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日本の冬季・夏季地上気温の卓越変動と大気大循環 との関係

著者 八木  晃司

学位授与機関 Tohoku University

URL http://hdl.handle.net/10097/39863

日本の冬季・夏季地上気温の卓越変動と 大気大循環との関係

八 木 晃 司

東北大学 大学院理学研究科 地球物理学専攻

2007 年 12 月

要 旨

日 本 の 気 候 に は ，暖 冬 や 寒 冬 ，冷 夏 や 暑 夏 な ど の 大 き な 気 温 の 経 年 変 動 が 存 在 す る ．こ の 大 き な 気 温 の 経 年 変 動 は ，中・高 緯 度 に お け る 偏 西 風 の 蛇 行 や 熱 帯 域 の エ ル ニ ー ニ ョ ・ 南 方 振 動 （El Niño / Southern Oscillation: ENSO） 現 象 な ど ，大 気 大 循 環 の さ ま ざ ま な 現 象 に 影 響 さ れ て い る ．す な わ ち ，日 本 の 暖 冬 ／ 寒 冬 や 冷 夏 ／ 暑 夏 の メ カ ニ ズ ム の 解 明 に は ，大 気 大 循 環 と の 関 係 の 理 解 が 必 要 と さ れ る ．

大 気 大 循 環 場 に は ，「 テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン 」 の 存 在 が 知 ら れ て い る ． テ レ コ ネ ク シ ョ ン（teleconnection）と は ，遠 く 離 れ た 複 数 の 地 点 の 大 気 が 同 期 し て 変 動 す る 現 象 で あ る ． こ れ ま で に 北 半 球 で 13種 類 の パ タ ー ン が 同 定 さ れ て お り ， 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動 と し て 解 釈 で き る こ と が 明 ら か に さ れ て い る ． す な わ ち ，日 本 の 気 候 と 大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る 場 合 ，そ の 卓 越 変 動 で あ る テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン と の 関 係 解 明 が 重 要 と な る ．

第 1 章 で は ，関 連 す る こ れ ま で の 研 究 を レ ビ ュ ー し ，本 研 究 の 目 的 を 述 べ る ． 北 半 球 の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン と 気 候 と の 関 連 に つ い て ，こ れ ま で 多 く の 研 究 が お こ な わ れ て き た ．日 本 の 冬 季 の 気 候 と 関 連 す る も の と し て ，太 平 洋 ／ 北 ア メ リ カ （Pacific / North American: PNA） パ タ ー ン や 西 太 平 洋 （Western Pacific: WP）パ タ ー ン な ど ，い く つ か の パ タ ー ン が 指 摘 さ れ て い る ．ま た 近 年 ，

「 北 極 振 動（Arctic Oscillation: AO）」と 呼 ば れ る 北 半 球 で 最 も 卓 越 す る 半 球 規 模 の 大 気 の 変 動 パ タ ー ン と 日 本 の 気 候 と の 関 連 も 報 告 さ れ て い る ．さ ら に ，北 半 球 の 夏 季 に つ い て も ，東 ア ジ ア の 天 候 に 関 連 す る 四 つ の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン（ ヨ ー ロ ッ パ ‐ 日 本（Europe-Japan: EJ）1・EJ2・西 ア ジ ア ‐ 日 本（West Asia-Japan: WJ）・ 太 平 洋 ‐ 日 本 （Pacific-Japan: PJ）） が 近 年 同 定 さ れ て い る ． し か し な が ら ，こ れ ま で の 研 究 で は 大 気 大 循 環 の 記 述 に 主 眼 が 置 か れ ，日 本 の 気 候 に と っ て ど の パ タ ー ン の 影 響 が 本 質 的 に 重 要 な の か は ，明 確 に は 理 解 さ れ て い な い ． 日 本 の 気 候 に 関 連 す る パ タ ー ン の 相 対 的 な 重 要 性 が 評 価 で き れ ば ， 日 本 の 暖 冬 ／ 寒 冬 や 冷 夏 ／ 暑 夏 の よ り 確 実 な 予 測 に 貢 献 す る こ と が 期 待 さ れ る ．そ こ で 本 研 究 で は ，日 本 の 気 候 の 卓 越 変 動 に 主 眼 を 置 き ，そ の 大 気 大 循 環

