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: 67701982: 26 El Niño, 1994: 589 IOD, 2004: 449El Niño Modoki, 2007: 904 La Niña+IOD

2010: Number of serious patients 56184, Deaths 1745 La Niña+IO capacitor effect＋nIOD

1994 正のダイポールモード

2004 エルニーニョ モドキ

2007 ラニーニャ

Number of Deaths （死者数） Temp. & Age Dependence（気温と年齢依存性）

( 東京都データ)

Critical age of 65

Max Temp.

Bush Fire in southeast Asia in 2006 Health and Transportation problems

Drought in Australia due to 2006 IODWater and Agricultural 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: 173Immediate human security problem

Droughts and Bushfires due to IOD event in 2006２００６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

Nature GeoscienceCai et al. (2013)

More frequent IOD events expected in warmer climate

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

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

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

2004 年猛暑、台風災害（エルニーニョモドキ）

平成16年台風第18号 北海道新聞社

平成16年台風16号 四国新聞社

High Tide

Flood Strong Wind

平成16年台風第23号 神戸新聞

平成16年台風第18号

Landslide

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）

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

（気象庁資料による）

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。

カリフォルニア沿岸

赤道貿易風（偏東風）

北からの沿岸風

東西断面

正味のエクマン輸送

大気の子午面循環

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

準備 ４

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

海面水温分布

7月

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 （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

Gilbert Walker1868-1958

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

南方振動

ペルー沖の

海面水温

Jacob Bjerknes 1897-1975

Philander, Yamagata and Pacanowski, 1984; Yamagata 1985;Hirst, 1986; Cane and Zebiak 1985

熱帯対流圏

熱帯海洋

積雲

上昇流

暖水が収束

エルニーニョ現象のエッセンス

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)

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: 105 m2s-1).

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

El Niño Modoki, La Niña ModokiSchematic 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 warmingMore extreme events expected by acceleration of Global Warming

Black：Observed global temperaturePurple：Only increasing greenhouse gases consideredRed：Observed tropical Pacific SST inserted

(Kosaka and Xie, Nature 2013)

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

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

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.

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 absentduring the fall in 1994, which led us tointroduction of the Indian Ocean Dipole Mode.

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）

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

2006年のダイポールモード現象の影響

Impacts of 2006 IOD

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)

Ningaloo Niño index (NNI) using the box-averaged SST anomalies (28-22 °S, 108-116°E).（Correlation with PC of EOF1 : 0.87）

・36-14°S, 100-120°E・52.0％

ニンガルーニーニョ指標の導入

Ningaloo Niño captured by EOF analysis

ニンガルーニーニョ、ニーニャ年の定義Ningaloo Niño/Niña year

→Define a Ningaloo Niño year as the year when the DJF-averaged NNI exceeds one standard deviation.

Peak in Dec.-Feb.

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 Anomaliesafter El Niño (1982-2011)

Dakar Niño/Niña ?California Niño/Niña

Dakar Niño/Niña in the North AtlanticPeak 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

Every 2 hrs

T106L19

2.2

OCEAN: OPA8.2 ORCAR2 Grid 20X1.50 Eq-0.5 Level 31

Earth Simulator

No flux adjustment

5

ATMOSPHERE: ECHAM4 T106 L19

North Pole is replaced by two land points

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）

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）

IOD forecasts from

Nov.2005 to Jun. 2006

(18-member)

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)

Pasture of Jon Welsh in NSW, Auin 2005

Boreal fall (Austral spring) in 2006

2007 IOD / La NiñaThe Weekly Times

of Australia

24 Oct. 2007

Many newspapers in Japan24-27 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 地上、海上気温異常

Precipitation Anomaly降水量異常

3 months３ヶ月後

6 months６ヶ月後

9 months９ヶ月後

Lead time

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

Equivalent Barotropic Structure

(等価順圧構造）

(Upper)

JJA mean zonal

disturbances of

geopotential height

averaged over [35N-

45N] for 1994

(Middle)

Multi-year mean

(Lower)

Anomalies (1994-Clim).

(Contour intervals are

15gpm)

(Guan and Yamagata, Geophysical Research Letters 2003)

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

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 Water resources ProductionHuman healthSafety

持続可能な社会をめざして(for Future We Want)

かけがえのない地球に良き生の実現を(for Realizing Well-being on Our Unique Habitable Planet)

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。