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2021年1月14日

国立環境研究所のロゴマーク
過去の人間活動がもたらす日本南方沖の夏季異常高温
~2020年8月の記録的北西太平洋高温の要因を分析~

(筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、文部科学記者会、科学記者会同時配布)

2021年1月14日(木)
国立研究開発法人国立環境研究所
地球環境研究センター
気候変動リスク評価研究室
 

   国立環境研究所地球環境研究センターの林未知也特別研究員らの研究チームは、観測データと最新の気候モデル実験出力を用いて、2020年8月に生じた日本南方沖を含む北西太平洋の観測史上最高海面水温の発生要因を分析しました。その結果、過去の人間活動に伴う温室効果ガスの増加などにより、観測されたような異常高温の発生頻度が1000年に一度以下から約15年に一度まで既に増加していることが明らかになりました。その異常高温状態は21世紀半ばまでに8月の新たな平年状態(2年に一度以上発生する)となる可能性が高く、今後さらに顕在化する人為的気候変動への緩和・適応策の速やかな実施が求められます。
   本研究の成果は、2021年1月8日付で米国地球物理学連合から刊行される自然科学分野の学術誌「Geophysical Research Letters」に掲載されました。
 

1.研究の背景

   日本南方沖を含む北西太平洋の海面水温は、気象庁や米国海洋大気庁から報道されたように、2020年8月に観測史上で最も高くなりました(図1)。北半球では夏季になると28°Cを超える暖水域が赤道付近から北西太平洋へ張り出すため、北西太平洋の海面水温は例年8月に特に暖まります。一方、2020年8月には30°Cを超える異常高温域が西太平洋に広がり、日本南岸付近まで到達しました。少なくとも9月中旬まで続いたこの異常高温は、台風10号(ハイシェン)など熱帯低気圧の勢力を強め、日本や朝鮮半島への被害を甚大化した可能性があります。観測的研究から、海洋温暖化が20世紀半ばから全球規模で進行していることは知られています。また、海洋表層の長期昇温傾向が人間活動に伴う温室効果ガスの大気中濃度増加などで説明されると、数値気候モデルを用いた研究は指摘します。そのなかで特に、インド・西太平洋や大西洋の熱帯暖水域拡大の理解は、台風のような熱帯低気圧の特性の地球温暖化に伴う変化を予測する上で欠かせません。地球温暖化の進行を止める温室効果ガス排出削減策(緩和策)と影響を低減する対策(適応策)を適切に講じるためには、2020年8月の北西太平洋のような地域的異常高温の発生要因を定量的に理解する必要があります。

観測された8月の海面水温の水平構造および北西太平洋の海面水温の長期変化を表した図。クリックすると図が拡大します。
図1: 観測された8月の海面水温の水平構造および北西太平洋の海面水温の長期変化。
(a,b) 1981〜2010年平均と2020年の8月海面水温と北西太平洋領域(緑線)。(c) 1901〜2019年(シアンから赤)と2020年(紫)の北西太平洋の海面水と1981〜2010年の平均値(黒)。気象研究所が提供するCOBE SST2を用いました。

2.研究の目的

   本研究は、日本南方沖を含む北西太平洋の海面水温が2020年8月に未曾有の高温となった事例に対して、温室効果ガス排出量増加などの人間活動が与える影響を定量的に評価することを目的とします。最新の数値気候モデルによる多くの実験出力と観測データから、2020年8月に北西太平洋で観測された異常高温を超える状態が起こる確率を、20世紀から現在・将来の気候について統計的に見積もります。

