科学誌『サイエンス』に掲載された研究によると、極端な寒波は北極の温暖化に起因している可能性がある。
これらの変化は、2021年2月にカナダからメキシコ北部までの北米を襲った大規模な寒波の原因となった可能性がある。
研究では、地球温暖化に伴い、寒波はむしろ起こりやすくなりうると指摘している。
2021年2月、急速に温暖化する世界の気温のさなか、例外的に激しい寒波がカナダからメキシコ北部までの北米の広い地域を襲った。停電により1,000万人が電力を失った。その影響は特にテキサス州で深刻であり、同州だけでも、この出来事に関連して125人を超える死者が出た。
米国では、30年以上で最も寒い2月となった。この寒波は、国内で記録上最も損害額の大きい冬の嵐となった。。
この凍えるような気温は、ジェット気流の南方への張り出しと関連していた。ジェット気流は、地表から約8マイル上空にある強風帯で、寒気と暖気の境界に関連している。
ジェット気流は西から東へ流れるが、大気中の波が移動しうる方向はそれだけではない。大気の波は大きな距離にわたって上下にも移動しうるため、北極のような一地域の天候と気候を、テキサスのような他の地域と結びつけることがある。
池に石を投げ入れると、波紋、すなわち波が最初の撹乱から外側へ広がるのが見える。池の波紋はジェット気流の張り出しとは異なる種類の波であるが、どちらの種類の波も、撹乱の影響を遠方の地域まで伝えることができる。
今回のケースでは、大気の波が北極における気候変動の影響を、北米およびアジアの一部地域へと伝えた。
本2021年9月2日に公表された研究は、学術誌『サイエンス』に掲載されたもので、そこではそのような現象がどのように起きたのか、また、予想とは逆に、2月の寒波のような出来事が地球温暖化に伴ってむしろ起こりやすくなりうることを示している。
北極で起きることは、北極にとどまらない
北極は他のどの地域よりも急速に温暖化しており、その速度は世界平均の2倍以上である。
これにより、海氷の融解や、晩秋におけるシベリア上空の積雪の増加をはじめ、同地域の気候に大きな変化が生じている。
氷と雪は断熱層の役割を果たし、反射率も高いため、その変化は地表と大気の間で移動するエネルギーと水分の量を大きく変化させる。大気はエネルギーと水分の変化に敏感であるため、大きな変化は大気に「キック」を与え、その結果、この地域から上方向へ伝わる波が広がっていく。
これらの波は成層圏まで上昇し、成層圏極渦を乱す。成層圏極渦は、約18マイル上空の成層圏中部で極の周りをより近く回る、もう一つの速い風の帯である。その結果、極渦は弱まり、引き伸ばされる。
成層圏の極渦は波によって変化するだけでなく、極渦が波の移動の仕方を変えることもある。波は通過する風や気温の場の影響を受け、極渦はそれらの風と気温を決定する役割を果たしているからである。極渦が引き伸ばされる現象と、より大規模な極渦の乱れを区別するのは、上方向に移動する波が地表へ向けて反射され、そこで低高度の天候パターンに影響を与えうるという点である。
これらの下降する波が北米上空の低高度に集まると、ジェット気流に南方への張り出しが生じ、通常より南まで寒気が流れ込む。このように、大きな距離にわたって大気の波が上下に移動することは、池の上を広がる波紋のように、北極を他の地域と結びつけうる。
因果関係の検証
これらの関係を特定し検討するために、2つの異なるアプローチを採用した。
まず、機械学習を用いた。これは、コンピューターが過去のデータから類似の事象をグループ化するよう、基本的に自ら学習する手法である。次に、引き伸ばされた極渦の事例を分析し、それらの事例には典型的な事象の連鎖があることを示した。すなわち、まず北極における地表温度の変化、次に成層圏極渦の変化、続いて北米とアジアでの寒波であり、その間の数か月にわたり、垂直方向に移動する波がこれらを結びつけていた。特定された北極の地表温度の変化は、海氷の融解やシベリアの積雪増加といった、北極の気候変動に関連する変化と類似している。
次に、大気のコンピューターモデルを用いて因果関係を評価し、大気がこれらの北極の変化にどのように反応するかを直接検証した。そのモデルは、観測された事象の連鎖を再現することがわかった。
観測データの機械学習による分析とコンピューターモデルによる実験は、2つの独立した証拠の系統を提供し、地表の北極の気候変動から成層圏の風の変化へ、そして最終的に北米と一部のアジア地域の寒波へと至る影響の経路を裏付けている。
これらの結果の示唆
当研究は、気候変動に関する2つの重要な教訓を裏付けている。第一に、変化は自分の裏庭で起こらなくても、自身に大きな影響を及ぼしうる。第二に、予期しない結果が極めて深刻になりうる。
今回の事例では、北極の大きな変化は単なる地域的な懸念にとどまらず、北米と一部のアジア地域に広範な影響を及ぼしている。しかも、その影響は人々が予想するものとは必ずしも一致しない。今回の結果は、地球温暖化を引き起こしている温室効果ガス排出を迅速に削減する理由がもう一つあることを示すとともに、暑さと寒さの両方を含む極端な気象現象を管理するための、より優れた戦略を開発する必要性を浮き彫りにしている。
