スーパーエルニーニョに対する強い台風の数の変動
―台風の季節予測に向けた大気の内部変動の予測の重要性―

1. 発表のポイント

◆

スーパーエルニーニョ年(1997、2015年)において北西太平洋で強い台風が多く発生した理由を探るため、高解像度の大メンバーアンサンブル季節スケール数値シミュレーションを実施した。

◆

スーパーエルニーニョが発生しても必ずしも強い台風が多く発生するとは限らず、同じ海面水温の分布であっても、モンスーントラフ等の大気の内部変動により、強い台風の発生数は変動する。

◆

季節スケールで強い台風を予測するためには、大気の内部変動のメカニズムの理解・予測可能性を向上することが重要。

2. 概要

国立研究開発法人海洋研究開発機構（理事長　平　朝彦、以下「JAMSTEC」という。）地球環境部門環境変動予測研究センター雲解像モデル開発応用グループの山田 洋平 ポストドクトラル研究員、小玉 知央 研究員及び国立大学法人東京大学大気海洋研究所（所長　河村 知彦）の佐藤 正樹 教授らの共同研究チームは、全球の雲の生成・消滅を経験的な仮定を用いずに物理法則に従い直接計算できる全球雲システム解像大気モデル「NICAM（※1）」を用いて、特に振幅が大きいエルニーニョ（以下「スーパーエルニーニョ」という。）現象が発生し強い台風（※2）の発生数が多かった1997年と2015年の夏季を対象として大アンサンブル実験（※3）を実行しました。その結果、スーパーエルニーニョが発生しても北西太平洋で強い台風が多く発生するとは限らず、モンスーントラフ（※4）等の大気の内部変動（※5）も影響することがわかりました。

台風の活動度（※6）は、エルニーニョ現象（※7）をはじめとする海面水温変動の影響を受け年々変動（※8）します（図1）。近年、エルニーニョ現象の季節予測精度は向上しつつあり（2019年1月24日既報）、季節スケールでの台風の活動度の予測の実現が期待されています。一方、台風の活動度は海面水温のみならず大気の内部変動にも影響を受けていると考えられていますが、その影響評価は十分ではありません。

そこでNICAMを用いた前述の大アンサンブル実験を行った結果、同じ海面水温の分布を用いているにもかかわらず、強い台風の発生数はその年々変動に匹敵するほどアンサンブルメンバー間で変動しました（図2）。これは大気の内部変動の振幅が大きく、台風の季節予測が海面水温だけでは困難であることを示唆します。一方で、メンバー間のモンスーントラフの表現と強い台風の数の関係を比べることによって、モンスーントラフが強いことが強い台風の数の増加に寄与していることがわかりました（図3）。本研究で得られた知見は台風活動度の季節予測の実現に向け、大気の内部変動、特にモンスーントラフのさらなる理解が必要であることを示す重要な成果と言えます。

なお、本研究は、文部科学省によるポスト「京」（スーパーコンピュータ「富岳」（※9））で重点的に取り組むべき社会的・科学的課題に関するアプリケーション開発・研究開発における重点課題４「観測ビッグデータを活用した気象と地球環境の予測の高度化」（課題番号：hp160230, hp170234, hp180182）の支援を受け実施されたものです。

本成果は、米国地球物理学連合発行の専門誌「Geophysical Research Letters」オンライン版に7月3日付け（日本時間）で掲載される予定です。

タイトル：High-resolution Ensemble Simulations of Intense Tropical Cyclones and Their Internal Variability During the El Niños of 1997 and 2015
著者：山田洋平¹、小玉知央¹、佐藤正樹^2,1、中野満寿男¹、那須野智江¹、杉正人³
1.　海洋研究開発機構、2. 東京大学大気海洋研究所、3. 気象庁気象研究所

３．背景

台風はしばしば大きな災害を引き起こす自然現象の一つです。発生数や強い台風の数といった台風の活動度には年々変動が存在します（図1）。その年の台風の活動度を前もって予測できれば（季節スケールでの台風予測）、事前に対策を講じることが可能となり災害の軽減につながることが期待されます。台風の活動度はエルニーニョなどの地球規模の空間スケールを持った海面水温分布などの影響を受けることが知られており、台風の活動度とエルニーニョの関係はこれまでも観測や数値シミュレーションを用いて多くの研究が行われてきました。近年、エルニーニョ現象については季節予測の精度が向上しつつあります。これによって季節スケールでの台風予測の実現が期待されています。一方で、大気中には季節内スケールの自発的に生じる内部変動が存在し、その影響を受け同じ海面水温分布の下でも、台風の活動度は変動する可能性があります。

