令和３（2021）年８月は日本周辺域に前線が停滞し、まるで梅雨が戻ったような持続的な大雨が発生しました。この要因について、熱帯と中高緯度の遠隔影響が共に作用する共変動メカニズムを解明しました。本成果は亜熱帯気候力学の幕開けを告げるものであり、季節予報の精度向上が期待されます。
 

筑波大学生命環境系

植田 宏昭　教授
 

新潟大学自然科学系（理学部）

本田 明治　教授
 

京都産業大学理学部　宇宙物理・気象学科

高谷 康太郎　教授

夏季の日本周辺地域においては、前線が停滞し、それに伴って大雨が持続的に生じることがあります。その結果引き起こされた自然災害は、社会に甚大な影響を及ぼします。こうした大雨の発生は地球規模の大気や海洋の変動と密接に関連していることが知られており、これまでの研究では大きく分けて熱帯域からの遠隔影響と中高緯度域からの遠隔影響がそれぞれ指摘されてきました。しかしながら、こうした熱帯と中高緯度に位置する要因間の関連性や連動性については十分に明らかにされていませんでした。

令和3（2021）年8月は記録的な大雨が続き、まるで梅雨が再び出現したような気候状態になりました。本研究では、この「戻り梅雨」のような事例を対象に、熱帯・亜熱帯地域と中高緯度地域に位置していた大雨のさまざまな要因が連動したメカニズムについて、観測データや全球大気再解析データ、最新の寒冷渦指標^※1、渦位の逆変換^※2、数値モデルなどを用いて調査しました。

図1に2021年8月の大雨期間（8/5～20）の対流圏下層と中層の低気圧/高気圧の配置を示します。オホーツク海高気圧、朝鮮半島トラフ、北西太平洋亜熱帯高気圧が北から南に並んでいることが分かります。本研究ではこれらをまとめた「南北3極子構造」に着目し、それぞれを結ぶ力学メカニズムを解析しました。その結果、以下のような一連のプロセスで南北3極子構造が形成・維持されたことを明らかにしました。

オホーツク海高気圧の形成に伴って、東シベリア上空にはブロッキング高気圧^※3が発生しました。このブロッキング高気圧によって、対流圏上層の総観規模の渦（小さな寒冷渦やトラフ）が朝鮮半島に移動して集中し（図2）、朝鮮半島トラフが深まったと考えられます。

さらにこの朝鮮半島トラフから南東方向に定常ロスビー波^※4が伝播することにより、北西太平洋亜熱帯域の対流圏上層に高気圧偏差が形成されました。この上層の高気圧偏差はその下層の地表面付近に高気圧性循環を誘発し、その東風偏差は日本の南東海上で海洋側の比較的冷たい空気を運び込むことで下層の北西太平洋亜熱帯高気圧を強めるように働きました（図3）。この時、高気圧偏差の軸は下層から上層に向かって北に傾いています。加えて、熱帯対流活動の季節内振動^※5による大気の加熱・冷却の組み合わせによっても北西太平洋亜熱帯高気圧は強化されていたことも分かりました（図4）。

このように対流圏上層の小さな渦の動きや波の伝播、上層から下層へのフィードバックによって結び付いた南北3極子構造の循環偏差によって、熱帯域から日本付近への水蒸気の輸送と上昇流が生じやすい場が形成されたことで、2021年8月の持続的な大雨が生じたと結論付けました（図5）。

この南北3極子構造は梅雨期の大雨時にも共通する特徴的な大規模循環場です。他の過去の大雨事例にも今回提案したメカニズムと同様なものが内在しているのか、近い将来に発生する大雨ではどのように変化するのかなど、減災・防災に向けてさらなる研究が待たれます。また、水蒸気の輸送に重要な役割を担った北西太平洋亜熱帯高気圧が位置する亜熱帯地域は、大気力学分野で各々独自に成熟した熱帯域の波動力学と中高緯度域の準地衡風力学の両方から理解することができます。しかしながら、これまでそれらの連動性については十分考慮されず、遠隔影響の観点においてもいずれか片方のみに着目し考察することが多い状況にありました。本研究グループは、こうした状況を見直し、「亜熱帯気候力学」として再整理する必要があると考えています。