3.研究手法

   本研究では、日本南方沖を含む北西太平洋(東経120度〜180度・北緯20度〜35度の海域に着目)での8月の海面水温について、観測データと最新の多数の数値気候モデルによる実験出力を用いた統計解析をしました。気象庁気象研究所が提供する全球海面水温の長期客観解析データ(COBE SST2)を、1901〜2020年の観測データとして用いました。さらに、観測データだけでは地球システムの自然変動と人間活動がもたらす気候変化とを定量的に区別することが難しいため、第6期結合モデル相互比較計画(CMIP6; 注釈1)に参画する世界各国が開発した31の気候モデルからなる集合(アンサンブル)を利用します。CMIP6アンサンブルは、1850〜2100年までの人間活動による二酸化炭素を含む温室効果ガスや大気汚染物質などエアロゾルの排出、火山・太陽活動などの自然起源の気候変動要因を与える一連の過去再現実験と将来予測シナリオ実験に加えて(注釈2)、産業革命前(1850年)条件の参照実験を提供します。北西太平洋での8月の海面水温が含む温暖化シグナルと年々の起こりうる変動幅はそれぞれ、系統誤差を補正(注釈3)したCMIP6アンサンブルの中央値(2年に一度は超える値)と95%発生確率幅(20年に一度は起こる範囲)として算出されます。また、2020年までの気候変動の検出と要因分析のために、1850年以降の人間活動に伴う温室効果ガス濃度や大気汚染物質排出量の増加などを考慮しない数値実験(非温暖化実験)などの感度実験も併せて解析しました(注釈4)。

4.研究結果と考察

   北西太平洋における8月の海面水温は、利用した観測データの全てで2020年に観測史上最高水温を記録しました(図2)。CMIP6アンサンブルによる過去再現実験の結果は、1901〜2020年にかけての観測値と整合的です。このことは、ほとんどの観測値が過去再現実験の変動幅内にあることから分かります。一方、産業革命前(参照実験)の変動幅を大きく超える海面水温は、20世紀の間ほとんど観測されませんが、2010年以降たびたび発生しています。これは、1980年代以降は温室効果ガス濃度増加による昇温効果が大気汚染物質による冷却効果より大きくなったためだと確認されました。1980年代以降の加速的な昇温の結果、2010年には温暖化シグナルが産業革命前の変動幅を超え、記録的な異常高温が発生しやすくなりました。以上の結果を踏まえると、2020年8月の異常高温は、温暖化シグナルなしではほぼ起こり得ませんが、温暖化が進んだ現在の気候であれば年々の自然変動に伴い十分に生じ得る事例だと言えます。

北西太平洋における観測および気候モデルの海面水温の時系列に表した図。クリックすると図が拡大します。
図2: 北西太平洋における観測および気候モデルの海面水温の時系列。
CMIP6アンサンブルから見積もられた温暖化シグナル(黒線)と年々の変動幅(陰影)は、観測データ(赤線)をよく再現します。黒破線はCMIP6アンサンブルから見積もられた産業革命前の年々の変動幅を示します。観測データとして用いたCOBE SST2(赤線)は、米国や英国が提供する観測的データ(点線)と整合します。

   次に、2020年8月に相当する北西太平洋の異常高温が発生する確率の変化を20世紀から現在・将来気候にかけて見積もり、過去の人間活動の寄与を定量的に評価しました(図3)。20世紀(1901〜2000年)に2020年8月を超える高温状態が発生する頻度は非常に低く、過去再現実験から約600年に一度(毎年0.16%の確率)と見積もられます。温暖化シグナルが顕在化する2001〜2020年での発生頻度は約15年に一度(6.9%)であり、観測と同様、20世紀から大きく増加したことが分かります。一方、産業革命後の人間活動の影響がなければ2001〜2020年での発生頻度は1000年に一度以下(0.10%以下)と極めて低いことが、非温暖化実験から分かります。したがって、2020年8月の異常高温状態は、過去の人間活動による温室効果ガス増加に伴う温暖化が無ければ発生する可能性は極めて低かったと結論づけられます。
   さらに、CMIP6アンサンブルによる将来予測シナリオ実験から、2031〜2050年には2020年相当の異常高温状態が8月の新たな平常状態(2年に一度以上発生する状態)となることが予測されました(図3)。CMIP6アンサンブルのさらなる解析から、28°Cを超える暖水域が2031〜2050年には日本や朝鮮半島、インド西海岸、米国本土東海岸やハワイ諸島西方沖を覆うほど拡大することを示唆する結果が得られています。これらの地域では将来、熱帯低気圧の強化などによる自然災害の変容やサンゴなどの海洋生物への悪影響が危惧されます。また、たとえ全球平均気温の産業革命前からの上昇をパリ協定で目標として定めた1.5°Cや2℃に留めても、このような状況は免れない可能性が高いことが示されました。

