見延 庄士郎（海洋気候物理学）

授業HP授業HPhttp://www.sci.hokudai.ac.jp/~minobe/AtmosOcean/

第十回のまとめ気候変動とは，月よりも長い時間での大気・海洋・陸面・雪氷などの状態が変化することで 通常の季節変動は除外雪氷などの状態が変化することで，通常の季節変動は除外して考える.地球温暖化と関係して 全球平均気温がまず議論される地球温暖化と関係して，全球平均気温がまず議論される.全球平均以外には，特に正負の符号を持つダイポール現象が注目されるが注目される.熱帯太平洋での気圧の東西シーソーを南方振動といい，その指標はタヒチとダ ウィンの気圧差で定義されるその指標はタヒチとダーウィンの気圧差で定義される.北大西洋のアゾレス高気圧とアイスランド低気圧の気圧のシ ソ を北大西洋振動というのシーソーを北大西洋振動という.アリューシャン低気圧の領域での，気圧の南北シーソーを北太平洋振動というを北太平洋振動という.

これはWalker卿によって発見された.

北大西洋と近いが，北半球全体の海面気圧のもっとも主要な変動モ ドとして定義されるのが 北極振動で 日要な変動モードとして定義されるのが，北極振動で，日本の冬の気候とも深くかかわっている．

北太平洋の気圧の第 モ ドは アリ シャン低気圧北太平洋の気圧の第一モードは，アリューシャン低気圧の全体的な強化・弱化で，これは太平洋数十年振動と密接な関係がある接な関係がある．

海洋表面水温のアニメーション(1980-2005)

季節変化に隠されて，年々の違いである 経年変動 の特徴がよく分からない．⇒どうしたらいい？

偏差（第６回再掲）偏差（第６回再掲）エルニーニョについて話を進めるために，気候変動の議論に必須の考え方である 偏差(anomal )を導の議論に必須の考え方である，偏差(anomaly)を導入しておこう．

偏差とは 観測値の季節変化（中緯度なら夏暑く偏差とは，観測値の季節変化（中緯度なら夏暑く，冬寒い）を含む通常の状態からのずれである．

そこでまず通常を 平年値（気候値 li t l )そこでまず通常を，平年値（気候値，climatology)として定義する．たとえば気象庁の月データに対する平年値は 1971 2000年の月毎平均で定義されてる平年値は，1971-2000年の月毎平均で定義されている．

したがって 偏差＝観測値 平年値（その月の）したがって 偏差＝観測値－平年値（その月の）

であり，一般に偏差は(x,y,z,t)の関数である．

海洋表面水温偏差のアニメーション(1980-2005)

生データに含まれていた経年変動がはっきり見える．経年変動が大きいのはどこ？→偏差の標準偏差を求めよう．

標準偏差標準偏差変動の大きさを表す量．

般 標準偏差は は一般にu(t)の標準偏差はsは，

N N

平均

2

1 1

1 1( ( ) ) , ( )N N

t ts u t u u u t

N N= =

= − =∑ ∑したがって，偏差の標準偏差とは，上式のu(t)を偏差f ’(x, y, t)で置き換えたもので，偏差の平均はゼロなの

1 1t tN N= =

f ( , y, )で

21( , ) '( , , ) ,N

fs x y f x y t= ∑となる．

偏差(anomaly)と標準偏差(standard deviation)は全く別も

1( , ) ( , , ) ,f

ty f y

N =∑

偏差(anomaly)と標準偏差(standard deviation)は全く別ものなので，混合しないように．

海洋表面温度偏差の標準偏差

熱帯では圧倒的に赤道太平洋で変動が大きい．

赤道太平洋の水温偏差の時間変化を時系列で見てみよう．⇒具体的にはどの領域で？

Nino領域

特にNino 3.4がよく利用されるwww srh noaa gov/mlb/enso/images/nino regions gif よく利用される．www.srh.noaa.gov/mlb/enso/images/nino-regions.gif

2009年1月6日

赤道東太平洋の海洋表面水温の平年値からのずれ(第6回再掲)

1982/83 1997/98 2002

23

1982/83 1997/98 2002

12

o34

-10

Nin

o

1950 1960 1970 1980 1990 2000-3-2N

３～６年に一度熱帯東太平洋の海洋表面水温が異常に上昇→この現象がエル・ニ ニョ

1950 1960 1970 1980 1990 2000

常に上昇→この現象がエル・ニーニョ

エル・ニーニョ（El Nino=The S )という名前の由来

エル・ニーニョとはもともとは，季節変動を示す語だった

Son)という名前の由来ル ョとはもともとは，季節変動を示す語だった

◦ ペルー沖では，栄養分に富んだ海水が，水深100m付近から表面に湧き上がっている．

◦ このため，カタクチイワシ（アンチョビー）の好漁場となっている．毎年12月のクリスマス頃には水温が上昇し それととも◦ 毎年12月のクリスマス頃には水温が上昇し，それとともにカタクチイワシもいなくなるので，漁も休みになる．