と の 関 係 を 調 べ る こ と に よ り ，日 本 の 気 候 に と っ て よ り 重 要 と な る テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン を 提 示 す る こ と を 目 的 と す る ．

第 2 章 で は ，ま ず ，日 本 の 冬 季 の 気 候 の 卓 越 変 動 を 抽 出 す る た め に ，日 本 の 気 象 官 署 の 地 上 気 温 デ ー タ を 代 表 的 な パ ラ メ ー タ と し て 使 用 し ，回 転 経 験 的 直 交 関 数（Rotated Empirical Orthogonal Function: REOF）解 析 を お こ な っ た ．REOF 解 析 に は ， 都 市 化 の 影 響 を 考 慮 し て 全 155地 点 中 57 地 点 の デ ー タ を 独 自 に 選 ん で 使 用 し た ． そ の 結 果 ， 全 変 動 エ ネ ル ギ ー の 約 90%を 説 明 す る 二 つ の モ ー ド が 抽 出 さ れ た ．第 1 モ ー ド は 東 日 本 以 西 の 地 域 ，第 2 モ ー ド は 北 日 本 を 中 心 と す る 変 動 パ タ ー ン で あ っ た ．次 に ，こ の 上 位 2 モ ー ド と 大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る た め に ，各 モ ー ド の 時 係 数 と 北 半 球 の 海 面 気 圧 場 と の 回 帰 分 析 を お こ な っ た ．そ の 結 果 ，第 1 モ ー ド は WPパ タ ー ン の 活 動 に ，第 2 モ ー ド は AOの 活 動 に 対 応 し て い る こ と が わ か っ た ． こ の 結 果 は ， 日 本 の 気 象 官 署 57地 点 の 地 上 気 温 と 55 地 点 の 海 面 気 圧 の 特 異 値 分 解 解 析 か ら も 確 か め ら れ た ． さ ら に こ の 上 位 2 モ ー ド と 日 本 周 辺 の 海 上 風 お よ び 地 上 気 温 場 と の 回 帰 分 析 を お こ な っ た ．そ の 結 果 ，そ れ ぞ れ 第 1 モ ー ド は 西 日 本 付 近 で の ，第 2 モ ー ド は 北 日 本 付 近 で の 南 東 風 偏 差 お よ び 北 西 風 気 候 値 に よ る 温 度 移 流 と の 関 係 が 認 め ら れ た ．す な わ ち ，日 本 の 冬 季 の 地 上 気 温 の 経 年 変 動 の 支 配 的 要 因 は 大 気 大 循 環 の WPパ タ ー ン と AO で あ り ，い ず れ も 北 西 季 節 風 を 介 し た 温 度 移 流 が そ の 地 上 気 温 の 変 動 に 寄 与 し て い る こ と が 示 さ れ た ．一 方 ，実 際 に こ れ ら 二 つ の 大 気 大 循 環 の 変 動 パ タ ー ン に よ り ど の 程 度 日 本 の 地 上 気 温 変 動 が 再 現 で き る の か を 調 べ る た め に ，二 つ の 指 数 を 用 い た 重 回 帰 分 析 を お こ な っ た ．そ の 結 果 ，日 本 の 地 上 気 温 変 動 の 約 6 割 が 説 明 さ れ る こ と が 示 さ れ た ．こ れ ら の 結 果 は ，こ れ ま で 日 本 の 気 候 と の 関 連 が 指 摘 さ れ て き た PNA パ タ ー ン や そ の 他 の パ タ ー ン の 寄 与 が ， 相 対 的 に 小 さ い こ と も 同 時 に 示 し て い る ．

