2003年、ヨーロッパは記録的な猛暑の夏を経験しましたが、多くの人々は今夏も同じような展開になりつつあると感じています。この熱波のさなか、科学誌『Nature Geoscience』は、このような極端な気象条件を理解する助けとなる研究を発表しました。約2年間にわたり、ETHの研究チームは、安定した高気圧システムを駆動する力を解明するため、世界各地の気候データを分析してきました。対流圏上部、すなわち大気中の高度5〜10キロメートルにおける極めて安定した高気圧システムが夏の熱波を引き起こしうることは、長く知られてきました。研究者らは、これらの特殊な高気圧の状態を「ブロッキング」と呼んでいます。低気圧システムを逸らし、その結果として温暖な気象パターンをもたらす可能性があるためです。これらのパターンは直径約2,000キロメートルに及び、ヨーロッパの広範囲にわたることがあります。これらは北大西洋からの通常の偏西風の流れを遮ります。本来であれば、その偏西風がこの地域の気象条件を決定しているはずです。
発汗の逆
これまでのすべての研究は、対流圏上部の気団の循環に焦点を当ててブロッキングを説明しようとしてきましたが、ETHのHeini Wernli教授が率いる大気力学研究チームは、新たなアプローチを提案しました。「下部対流圏からの気団の上昇も、このようなシステムの形成と持続を決定づける要因となりうることを示しています」と、Wernliのチームのシニア科学者であるStephan Pfahl氏は述べています。
「潜熱」が重要な役割を果たします。上昇する気団内で雲が形成され、水蒸気が凝結して、いわゆる潜熱エネルギーを放出します。「これは、水分が蒸発して体を冷やす発汗とは逆の現象です」とPfahl氏は説明します。その結果、空気塊の加熱がさらなる上昇につながる可能性があります。このように潜熱は、気団が上昇するために必要な力の一部を供給します。
遅延したプロセス
過去21年間の気象データの分析において、ETHの研究者らは、気団がブロッキング地域に到達する3日前の時点で、最大45%の気団がこのプロセスによって加熱されていることを明らかにしました。その1週間前には、この割合は最大70%にまで増加します。これは天候の変化を通じて容易に理解できます。大西洋上で雲や荒天の地域が形成され、その数日後に、晴天を伴う気象パターンがヨーロッパ上空に現れるのです。「このプロセスは常に遅れて起こります。ブロッキングが発生する1週間前には、気団の半数をはるかに超えるものが、この潜熱加熱のプロセスを経験しています」と、ETHのHeini Wernli教授は述べています。
Wernli氏は20年間にわたり、低気圧システムの分析を専門としてきました。低気圧システムでは、潜熱が長らく不可欠なプロセスとして認識されてきました。研究チームは、約10年にわたりブロッキング現象に焦点を当ててきました。「当初、なぜ気流が突然偏西風から別の状態へと変化するのか、私たちは皆、興味を抱いていました」とWernli氏は述べています。今回の研究では、低気圧域の分析から得られた知見と、ブロッキングに関する研究の知見が組み合わされています。
膨大なデータの分析
ETHチューリッヒの研究チームは、英国レディングにある欧州中期予報センターから得た、地上観測、気球、航空機、人工衛星による膨大なデータセットを分析しました。風、気温、雲の形成、湿度に関する新しいデータは6時間ごとに受信されました。軌跡計算を用いて、Stephan Pfahl氏は、ブロッキングシステムの形成に寄与する個々の空気塊の動きを評価しました。分析された軌跡は1億を超えます。
この新たな知見は、気候研究の他の分野でも有用であることが証明される可能性があります。「地球温暖化の結果、大気中の水分が増えています。これにより、より多くの潜熱が放出され、ブロッキング気象条件の頻度の変化にもつながる可能性があります」とPfahl氏は述べています。「しかし、それはまだ極めて推測的です。これについてはさらなる研究を行う必要があります」。天気予報も、この新たな知見から恩恵を受ける可能性が考えられます。ブロッキングパターンが形成される、あるいは崩壊する瞬間を天気予報はしばしば捉え損ねるため、これは気象の推移に大きな影響を及ぼしかねません。既存の気象モデルで潜熱プロセスがどの程度再現できるかは、今後の検証を待つ必要があります。
ブロッキングは高霧も引き起こす
しかし、ブロッキングは夏季に限られた現象ではありません。冬の数か月には、スイス高原で私たちにおなじみの、冷たく高い位置にかかる霧の気象条件を引き起こすことがあり、それはイタリアのポー平原からドイツ北部に至るまでの地域でも起こります。「言い換えれば、人々がいつも不満を漏らしている、あらゆる天候のことです」とWernli氏は笑います。極端な猛暑から、灰色で寒い冬の天気まで。
本記事は、 ETHチューリッヒとの協力により掲載されています。本記事の掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持していることを意味するものではありません。
Agendaの最新情報を入手するには、 週刊ニュースレターにご登録ください。
著者：Astrid Tomczak-Plewka氏は、ETHチューリッヒの寄稿者です。
画像：2014年1月12日 14:00 GMTに撮影された、NOAA GOES衛星による提供画像で、熱帯低気圧Ianが写っています。REUTERS/NOAA/Handout via Reuters