◦ この毎年生ずる水温上昇を，クリスマスに生まれたキリこの毎年生ずる水温上昇を，クリスマスに生まれたキリストになぞらえて，ただ一人の（神の）子のスペイン語であるEl Niño(英語ならThe Boyの)と呼んだ．

が 毎年 変化から ずれ ある 気候変動 もやがて，毎年の変化からのずれである，気候変動にも12月頃に（例年に比べて）異常な水温上昇が生ずることが見出され この気候変動もエル・ニーニョと呼ばれるようにされ，この気候変動もエル ニ ニョと呼ばれるようになった．

Nino3.4と海面水温との相関係数分布

大気 影響大気への影響

海洋から大気への熱供給には大きく二つがある.と 直接熱を と する 熱 あるひとつは，直接熱をやりとりする 顕熱 である.

もう一つは，海洋表面での蒸発を伴う熱のやりとりで，これを 潜熱 という．低中緯度ではこちらの方が，顕熱よりも３倍程度大きい.海洋表面で蒸発した水蒸気が，大気中で 凝結 する際に，周囲の大気を暖める.る際に，周囲の大気を暖める.凝結は，降水 と密接な関係がある.

Nino3.4と降水量との相関係数分布

エルニーニョ現象に伴う天候の特徴エルニ ニョ現象に伴う天候の特徴

エルニーニョ現象によるテレコネクションに伴い、世界各地の気温や降水量という人間活動にとって重要な気候要素が平年の状態から大きく変化します。気候要素が平年の状態から大きく変化します。

特に、日本においては、暖冬の傾向となります。クリックするとメニューに戻ります

Nino3.4と海面気圧との相関係数分布

この海面気圧の振動現象をなんというでしょう？の海面気圧の振動現象をなんと うでしょう

南方振動指数と気圧の相関係数(第10回再掲)

