東大など、約８０００年前から現代までの北米大陸の大気循環の変化を解明

約８０００年前から現代までの北米大陸の大気循環の変化
〜洞窟の岩石や湖の沈殿物から明らかに

　※参考画像は添付の関連資料を参照

　北太平洋・カナダ西部・北米東海岸付近でのシーソーのような大気状態（太平洋北米パターン、（注１））は、そのパターンによって北米の天候が大きく影響を受けるため多くの研究がされてきました。しかし、太平洋北米パターンそのものが数百年や数千年といった長い時間スケールにおいてどのように変動してきたのかはあまりわかっていませんでした。
　東京大学大気海洋研究所の芳村圭准教授と劉忠方　元　日本学術振興会外国人特別研究員（現中国天津師範大学准教授）らは、北米大陸の東側と西側のそれぞれで、洞窟の天井から落下する水滴に含まれた炭酸カルシウムが結晶化したタケノコ状の岩石（石筍、（注２））と湖で採取された炭酸カルシウムなどの沈殿物（湖底堆積物、（注３））の酸素安定同位体比のデータ（注４）を組み合わせ、コンピュータシミュレーションにより、過去８０００年の間に太平洋北米パターンが北米東海岸で高温、カナダ西側で低温となる負の状態（注５）から北米東海岸で低温、カナダ西側で高温となる正の状態（注６）に移り変わってきたことを新しく発見しました。また、約２００年の周期で東側と西側の差が有意に大きく変動していることがわかり、この周期は、ほぼ同じ周期で見られる太陽の活動（ド・ヴィリエ周期；（注７））と関連性があることを初めて示唆しました。
　このような太平洋北米パターンの長期的な変動を明らかにしようとする研究は、過去の大きな気候変動によって大気循環が大陸スケールでどのように変動したのかを解明する手掛かりとなります。加えて、太平洋北米パターンは北米だけではなく日本の天候にも大きな影響を与えるため、地球温暖化とも関連して、暖冬や厳冬の中長期的予測の改良に資することができると期待されます。

■発表者：
　芳村圭（東京大学大気海洋研究所　准教授）
　劉忠方（天津師範大学　准教授／元　日本学術振興会外国人特別研究員）

■発表のポイント：
　◆約８０００年前の北米大陸の大気は東海岸で高温、カナダ西側で低温となる負の状態が強かったことを、明らかにした。
　◆洞窟の岩石や湖の沈殿物の解析とコンピュータシミュレーションによって発見した。
　◆北米大陸の大気循環のパターンは、日本の天候にも大きな影響を与えるため、特に地球温暖化とも関連して、暖冬や厳冬の中長期的予測の改良に資すると期待される。

■発表内容：
　太平洋北米パターン（PNAパターン）は、北太平洋・カナダ西部・北米東海岸付近に東西のむきに列を作るように現れ、数日から数週間程度で変化する気温や気圧の偏差のパターンのことです。この現れ方によって北米の天候が大きく影響を受けるため、多くの研究がされてきました。その結果、エルニーニョ・ラニーニャ現象によって引き起こされる、地球大気が持つ固有振動であるというような理解が得られてきましたが、PNAパターンそのものが、数十年や数百年、数千年といった長い時間スケールにおいてどのような変動をしてきたのかはあまりわかっていませんでした。

　東京大学大気海洋研究所の芳村圭准教授と劉忠方　元　日本学術振興会外国人特別研究員（現中国天津師範大学准教授）らは、米国西バージニア州バックアイクリーク洞とオレゴン州オレゴン洞ナショナルモニュメントで採取された石筍とニュージャージー州グリネル湖およびカナダユーコン州ジェリービーン湖で採取された湖底堆積物の酸素安定同位体比データを、北米の東側のデータと西側のデータのペアとして組み合わせて用いるとPNAパターンの良い代替指標となることを見出しました。そして、石筍と湖底堆積物の両方のデータから、過去８０００年の間にPNAパターンが北米東海岸で高温、カナダ西側で低温となる負の状態から北米東海岸で低温、カナダ西側で高温となる正の状態に移り変わってきたことを発見しました（図１）。

　この移り変わりを芳村准教授が開発したモデルによるコンピュータシミュレーションにより確かめました。このモデルは水の酸素同位体比の物理的な変動メカニズムを組み込んだ気候モデルで、同位体大循環モデル（注８）と呼ばれているものです。大気海洋結合モデル（注９）によって再現された完新世中期（約８０００年前；注１０）と現在の海面水面分布を境界条件として用いたシミュレーションの結果、二つの時代の降水の酸素安定同位体比の差が、確かに現代の負のPNAパターンと正のPNAパターンの差とよく似ていることが判明しました（図２）。

　さらに、それら石筍と湖底堆積物の酸素安定同位体比データの変動をクロススペクトル解析すると、いずれのペアでも約２００年の周期で変動が同期していることがわかりました。そしてこの東西の差の大きな周期変動は、ほぼ同じ周期の太陽活動（ド・ヴィリエ周期）と良く同調していることが示唆されました（図３）。これらの結果から、PNAパターンは現実的には大気循環の数か月スケールの変動を表す指標であるにもかかわらず、それが数百年から数千年スケールでも、地球規模の気候変化の影響を受けて、大きく変化していることを明らかにしました。

　このようなPNAパターンの長期的な変動を明らかにしようとする研究は、過去の大きな気候変動によって大気循環が大陸スケールでどのように変動したのかを解明する大きな手掛かりとなります。また、現在の地球温暖化によってPNAパターンがどのように変化し、その結果降水量分布や気温分布がどのように変化するのかという予測に生かすことができます。PNAパターンは本質的にエルニーニョ現象と関連が深いため、PNAパターンに付随した天候の変化は北米だけではなく日本域にも影響を及ぼすことが知られており、暖冬や厳冬の一要因として捉えられています。今後は、北米とは別の地域で見られる天候パターン（たとえばより日本の近くに位置する西太平洋パターン）について同様の手法を用いるなどの応用が考えられています。


　※以下、リリース詳細は添付の関連資料を参照