第 3 章 で は ， 約 20 年 ぶ り の 大 寒 冬 を 記 録 し た 2005 年 12月 と ， 記 録 的 な 暖 冬 を 経 験 し た 翌 年 の 2006年 12 月 の 日 本 の 天 候 の 差 異 の 要 因 を ，大 気 大 循 環 の 観 点 か ら 理 解 す る こ と を 目 的 と し た ．熱 帯 太 平 洋 に お い て ，2005年 12月 は ラ ニ ー ニ ャ 現 象 ，2006年 12月 は エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 が 生 じ て い た ．こ の こ と か ら ， ENSO 時 に 励 起 さ れ る 大 気 大 循 環 の 三 つ の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン （WP・

PNA・ 熱 帯 ／ 北 半 球 （Tropical / Northern Hemisphere: TNH）） と ， さ ら に 日 本

の 冬 季 の 気 候 の 経 年 変 動 の 支 配 的 要 因 と し て 前 章 で 論 じ た AO を 加 え た 四 つ の パ タ ー ン に 着 目 し ， そ れ ら の 活 動 度 指 数 を 両 年 で 比 較 考 察 し た ． そ の 結 果 ， 特 に WP 指 数 と AO指 数 が ，2005 年 12月 は 日 本 に 気 温 低 下 を も た ら す 負 の 値 を ，逆 に 2006年 12月 は 日 本 に 気 温 上 昇 を も た ら す 正 の 値 を と っ て い た こ と が わ か っ た ． す な わ ち ， 両 年 の 日 本 の 天 候 の 差 異 に は ，WPパ タ ー ン と AO の 活 動 度 の 違 い が 重 要 で あ り ，二 つ の パ タ ー ン が 重 な り 合 っ た 結 果 ，気 温 低 下 も し く は 上 昇 を も た ら す 大 気 循 環 場 に な っ て い た こ と が 示 さ れ た ．さ ら に ，本 研 究 の 観 点 の 妥 当 性 を 確 か め る た め に ，こ こ で 用 い た 四 つ の パ タ ー ン の 各 活 動 度 指 数 に 対 す る 500hPa 面 高 度 場 の 線 形 回 帰 成 分 を 重 ね 合 わ せ る こ と に よ り ， 両 年 12 月 の 観 測 さ れ た 500hPa 面 高 度 場 の 再 現 性 を 調 べ た ．そ の 結 果 ，こ れ ら 四 つ の パ タ ー ン の 組 合 せ に よ り ，北 太 平 洋 西 部 の 大 気 循 環 場 が ほ ぼ 再 現 で き る こ と が 示 さ れ た ．こ の 結 果 は ，北 半 球 冬 季 に み ら れ る 他 の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン の 北 太 平 洋 西 部 へ の 影 響 が あ ま り な か っ た こ と も 同 時 に 示 し て い る ．

第 4 章 で は ，ま ず ，日 本 の 夏 季 の 地 上 気 温 に 対 し て ス ペ ク ト ル 解 析 を お こ な い ，そ の 変 動 の 時 間 特 性 を 調 べ た ．そ の 結 果 ，南 西 諸 島 を 除 く 北 日 本・東 日 本・