ダーウィンタヒチタヒチ

シーソーのように，シ ソ のように，

一方が上がれば，

他方が下がる

この熱帯太平洋の 気圧のｼ ｿ を南方振動と呼

他方が下がる

この熱帯太平洋の，気圧のｼｰｿｰを南方振動と呼ぶ．南方振動指数=タヒチとダーウィンの気圧差．

Nino34と南方振動指数振南方振動指数＝タヒチの気圧 ー ダーウィンの気圧

相 関 係 数 = 0 8 3

3

4相 関 係 数 = - 0 .8 3

Nino34-SOI

1

2

SOI

0

1

-2

-1

1950 1960 1970 1980 1990 2000-3

Year

大気と海洋が一体となって変動＝大気・海洋相互作用

Year

Nino3.4と500 hPa等圧面高度の相関 テレ・コネクション(第5回再掲)テレ･コネクション（遠隔結合）

ある場所の気候状態が離れた地点の温暖・多雨

寒冷 ある場所の気候状態が離れた地点の気候状態に影響

代表格：太平洋/北米パターン左 模式図

寒冷

左の模式図大気のロスビー波として伝播

テレ・コネクションは主に冬テレ コネクションは主に冬夏はエネルギーが熱帯から高緯度に伝播できない

東西はおおむね東向きに伝播（な東西はおおむね東向きに伝播（なぜかは今日分かる）

エルニーニョの影響は北米の方が日本よりも顕著本よりも顕著

テレ・コネクションテレ･コネクション（遠隔結

テレ コネクション太平洋/北米パターンにおける500hP 等圧面高度との相関係数テレ コネクション（遠隔結

合）◦ ある場所の気候状態が離れた地点の気候状態に影響

500hPa等圧面高度との相関係数．

の気候状態に影響

代表格：太平洋/北米パターンテレ・コネクションは主に冬テレ ネクションは主に冬季◦ 夏はエネルギーが熱帯から高緯度に伝播できないに伝播できない

東西はおおむね東向きに伝播◦ エルニーニョの影響は北米の方が日本よりも顕著日本よりも顕著

なぜ熱帯太平洋？なぜ熱帯太平洋何が熱帯太平洋を特別にしているのか？

平均的な場がどのようになっているのかを知ろう．

平均降水量とSST平均降水量とSST

平均表面温度熱帯海洋で一番暖かいのも，冷たいのも太平洋→東西の温度コントラストが高い

強い降水＝

平均降水量熱放出

熱帯太平洋の平均的な状態

暖水プ ル 冷舌暖水プール 冷舌

特徴：西で暖かく，東で冷たい⇒西向きの風

通常の状態

しかし，この通常の状態は不安定 NOAA, PMEL

赤道大気・海洋のフィードバック赤道大気 海洋のフィ ド ック

西部での通常ラ・ニーニャ エル・ニーニョ 西部での

積雲対流

通常 ラ ャ エル ニ ニョ

西部の暖水プー強化 弱化

西向きの風 西部の暖水プー

ルと東部の冷舌

このフィ ドバックを ビヤ クネス フィ ドバックと呼ぶこのフィードバックを，ビヤークネス･フィードバックと呼ぶ

1998年1月 (エル・ニーニョ）表面水温 降水量と風

2000年1月 (ラ・ニーニャ）

見延 (2008, 地球と生命の進化学）第６回再掲

1997/9897年１月

エルニーニョ

97年11月 98年3月

エルニーニョとラニ ニャ

エルニーニョエルニーニョ

とラニーニャ

通常

ラニ ニャ（ｴﾙﾆ ﾆ の反対）ラニーニャ（ｴﾙﾆｰﾆｮの反対）

どっちかに動き出すと止まらない動 す な＝通常の状態は不安定＝正のフィードバック

衛星による海色（植物プランク衛星による海色（植物プランクトン）観測

ラエル・ニーニョ ラ・ニーニャ

見延 (2008, 地球と生命の進化学）

なぜエル・ニーニョは数年毎に発生するのか？

フィードバック・ループ：積雲対流⇒西向き風⇒西部の暖水プールと東部の冷舌積雲対流⇒西向き風⇒西部の暖水プールと東部の冷舌

このフィードバック・ループだけなら，行ったきりになるになる．

大気は短い記憶しかない

海洋中に保存される情報が数年毎の発生に役立って海洋中に保存される情報が数年毎の発生に役立っているに違いない

式を使ったメカニズムの説明は次回.式を使 た 説明は次回

第11回のまとめ第 回海洋表面水温の偏差の標準偏差がもっとも大きいのは，熱帯太平洋で これは エル･ニーニョ現象による.この現象は帯太平洋で，これは エル ョ現象による.この現象は，３～６年に一度，赤道東太平洋の水温が異常に上昇する現象であり，大気の南方振動と密接な関係がある.この現象象 気 振動 接 象の影響は熱帯にとどまらず，大気のロスビー波の伝播を通じたテレ･コネクションによって，地球全体に広がる.エル･ニーニョが太平洋で生じるのは，太平洋の東西の水温コントラストが大きいためである.東西の水温差，東風である貿易風，西太平洋での降水，はお互いに強めあう働きがあり，これをビヤークネス･フィードバックという.ただ ドバ だ 数年 度生だしこのフィードバックだけでは，数年に一度生じるという特徴を説明することはできず，なんらかの海洋の記憶が重要な役割を果たしていることが予想される重要な役割を果たしていることが予想される.

復習問題(第5回)( )海洋のロスビー波は東西どちらの向きに伝搬するか？

西向き

海洋ロスビー波の速度は，低緯度と高緯度どちらが速いか？

低緯度

赤道ケルビン波は東西どちらの向きに伝搬するか？赤道ケルビン波は東西どちらの向きに伝搬するか？

東向き

沿岸ケルビン波は 大洋の西岸（太平洋のアジア大陸沿岸沿岸ケルビン波は，大洋の西岸（太平洋のアジア大陸沿岸など）では，極向き，赤道向きのどちらに伝搬するか？

赤道向き赤道向き

沿岸ケルビン波は，大洋の東岸（太平洋のアメリカ大陸沿岸など）では 極向き 赤道向きのどちらに伝搬するか？岸など）では，極向き，赤道向きのどちらに伝搬するか？

極向き

復習問題(第6回)( )赤道で大気が加熱された場合に，生じる下層の風は，

加熱域では収束か発散か？→収束

加熱域の西側では東風か，西風か？→西風

加熱域の東側では東風か，西風か？→東風

加熱域の南北では，低気圧性循環か高気圧性循環か？→低気圧性循環

復習問題（第９回）

太平洋の赤道域では，一般に東風が卓越する．エク輸送は北半球 南半球それぞれ どちら向きマン輸送は北半球・南半球それぞれで，どちら向き

になるか？東風

赤道

東風

エクマン輸送は北半球で風が吹いて行く方向の右手側になるので，北半球で北向き，南半球で南向き，となる．

復習問題（第９回）

赤道に局在化した，東向きの風応力偏差があるとする．この場合 赤道よりやや北（南）の緯度では 正(負)の回転の場合，赤道よりやや北（南）の緯度では，正(負)の回転方向の風応力の回転成分が生じる．スウェルドラップ輸送は北半球 南半球それぞれで どちら向きになるか？は北半球・南半球それぞれで，どちら向きになるか？

∂ ∂

赤道西風 u>0

正の回転 0y x

x yτ τ∂ ∂

− >∂ ∂

赤道

負の回転負 回転

/ /y xVβ ∇ ∂ ∂ ∂ ∂ より北半球で北向き/ /y xV x yβ τ τ τ= ∇× = ∂ ∂ − ∂ ∂南半球で南向き．

より北半球で北向き，