海流の変化が冬の異常気象を引き起こす

海流の変化が冬の異常気象を引き起こす 地球
テキサス州東部では送電用の鉄塔や電線が雪に覆われていた。NOAAによると、テキサス州は2月の激しい冬の嵐で電力危機に陥り、社会経済的に約200億ドルの損害を被った。©Matthew Rader

地球の海には、水のベルトコンベアが走っています。

水温と塩分の違いによって回転し、その活動によって世界中の気象パターンが調整されているのです。

このベルトコンベアのうち、大西洋に位置する大西洋南北熱塩循環(AMOC)と呼ばれる部分を研究したところ、米国の冬の天候がこのベルトコンベアのようなシステムに大きく依存していることがわかりました。

気候変動により大西洋南北熱塩循環の速度が低下すると、米国の冬の寒さはさらに厳しくなると考えられます。

本研究は、アリゾナ大学地球科学部の准教授Jianjun Yin氏が主導し、米国海洋大気庁地球流体力学研究所の物理学者Ming Zhao氏が共著者として、学術誌「Communications Earth & Environment」に掲載されました。

大西洋南北熱塩循環の仕組みは次のようなものです。

暖かい水が大西洋上層部を北上し、高緯度の大気中に熱を放出します。

水が冷えると密度が高くなり、深海に沈んで再び南下します。

「この循環により、膨大な量の熱が海を北上していくのです。その大きさは、1ペタワット、つまり10の15乗ワットになります。現在、世界全体で消費されているエネルギーは約20テラワットです。つまり、1ペタワットで約50の文明を動かすことができるのです。」とYin氏は言います。

しかし、気候が温暖化すると、海面も温暖化します。

同時に、グリーンランドの氷床が溶けて、海に淡水が流れ込むようになりました。

温暖化と淡水化の両方が起こると、表面の水の密度が下がり、水の沈み込みが阻害され、大西洋南北熱塩循環が遅くなります。

そうすると、北向きの熱輸送も遅くなります。

赤道は極地よりも多くのエネルギーを太陽から受けているので、これは重要なことです。

大気と海洋の両方が、低緯度から高緯度へとエネルギーを輸送するために働いています。

もし、海洋がそれほど多くの熱を北に運べないのであれば、代わりに大気が中緯度地域のより極端な気象プロセスを通じて、より多くの熱を運ばなければなりません。

大気が熱を北上させると、冷たい空気が極地から低緯度地域に押し出され、アメリカの南端にまで到達します。

Yin氏は「2つの大都市を結ぶ2つの高速道路を考えてみてください。片方が閉鎖されると、もう片方の交通量が増えます。大気圏では、その交通量が日々の天気となります。つまり、海洋の熱輸送が遅くなったり停止したりすると、天候がより極端になるのです。」と説明します。

Yin氏によると、今回の研究は、テキサス州が2月に経験した極端な寒さが動機となっています。

「ヒューストンでは、1日の気温が平年よりも40度も低くなりました。これは、夏と冬の気温差の典型的な範囲です。テキサスが北極のように感じられました。このような冬の異常気象は、近年、米国で何度か起こっており、科学界ではこのような異常現象のメカニズムを解明しようとしています。」とYin氏は述べています。

テキサス州の危機は、広範囲で壊滅的な停電を引き起こし、米国海洋大気庁は社会経済的な損害額が200億ドルに上ると推定しています。

Yin氏は、この異常気象に海洋がどのような役割を果たしたのかに興味を持ちました。

Yin氏とZhao氏は、最新の高解像度地球気候モデルを用いて、米国の異常寒冷気象に対する大西洋南北熱塩循環の影響を測定しました。

モデルを2回実行し、まず大西洋南北熱塩循環が機能している場合の現在の気候を調べました。

次に、大西洋南北熱塩循環を停止させるのに十分な淡水を北大西洋の高緯度地域に投入してモデルを調整しました。

その結果、極寒の気候における大西洋南北熱塩循環の役割が明らかになりました。

大西洋南北熱塩循環とその北上する熱輸送がなければ、米国では冬の極寒が強まることがわかったのです。

最近の観測研究によると、大西洋南北熱塩循環は過去数十年の間に弱まっています。

気候モデルでは、大気中の温室効果ガスの増加に伴い、大西洋南北熱塩循環はさらに弱まると予測されています。

「しかし、グリーンランドの氷床がどのくらい溶けるのか、現時点では正確にはわからないため、弱体化の大きさには不確実性があります。どのくらい溶けるかは、温室効果ガスの排出量に左右されます。」とYin氏は言います。

また、今回のモデルでは、人為的な地球温暖化の影響は考慮されていませんが、これは今後の課題であるとYin氏は言います。

Yin氏は、「異常気象による反応を見るために、気候モデルでは、基本的には大西洋南北熱塩循環をオフにしています。次は、温室効果ガスを考慮して、大西洋南北熱塩循環の減速と地球温暖化の複合的な影響を調べたいと思っています。」と述べています。

Published by University of Arizona. Jianjun Yin et al, Influence of the Atlantic meridional overturning circulation on the U.S. extreme cold weather, Communications Earth & Environment (2021). DOI: 10.1038/s43247-021-00290-9