポール
Positive IOD
ダイポールモード現象の世界各地への影響（夏）
Global impact of Indian Ocean Dipole (boreal summer)
（Blue：cold area；Orange：warm area）
(Shaded：dry area；Cloud：wet area）
2006年のダイポールモード現象の影響
Impacts of 2006 IOD
Rainfall Anomalies Sep-Nov 2006 Corresponding SST Anomalies
More than 1 million people
in Kenya, Somalia and
neighboring countries were
affected by the flooding.
ケニアの洪水
Severe drought devastated
farmers in eastern Australia
with the estimated loss of 8
billion AUD.
オーストラリアの干ばつ
Forest fires in Borneo
and Sumatra
ボルネオやスマトラの森
林火災
沿岸の力学と赤道の力学の相似性
Similarity between
Coastal Dynamics and Equatorial Dynamics
After Kozo Yoshida (1959)
（故）吉田耕造 東大教授
ニンガルーニーニョ/ニーニャの発見
Discovery of Ninagaloo Niño/Niña
(Ming et al. 2013; Kataoka et al.2013; Tozuka et al. 2013)
ニンガルーニーニョ指標の導入
Ningaloo Niño captured by EOF analysis
・36-14°S, 100-120°E
・52.0％
Ningaloo Niño index (NNI) using the boxaveraged SST anomalies (28-22°S, 108116°E).
（Correlation with PC of EOF1 : 0.87）
ニンガルーニーニョ、ニーニャ年の定義
Ningaloo Niño/Niña year
Peak in Dec.-Feb.
→Define a Ningaloo Niño year as the year when the DJFaveraged NNI exceeds one standard deviation.
海面水温、海と陸の気圧差、沿岸風、エクマン輸送の協奏による
正のフィードバック
９５％
confidence level
カリフォルニアニーニョ/ニーニャの発見
New Introduction of Californina Niño/Niña
(Yuan and Yamagata 2014 Scientific Reports)
By
Josel D’Aleo
Lead-lag CC between JAS CA and ASW, UWI, Nino3 and CA
沿岸域の大気海洋相互作用としての
カリフォルニア ニーニョ/ニーニャ
The coastal Bjerknes feedback plays the dominant role on
generating CA in boreal summer
Composite JFMA SST Anomalies
after El Niño (1982-2011)
California Niño/Niña
Dakar Niño/Niña ?
Dakar Niño/Niña in the North Atlantic
Peak in spring in relation to meridional migration of the ITCZ
Oettli et al. 2015 (Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ)
月ごとの海面水温と沿岸風の標準偏差の関係
気候変動現象の予測
大気海洋大循環モデルを用いた気候変動予測システム
（Ocean-atmosphere coupled GCM: SINTEX-F）
ATMOSPHERE: ECHAM4
OCEAN: OPA8.2 ORCAR2 Grid
T106 L19 5
T106L19
20X1.50 Eq-0.5 Level 31
No flux adjustment
Every 2 hrs
2.2
North Pole is
replaced by two
land points
Earth Simulator
大気海洋結合モデル(SINTEX-F1)で世界で初めて再現さ
れたエルニーニョとダイポールモード（水温）
1997/98年のエルニーニョ
（海面高度偏差）
First Successful Prediction of 2006 IOD in Nov. 2005
2006年のダイポールの予測に成功
Luo et al. (J. Climate, 2007)
(90º-110ºE, 10ºS-0º)
IOD forecasts from
Nov.2005 to Jun. 2006
(18-member)
Pasture of Jon Welsh in NSW, Au
in 2005
Boreal fall (Austral spring) in 2006
2007 IOD / La Niña
The Weekly Times
of Australia
24 Oct. 2007
Many newspapers in Japan
24-27 Oct. 2007
Early warning of abnormal seasons is now almost available!
気候要素（気温、水温、降雨）の早期予測が実験的に可能に
http://www.jamstec.go.jp/frcgc/research/d1/iod/e/seasonal/outlook.html
Surface Air Temperature Anomaly
Lead time
3 months
３ヶ月後
6 months
６ヶ月後
9 months
９ヶ月後
地上、海上気温異常
Precipitation Anomaly
降水量異常
今年の夏から冬の予測
6月に予測した今年の夏
インド洋に
負のダイポールモードが発生
太平洋には
弱いラニーニャが発生
日本は高温だが雨も多い
現況：予測通りインド洋に負のダイポールモード、
太平洋にラニーニャ（モドキ？）が成長中
ENSOとIODの組合せ、それぞれの強度、成長段階が夏を決める。
この夏は弱いラニーニャと負のダイポールの組み合わせ。猛暑の2010年、2013年に似てい
る。
1997: El Niño + pIOD; 1998: La Niña+nIOD; 2010: La Niña+nIOD; 2013: La Niña+nIOD;2015: El Niño+ pIOD；
2016：La Niña+nIOD
日本に夏をもたらす二つの気候学的要素
＊Pacific -Japan (太平洋-日本）パターン
フィリッピン周辺の積雲活動による小笠原高気圧の形成、これは対流
圏下層の高気圧で日本に夏をもたらす基本形。
Nitta JMSJ 1987
Kosaka and Nakamura QJRMS 2006
＊シルクロード・パターン
アジアン・ジェットの作る導波管に沿って西方から伝播するロスビー
波が日本付近で収束し、対流圏上層に中心を持つ丈の高い(等価順
圧）高気圧を生む。鯨の尾形気圧配置の尾の部分。これに覆われる
と猛暑になる。熱帯インド洋東部から西太平洋熱帯域の積雲活動に
ある。 負のダイポールモードによるテレコネクション研究はまだない。
Guan and Yamagata GRL 2003 （正のダイポールモードに対して）
Enomoto et al. QJRMS 2003 （シルクロードパターンの命名）
ダイポールモードが遠隔地に影響するメカニズム
シルクロードパターンとPJパターンの強化
１９９４年の正のダイポールモードのケース
(Guan and Yamagata, Geophysical Research Letters 2003)
Equivalent Barotropic Structure
(等価順圧構造）
(Upper)
JJA mean zonal
disturbances of
geopotential height
averaged over [35N45N] for 1994
(Middle)
Multi-year mean
(Lower)
Anomalies (1994-Clim).
(Contour
intervals
15gpm)
are
JMA解析 200hPa面における流線関数と偏差
（今年の６月）
6月に予測した今年の秋
ダイポールモードは最盛期に
弱いラニーニャはモドキタイプに
6月に予測した今年の冬
ダイポールモードは消滅へ
弱いながらもラニーニャ・モドキは
最盛期へ
日本は暖冬傾向に
持続可能な社会をめざして
(for Future We Want)
気候予測システム(地球観測,、現象解明 、モデリング)
予測実験と予測応用プログラム
予測情報の早期伝達と社会、産業界における活用
Agriculture
Safety
Human health
Water resources
かけがえのない地球に良き生の実現を
Production
季節予測の豊かな可能性にも関わらず・・・
気候変化の下で進化を始めた海洋起源の気候変動
現象。その結果として起きる季節の異常と極端現象
が社会、産業活動に大きな影響を与え始めた。
その影響緩和、適応には大気・海洋大循環モデル、地
球観測を統合した季節予測システムの高度化、実用化
が不可欠である。 これは100年後の問題ではなく差し
迫った問題である。しかし、気候変化（Climate Change)
と気候変動（Climate Variability)の概念の混同が対策を
著しく遅らせている。