熱波の増加は、地球温暖化による最も広く実感されている影響の一つであり、近年は北米とヨーロッパで頻繁に発生し、しばしば干ばつを伴っている。今日すでに経験されている現象である。
2018年夏のヨーロッパの熱波は、その期間の長さゆえに例外的であり、また例外的に有害であった。多くの地域で夏の全期間にわたり初秋まで続き、比較的穏やかな気温によって中断されることがほとんどなかった。
Nature Climate Change誌に本日（8月19日）発表された新たな研究で、地球温暖化によって、長期化する熱波、干ばつ、長期化する降雨期間を含む、このような持続的な極端な気象が起こりやすくなることを示している。この影響は、平均気温の上昇に加わるものである。
持続性の高まりと気象の極端化の組み合わせは、全体的に暑くなる夏と大雨の激化によるものであり、将来のリスクを拡大させる。
しかしながら、この持続性の増加とそれに関連するリスクの大部分は、地球温暖化を1.5℃に抑えることで回避できることも示している。
熱の激化
2018年、ヨーロッパは夏の全期間にわたる、特に深刻で長期間続いた熱・干ばつ現象を経験したが、これは気候変動がなければ「ほぼ不可能」であったと考えられる。
今年は6月と7月に連続した2回のヨーロッパの熱波により、気温記録が大幅に更新されたが、2018年の現象よりは短期間であった。
2018年の熱波の間に続いた熱と乾燥による持続的なストレスは、その期間中ずっと気温が極端ではなかったにもかかわらず、環境に深刻な影響を及ぼした。
夏の終わりまでに、ドイツでは小麦の生産量が15％減少したことが記録された。また、ライン川の水位は低すぎて、発電所に十分な冷却水を供給できず、水路の水深も船舶の航行に十分ではなかった。
その結果生じた水不足は、中央ヨーロッパの一部地域で2019年まで続いている。これにより熱・干ばつの状況が継続しており、火災や害虫のリスク増大を通じて森林に深刻な影響を与えている。
観測された熱波の激化に対するさまざまな要因について、現在も議論が続いている。まず、単純な温暖化効果がある。平均気温の上昇により猛暑日が増え、その結果、熱波の頻度と持続期間の両方が増加する。
次に、「土壌水分フィードバック」などの局所的な影響も、より激しい熱波の一因となりうる。これは、気温の上昇に伴い土壌が乾燥し、暖かい期間中の蒸発による冷却が減少し、局所的な温暖化が増幅される際に発生する。
さらに、大気循環の変化が、一部の地域で熱波にとってより好ましい条件を生み出している可能性がある。北半球の夏の「ストーム・トラック（嵐の進路）」は、すでに弱まっていることが観測されており、今後さらなる変化が予測されている。夏の嵐は、熱波や干ばつを中断させる湿った冷たい空気の期間をもたらすため、この動きの鈍化により、暖かく乾燥した期間が長引く可能性がある。
熱波の発生に対する直接的な温暖化効果には異論の余地がないものの、それだけでは、ヨーロッパのような地域で観測された熱波の極めて急速な増加を説明することはできない。このことは、他のメカニズムも役割を果たしているに違いないことを意味する。
しかし、土壌水分フィードバックと循環変化のどちらがより重要な要因であるかは、これまでのところ不明である。私たちの新たな研究では、極端現象の持続性とその潜在的な要因に特に焦点を当てた、新しいアプローチを採用した。
持続的な気象
この目的のために、特定の気象条件の持続性を分析する。例えば、北半球全体で暖かい日がどのように集中しているかを調べる。
より具体的には、暖かい期間が、例えば2週間を超えて持続する確率に関心があり、また、この超過確率が地球温暖化によって変化するかどうかに関心がある。
これを検証するため、HAPPIプロジェクトによる気候モデルシミュレーションの大規模な「アンサンブル」（集合）を用いて、2℃および1.5℃温暖化した世界における局所的な気象の持続性を調べる。これらは、パリ協定の長期的な気温目標で言及されている気温水準である。その後、これらの知見を、産業革命前の水準より既に約1℃高くなっている現在の気候条件と比較する。
熱波に対する気候変動の直接的な温暖化効果を本研究から除外するため、各シナリオにおいて夏の平均気温より高い日を「暖かい」日と定義する（したがって、暖かい日と寒い日は常にそれぞれ50％ずつとなる）。
また、乾燥期間と降雨期間の持続性の変化も分析した。暖かい期間の持続性とは対照的に、降水量5mm超の日を雨の日、1mm未満の日を乾燥した日とする固定の閾値を用いる。
気温と同様に、降水の持続性の変化は、大気の循環変化、フィードバック、または単純な熱力学によるものである可能性がある。例えば、大気は温暖化するとより多くの水分を保持できるため、降水イベントの激化につながり、ひいては本指標における大雨の日の増加につながる。