西 日 本 で ，特 に 7 か ら 9年 の ス ペ ク ト ル ギ ャ ッ プ よ り 短 い 周 期 帯 に 類 似 し た 傾 向 が 認 め ら れ た ． こ れ は 日 本 の 冬 季 の 地 上 気 温 に は み ら れ な い 傾 向 で あ っ た ． 日 本 の 夏 季 の 地 上 気 温 に お け る よ り 支 配 的 な 変 動 に 着 目 す る た め に ，こ こ で は 日 本 の 夏 季 の 南 西 諸 島 を 除 く 8年 よ り も 短 い 周 期 帯 の 変 動 に 着 目 し ，テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン の 寄 与 を 調 べ た ．第 2章 と 同 様 に ，ま ず ，日 本 の 夏 季 の 気 候 の 卓 越 変 動 を 抽 出 す る た め ，日 本 の 気 象 官 署 の 地 上 気 温 デ ー タ の REOF解 析 を お こ な っ た ．REOF 解 析 に は ， 都 市 化 の 影 響 を 考 慮 し て 全 155 地 点 中 52 地 点 の デ ー タ を 独 自 に 選 ん で 使 用 し た ． そ の 結 果 ， 全 変 動 エ ネ ル ギ ー の 約 90%を 説 明 す る 三 つ の モ ー ド が 抽 出 さ れ た ．第 1モ ー ド は 西 日 本 ，第 2 モ ー ド は 北 日 本 ，第 3 モ ー ド は 東 日 本 を 中 心 と す る 変 動 パ タ ー ン で あ っ た ．次 に ，こ の 上 位 3 モ ー ド と 大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る た め ，各 モ ー ド の 時 係 数 と 北 半 球 の 等 圧 面 高 度 場 と の 回 帰 分 析 を お こ な っ た ．そ の 結 果 ，第 1 モ ー ド は WJ パ タ ー ン の 活 動 に ， 第 2 モ ー ド は PJ パ タ ー ン の 活 動 に ， 第 3 モ ー ド は EJ2パ タ ー ン の 活 動 に 対 応 し て い る こ と が わ か っ た ．さ ら に ，こ れ ら 三 つ の モ ー ド と 日 本 周 辺 の 海 上 風 お よ び 地 上 気 温 場 ， 日 照 時 間 と の 回 帰 分 析 を お こ な っ た ． そ の 結 果 ，

第 1 モ ー ド は 西 日 本 付 近 で の 日 照 時 間 の 多 寡 と の 関 係 ，第 2，第 3 モ ー ド は 北 日 本 や 東 日 本 付 近 で の オ ホ ー ツ ク 海 高 気 圧 の 変 動 に と も な う 冷 涼 な 北 東 気 流

（ ヤ マ セ ）に よ る 温 度 移 流 や 日 照 時 間 の 多 寡 と の 関 係 が 認 め ら れ た ．す な わ ち ， 日 本 の 夏 季 の 地 上 気 温 の 経 年 変 動 の 支 配 的 要 因 は 大 気 大 循 環 の WJ，PJ， お よ び EJ2パ タ ー ン で あ り ，日 照 時 間 や ヤ マ セ に と も な う 温 度 移 流 が そ の 地 上 気 温 の 変 動 に 寄 与 し て い る こ と が 示 さ れ た ．一 方 ，実 際 に こ れ ら 三 つ の 大 気 大 循 環 の 変 動 パ タ ー ン に よ り ど の 程 度 日 本 の 地 上 気 温 変 動 が 再 現 で き る の か を 調 べ る た め ，そ れ ら の 指 数 に 対 す る 重 回 帰 分 析 を お こ な っ た ．そ の 結 果 ，日 本 の 地 上 気 温 変 動 の 約 6 割 が 説 明 さ れ る こ と が 示 さ れ た ．こ れ ら の 結 果 は ，こ れ ま で 日 本 の 気 候 と の 関 連 が 指 摘 さ れ て き た そ の 他 の パ タ ー ン の 寄 与 が 小 さ い こ と も 同 時 に 示 し て い る ．