1997年と2015年には、東部太平洋熱帯域の海面水温が極端な高温偏差を示すスーパーエルニーニョが発生し、北西太平洋では強い台風が例年よりも多く観測されました。強い台風は大きな被害を起こす可能性があり、それぞれの年の海面水温分布において、内部変動によって強い台風の数がどれほど変動するかを理解することは、台風活動の季節予測の実現に向けて重要です。

しかし、これまでの研究で用いられてきた多くの全球モデルは、強い台風の再現を得意としていません。その理由の一つとして、全球モデルの水平解像度が粗いことや、雲のシミュレーションにおける仮定が不完全であることが挙げられます。NICAMは高解像度シミュレーションに適用することが可能で、高解像度な水平格子間隔14kmのNICAMを用いて台風発生の2週間予測が実現可能であることを実証してきました。また、強い台風の数も現実的に表現可能で、地球温暖化が進行した将来、台風の強風域が広がる可能性を示唆しました。そこで水平格子間隔14kmの高解像度NICAMに1997年と2015年それぞれの年の海面水温分布を与えた各50メンバー（計100メンバー）の大アンサンブル実験を実施し、内部変動によってどの程度強い台風の数が変動するのかを調べました。

４．成果

1997年と2015年、それぞれの年の海面水温分布の条件において、いずれの年でも強い台風の数がアンサンブルメンバー間で大きく異なり、その変動の大きさは過去30年間のさまざまな海面水温を与えて実行した現在気候再現実験の年々変動の大きさと同程度でした。また現在気候再現実験における強い台風の発生数と比べると、1997年のアンサンブル実験では変動は大きいものの強い台風が有意に増加しました。しかし2015年のアンサンブル実験では有意な違いはありませんでした。つまり、1997年には観測値はアンサンブル実験の平均値に比較的近く、2015年には観測値はアンサンブル実験の平均値から大きく外れた状況にありました。この違いは、それぞれの数値実験の中で、台風がどこで発生し、どのような経路をたどったかと深く関係していました。

台風の発生や発生位置は、モンスーントラフの影響を受けることが知られています。強い台風が有意に増加した1997年の実験のアンサンブル平均では、モンスーントラフに伴う西風が強い傾向がシミュレートされていました。一方、変化の見られなかった2015年の実験のアンサンブル平均では、西風が弱い傾向が見られました。これは2015年のアンサンブル実験においては、モンスーントラフの強さがメンバー間で大きく変動していたためで、モンスーンの強さと強い台風の数の間には有意な相関があることがわかりました（図2）。このことはモンスーントラフの強さの再現が強い台風の予測に重要であること意味しています。

1997年や2015年のようなスーパーエルニーニョが発生する年には北西太平洋で強い台風が頻発すると考えられていましたが、本研究の成果により、必ずしも強い台風が頻発するわけではないことが示されました。また、海面水温だけでなく、大気の季節内スケールの内部変動により、台風の活動度が影響を受けるためであることがわかりました。

５．今後の展望

今年の夏の台風の活動度はどうなるのでしょうか、気象庁のエルニーニョ監視速報（No.320）では東太平洋熱帯域に極端な昇温は見られませんが、今後夏にかけてエルニーニョ現象が続く可能性が高いと予測されています。先行研究による知見から、エルニーニョ現象の影響による強い台風の発生数の増加が予想されます。しかし本研究の結果が示唆するように、季節スケールでの台風の予測のためには、海面水温の状況に加えて、大気の内部変動の傾向や幅の予測が必要になります。大気の内部変動をより正確に予測することにより、信頼性の高い台風の季節予測や将来予測の実現へとつながります。現時点では、大気の内部変動の季節スケール先の予測は難しく、不確実性の要因となっています。今後、高解像度で大きなメンバー数でのアンサンブル実験を実行することによって大気の内部変動のメカニズムの理解・予測可能性を向上することが期待されます。これを実現するにはより強力なスーパーコンピュータが必要となります。JAMSTECの「地球シミュレータ」や理化学研究所のスーパーコンピュータ「京」といった世界トップレベルの性能を有する計算機システム、さらには現在完成が待ち望まれている次世代のスーパーコンピュータ「富岳」を用いて、より高解像度でより多くのメンバー数を擁したアンサンブル実験を行うことにより、大気の内部変動のメカニズムの理解を深め、信頼性の高い予測情報を発信できるようになることが期待されます。