この現象は知られていますが、原因については明確な証拠はありません。近年、大気中のジェット気流が弱まり、大きな波が頻繁に発生するようになりました。これにより、寒波や熱波などの異常気象が促進されます。しかし、気候研究者が気候モデルにおけるこの発展をなんとか理解することができ、その結果、気候変動が原因であることを確認したのは今になって初めてです。したがって、北極の温暖化と海氷の減少がこの傾向の主な原動力となっています。
ジェット気流は、中緯度の上空約 10 キロメートルに発生する強い風の帯です。最大時速 500 キロメートルの風が西から東へ世界中を駆け巡ります。ジェット気流は主要な気象システムを大陸全体に運ぶため、私たちの天気はそれによって形成されます。しかし最近、この風の集団の行動が変わりました。ジェット気流は、赤道にほぼ平行に速く吹くのではなく、現在ではますます遅くなり、北半球を大きく蛇行するようになっている。
北半球に広がる巨大な波
このようにエスカレートするジェット気流の波は、私たちの天候に影響を及ぼします。冬には、北極から中緯度までの極度の寒気の侵入につながる可能性があります。たとえば、最近では、たとえば 2019 年 1 月末に、北極圏の中西部がアメリカは極寒に見舞われた。しかし、夏には、ジェット気流が弱まることで、2003年、2006年、2015年、2018年などにヨーロッパで経験したような、長期にわたる熱波と干ばつが引き起こされます。
この開発は、ますます観察されるジェット気流の蛇行経路が気候変動の結果なのか、それとも気候システムの自然変動によるものなのかという疑問を長い間提起してきた。前者は、ジェット気流が北極と熱帯の間の温度差によって引き起こされるためである可能性が高いと考えられています。そして、これらの温度差は、気候変動の結果として北極が不均衡に温暖化するため、減少し続けています。
AI がかさばるプロセス モデルを置き換える
しかし、問題は、この関係は明らかであるにもかかわらず、気候研究者が気候モデルにおけるジェット気流のますます強くなる波の動きをまだ理解できていないことです。そのため、因果関係の確認や記録が困難でした。この理由の 1 つは、成層圏と大気の下層との相互作用をモデルに統合することが難しいことでした。 ATLAS と呼ばれる対応するプロセス モデルがあり、オゾン層のシミュレーションではほぼ 200 の詳細なプロセスが考慮されています。しかし、膨大な計算量が必要なため、このモデルは地球規模の気候モデルに直接統合するには遅すぎます。
アルフレッド・ウェゲナー研究所、ヘルムホルツ極地海洋研究センター（AWI）のエリック・ロマノフスキー氏と彼のチームは、この問題を解決しました。 「私たちは、オゾン層をモデル内のインタラクティブな要素として表現できる機械学習アルゴリズムを開発しました。これにより、成層圏とオゾン層からの相互作用を考慮できるようになります」とロマノフスキー氏は説明します。これを行うために、SWIFT と呼ばれるアルゴリズムは、まず、何十万もの異なる大気条件に対して ATLAS モデルがどのような結果をもたらすかを学習しました。その後、SWIFT は気候モデルに統合され、学習した内容に基づいて成層圏とオゾンの化学プロセスを組み込むことができるようになります。
海氷の減少と北極の温暖化が原因
「このモデル システムにより、観測されたジェット気流の変化を現実的に再現できるようになりました」とロマノフスキー氏は言います。彼と彼のチームは、気候モデルでジェット気流の曲がりくねったコースを現実的に再現し、風の弱まりと地球規模の気候変動との関係を確立することに初めて成功した。この結果は、ジェット気流の波打つ形状が気候変動の結果であることを裏付けています。したがって、北極の温暖化と海氷の減少は、極地の成層圏の大幅な温暖化につながり、オゾンによってさらに温暖化が促進されます。これによりジェット気流が弱まり、成層圏から下方へと流れ続けます。
「私たちの研究結果は、米国、ヨーロッパ、アジアでより頻繁に起こる冬の寒冷期は地球温暖化と矛盾するものではなく、むしろ人為的な気候変動の一部であることを裏付けています」とAWIの大気研究責任者のマーカス・レックスは言う。 「もし氷の面積が縮小し続ければ、中緯度地域でこれまでに観測されている異常気象の頻度と激しさが増すだろう。」
出典: アルフレッド・ウェゲナー研究所、ヘルムホルツ極地海洋研究センター。専門記事: Scientific Reports、 doi: 10.1038/s41598-019-43823-1