観測および気候モデルの北西太平洋の海面水温の発生確率密度関数を表した図。クリックすると図が拡大します。
図3: 観測および気候モデルの北西太平洋の海面水温の発生確率密度関数。
CMIP6アンサンブルから見積もられた1901〜2000年(黒線)と2001〜2020年(赤線)での発生確率は観測値と整合し(陰影と赤マーク)、2031〜2050年 (黄線)での発生確率のピークは2020年の観測値(赤点線)を超えます。人間活動の影響を考慮しない非温暖化実験(細い青線)は2001〜2020年の観測値(赤マーク)を再現しません。

5.今後の展望

   本研究では、2020年8月の北西太平洋の記録的高温は人間活動に伴う気候変動によってもたらされた可能性が極めて高いことを示しました。この成果は、同年に発生した台風の発生・発達要因の分析や、過去から将来にかけての日本近辺での豪雨や台風、海洋生物などの長期変化の理解の進展につながることが予想されます。今後、本研究で定量化された温暖化シグナルを考慮して自然変動のさらなる調査を進めることで、近年の北西太平洋異常高温のより詳細なメカニズムが解き明かされると期待されます。

6.注釈

※1:第6期結合モデル相互比較計画(CMIP6)では、気候変動に関する政府間パネル(IPCC)が2022年に刊行する予定の第6次報告書など、気候に関わる研究に幅広く利用されている多数の気候モデルによる実験出力が集約されています。

※2:CMIP6アンサンブルは、それぞれの気候モデルに産業革命以降の温室効果ガス濃度、大気汚染物質排出、火山活動、太陽活動などの気候変動要因の時間変化を与えた過去再現実験(1850〜2014年)と将来予測シナリオ実験(2015〜2100年; ここではSSP2-4.5と呼ばれる中庸的なシナリオ)からなります。31の気候モデルについて、それぞれ1メンバーずつ用いました。

※3:気候モデルが再現する長期変化に焦点を当てるために、気候モデルが含む平均状態の系統誤差を低減させる補正を施しました。北西太平洋での海面水温の上昇傾向が比較的小さい1921〜1980年8月の長期平均値について、それぞれの気候モデルによる過去再現実験と観測データ(COBE SST2)がデータ格子ごとに合うように、モデル実験出力は補正されています。

※4:気候変動の検出と要因分析に関するモデル相互比較計画(DAMIP)として、それぞれの気候変動要因(人為的温室効果ガス排出量の長期変化のみ・人為的エアロゾル排出量の長期変化のみ・火山や太陽活動など自然起源の長期変化のみ)およびその全てを1850〜2020年に気候モデルへ与えた4つの感度実験出力が一部のCMIP6モデルにより提供されています。6つの気候モデルについて、それぞれ3メンバーずつ用いました。

7.研究助成

   本研究は、文部科学省「統合的気候モデル高度化研究プログラム」(JPMXD0717935457)および(独)環境再生保全機構の環境研究総合推進費(JPMEERF20192004)の支援を受けて実施されました。

8.発表論文

【タイトル】The Northwestern Pacific Warming Record in August 2020 Occurred under Anthropogenic Forcing

【著者】Michiya Hayashi, Hideo Shiogama, Seita Emori, Tomoo Ogura, and Nagio Hirota

【雑誌】Geophysical Research Letters

【DOI】10.1029/2020GL090956

【URL】https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2020GL090956【外部サイトに接続します】

9.問い合わせ先

【研究に関する問い合わせ】
国立研究開発法人国立環境研究所 地球環境研究センター
気候変動リスク評価研究室 特別研究員 林未知也
気候変動リスク評価研究室 室長 塩竈秀夫

【報道に関する問い合わせ】
国立研究開発法人国立環境研究所 企画部広報室
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029-850-2308