特集 黒潮
黒潮が日本周辺への気候へ与える影響を
衛星観測データから発見
国際太平洋研究センターの野中正見研究員、謝尚平教授と気候変動予測研究領域の谷本陽一研究員は観測衛星の観測結果を解析し、日本の南を流れる黒潮の海面水温と海上風速の関係について、新たな事実を明らかにしました。気候予測モデルに取り込むことで、その精度を上げることが期待されています。成果や現在の取り組みについて野中研究員と谷本研究員が解説致します。
地球フロンティア研究システム国際太平洋研究センター
野中正見
地球フロンティア研究システム気候変動予測研究領域
谷本陽一

これまでに知られている大気(海上風)と海洋(海面水温)の関係
 気候の形成を担う海洋の重要性は海洋自身が持つ大きな熱慣性からもたらされる長い記憶媒体としての特性から認識されています。熱帯の海面水温分布が中緯度の気候に与える影響については多くの研究がこれまでに進んできました。新聞に掲載されるエルニーニョ/ラニーニャやインド洋ダイポールの日本の天候への影響といったものはその代表例と言えます。しかし、中緯度の海洋が中緯度の気候にどう関わるかはまだよくわかっていませんでした。
 従来の大気と海洋の関係に対する概念では、中緯度の海洋は大気の強制力に対して受動的とされていました。海面から大気への潜熱放出が中緯度の海面水温を形成する主要因であり、いわば、「お茶を冷ます」のと同じ原理が海洋上で働いていると考えられて、「風が強いと水温が低い」という関係が知られています。一般にお茶の温度が口から吹く風の強さに影響を与えることはありませんが、現実の海洋では、水温分布が海上風に影響を与えることも考えられます。しかし、これまでに中緯度における海から空への影響は観測的に明らかにされていませんでした。

衛星観測データがもたらした大気(海上風)と海洋(海面水温)の関係の新発見

 南北方向の水温差は、例えば黒潮と親潮の間で顕著に大きくなっています。このような海域は水温フロントと呼ばれ、西部北太平洋に限らず、熱帯域からの暖水を運ぶ流れと極域からの冷水を運ぶ流れが出会うところで生じ、大西洋のメキシコ湾流の北側やアルゼンチン沖のブラジル海流の南側などでも見られます。
  我々は中緯度海洋の特徴であるこの水温フロントに着目し、人工衛星を使った観測結果の解析から、「相対的に温かい海の上では風が強く、冷たい海では風が弱い」という新たな大気と海洋の関係を見いだすことに成功しました。図1は1998年と2001年における熱帯降雨観測衛星(TRMM)による海面水温と海上風速の観測結果を示しています。日本周辺海域の海面水温は黒潮の影響を強く受けており、2001年には東海沖や日本東方海上で黒潮が蛇行することにより周辺に比べて3度ほど水温が低い海域が現れています(それぞれ黒と白の矢印で示されています)。そして、同じ海域の海上風速は周辺に比べて1m/sほど弱くなっています。1998年では北緯34東経146度付近で黒潮が蛇行し、相対的に低い水温が北緯35度から33度くらいまで南下しています。この冷たい海域でも風速は周辺に比べて1〜2m/s程度弱いことが示されています。
  このような観測事実は大気(海上風速)と海洋(海面水温)の新たな関係の発見です。大気から海洋への影響である「お茶を冷ます」原理による「冷たい海の上で風は強い」と逆の関係の存在は、海洋から大気への影響があることを強く示唆します。これは従来の概念を否定するものではなく、中緯度の大気と海洋の関係は一方通行ではなく、双方向であることを観測から指摘しています。人工衛星の観測は全球で行われているので、前述のいずれの水温フロントでも海洋から大気への影響の存在が示唆されています。


図1 熱帯降雨観測衛星で観測された海面水温と海面風速
1998年(左図)と2001年(右図)4〜6月の海面水温(a)と海上風速(b)。黒潮沿いに温かい水が見られる。2001年には黒潮が東海地方で沖合いにあり、沿岸に冷たい水が分布する((a)矢印)。暖水の上で風が強く、冷たい水の上で風が弱い((b)矢印)。
水温が高いところで風が強い理由
 我々は、水温が高い海域の上空で海上風が強くなる原理を次のように推察しています(図2を参照)。一般に海面に近い風速は海面との摩擦の影響により上空に行くほど強くなっています。水温が低い場合、大気最下層が冷やされ上空の空気との混合が起きにくくなります(図2右)。これに対し、水温が暖かい場合は大気の最下層が暖められ対流により上空との混合が促進されます(図2左)。これにより、上空の速い速度を持つ空気塊が海上まで達するようになり、海面付近の風は加速されると考えられます。

図2水温が高い海域で風が強くなるメカニズム
中緯度の大気と海洋の理解をより深めるために
 人工衛星による観測は水面からのマイクロ波の放射量に基いているので、上空の風や気温の分布を原理的に捉えられません。我々は船舶による観測データの解析から海面水温と海上気温との差が風の強さに影響していることを示し、先ほどの推察を支持する結果を得ています。
  今後は船舶上のラジオゾンデ*1観測により、上空における風速や気温の分布を実際に観測することが重要であると考えており、2003/2004年の冬季に黒潮・黒潮続流域における観測を実施します。また、観測的に新たに示された海洋から大気への影響を正確に数値モデルの中に取り込むことにより、気候変動の予測の精度がどの程度向上するかを検討することが求められています。
*1 大気の対流圏・成層圏における気圧・気温等を測る観測器と電波送信機を組み合わせた観測気球装置
Frontier Newsletter/No.24
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