本研究で検討した持続性指標の実際的な重要性を示すため、以下の図では、2018年夏のベルリン（左）と2016年のパリ（右）の極端な気象に関連する、猛暑、乾燥、「乾燥・高温」の組み合わせ、および降雨が続いた期間の2つの例を示す。
各図において、上段のグラフは気温（灰色の線）と日平均からの気温差（偏差、赤色の線）を示す。中段のグラフは降水量を示し、雨の日は青色、乾燥した日はオレンジ色で強調表示されている。下段のグラフは、平均以上の高温期間（赤色の棒）、長期化した乾燥または乾燥・高温期間（オレンジ色と紫色）、および降雨期間（青色）といった持続的な期間を示す。
2018年の春と夏の数か月間にわたる、暖かい、乾燥した、および乾燥・高温の長期化した期間は、ベルリン（左）の図に明確に表れている。一方、パリ（右）では、垂直線で示された2016年のセーヌ川の洪水が、いくつかの持続的な降雨期間の後に明確に続いている。
長期化する極端現象
私たちの結果は、ヨーロッパや北米などの北半球中緯度地域において、現在の約1℃の温暖化した気候と比べ、2℃シナリオでは夏の暖かい期間がより持続的になると予測されることを示している。
2018年のヨーロッパの熱波に立ち返ると、中央ヨーロッパにおいて任意の年に3週間の暖かい期間が発生する確率は、相対的に4％増加すると考えられる。この小さいながらも有意な増加は、今後、平均以上の「暖かい」日がより長い期間にわたって集中することを意味する。
この増加は、全体的な温暖化の熱力学的寄与によってすでに予想されている熱波の持続期間への影響にも加わるものであり、これは、あらゆる気候条件下で単一の固定の気温閾値を超える日を見ることで特定できる。
温暖化が2℃に達すると、乾燥期間と降雨期間も長期化すると予測される。例えば、北米の中部および東部では、2週間雨が降らない状況が約13％起こりやすくなると予測され、中央ヨーロッパでは、大雨が7日連続で降る確率が相対的に約18％増加する。
また、複合的な暖かく乾燥した期間についても調べ、北米東部ではその持続性が最大20％増加することを確認した。
以下の図は私たちの結果を要約したもので、温暖化が2℃に達すると、北半球の多くの地域で、持続的な極端な気象が起こりやすくなる（紫の濃淡）ことを示している。
各地域について、ボックスは、持続的な暖かい期間（左上の象限）、乾燥（右上）、乾燥・高温（左下）、または降雨（右下）の期間について、起こりやすさの相対的変化を示している。紫色の陰影は最大50％までの起こりやすさの増加を示し、緑色の陰影は起こりやすさの減少を示す。
起こりやすさの変化の原因となるメカニズムが特定できた場合は、ストーム・トラック、土壌水分、または雨の日の頻度を示す記号で表している。
ストーム・トラック
私たちの結果は、上の図が示すように、夏季の「ジェット気流」の減速が、乾燥期間と高温期間の長期化に重要な役割を果たしていることを示唆している。ジェット気流とは、大気の高い位置にある、高速で流れる気流の帯であり、気象パターンやストーム・トラックを導くものである。
暖かく乾燥した期間は、ストーム・トラックの活動が少ない月ほど長く続く傾向があることがわかった。北大西洋のストーム・トラックの影響を受ける地域では、乾燥と高温の持続性の増加は、ストーム・トラック活動の低下と関連付けることができる。一部の地域では、降雨の持続性の増加にも寄与している可能性がある。
大気がより多くの水分を保持できるという事実は、北東ヨーロッパなどの高緯度地域で予測される降雨の持続性の増加を部分的に説明する。しかし、中緯度地域の大部分では、この影響はわずかな役割しか果たしておらず、中央ヨーロッパなどの地域では、雨の日数が減少しているにもかかわらず降雨の持続性は増加している。
いくつかの地域では、土壌水分フィードバックが重要であることがわかった。例えば、地中海地域での土壌水分の減少が、将来同地域でより長い乾燥期間を引き起こす要因であることを特定した。
これは、土壌水分フィードバックが他の地域の極端な気象現象に寄与していないということを意味するものではなく、実際には多くの場合寄与している。しかし、私たちは、他の要因とは切り離して、このメカニズムを持続性の増加の要因として明確に特定することはできなかった。
全体として、私たちの知見は、地球温暖化によって、北半球の夏における局所的な気象条件がより持続的になることを示唆している。中緯度地域全体や多くの個別の地域で平均すると、産業革命前の気温より2℃の温暖化に達した場合、暖かく、乾燥した、そして降雨の極端現象がより持続的になると予測される。
世界の温暖化に伴い、夏の全般的な高温化や降水量の増加によってすでに予想されている激化に加えて、この持続性の増加は、将来の気象の極端現象によるリスクを拡大させる。
対照的に、私たちの結果は、世界がパリ協定の1.5℃の制限を下回る水準にとどまれば、持続性の増加の大部分と、それに関連するリスクを回避できることを示している。