第 5 章 で は ，本 研 究 の ま と め を お こ な っ た ．本 研 究 は ，日 本 の 冬 季 と 夏 季 の 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 に 主 眼 を 置 き ，そ の 大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る こ と に よ り ，日 本 の 気 候 に と っ て よ り 重 要 と な る テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン を 提 示 す る こ と を 目 指 し た も の で あ っ た ．そ の 結 果 ，日 本 の 気 候 の 卓 越 変 動 は ，大 気 大 循 環 に お け る 少 数 の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン お よ び 変 動 パ タ ー ン に よ り そ の 大 部 分 が 説 明 で き ，冬 季 地 上 気 温 は WP パ タ ー ン と AO，夏 季 地 上 気 温 は WJ・ PJ・EJ2 パ タ ー ン の 重 ね 合 わ せ に よ り ，そ れ ぞ れ 約 6 割 の 変 動 が 再 現 で き る こ と が 示 さ れ た ．本 研 究 に よ り ，日 本 の 暖 冬 ／ 寒 冬 や 冷 夏 ／ 暑 夏 の メ カ ニ ズ ム を 考 え る 上 で よ り 重 要 と な る 要 素 が 大 気 大 循 環 の 観 点 か ら 観 測 デ ー タ を も と に 整 理 さ れ た ．こ れ ら の パ タ ー ン の 監 視 が ，日 本 の 暖 冬 ／ 寒 冬 や 冷 夏 ／ 暑 夏 の 理 解 と そ の 予 報 に 有 用 で あ る と 考 え ら れ る ．今 後 の 研 究 課 題 は ，日 本 の 気 候 に と っ て 重 要 で あ る こ と を 提 示 し た こ れ ら の パ タ ー ン の 励 起 メ カ ニ ズ ム の 解 明 で あ る ．そ の た め に は ，そ の 励 起 源 や 励 起 さ れ る 過 程 に つ い て 観 測 デ ー タ や モ デ ル を 用 い て 詳 細 に 調 べ る 必 要 が あ る ．

謝 辞

本 研 究 は ，花 輪 公 雄 教 授 ，須 賀 利 雄 准 教 授 ，木 津 昭 一 准 教 授 ，な ら び に 大 気 海 洋 変 動 観 測 研 究 セ ン タ ー の 川 村 宏 教 授 ，境 田 太 樹 准 教 授 ，島 田 照 久 助 教 の ご 指 導 の も と に お こ な わ れ ま し た ．

花 輪 公 雄 教 授 に は ，御 多 忙 に も か か わ ら ず ，大 学 院 の 5年 を 通 じ て 非 常 に 多 く の ご 指 導 を い た だ き ま し た ．研 究 の 方 向 性 に 行 き 詰 っ た 際 に は ，研 究 内 容 を 整 理 し て い た だ き ，新 た な 方 向 性 を 示 し て い た だ き ま し た ．厚 く 御 礼 申 し 上 げ ま す ．

木 津 昭 一 准 教 授 に は ，日 頃 か ら 度 々 貴 重 な ご 意 見 を い た だ き ま し た ．特 に 修 士 課 程 2 年 か ら 博 士 課 程 2 年 の 前 期 ま で の 間 は ，私 自 身 の 指 導 教 員 を 務 め て い た だ き ，大 変 お 世 話 に な り ま し た ．話 の 論 理 の 組 み 立 て 方 か ら 研 究 の 細 部 ま で 非 常 に き め 細 や か な ご 指 導 を い た だ き ま し た ． 深 く 感 謝 い た し ま す ．

須 賀 利 雄 准 教 授 に は ，セ ミ ナ ー だ け で な く 多 く の 場 面 で 的 確 な ご 助 言 を い た だ き ま し た ．ま た ，普 段 の お 茶 の 時 間 な ど で も 私 自 身 に と っ て 有 益 な 話 を た く さ ん し て い た だ き ま し た ． 心 か ら 御 礼 申 し 上 げ ま す ．

大 気 海 洋 変 動 観 測 研 究 セ ン タ ー の 川 村 宏 教 授 ，境 田 太 樹 准 教 授 ，島 田 照 久 助 教 に も ， セ ミ ナ ー な ど で ご 指 導 い た だ き ま し た ． 深 く 感 謝 い た し ま す ．

上 原 裕 樹 氏 に は ，様 々 な 場 面 で 叱 咤 激 励 し て い た だ き ま し た ．本 論 文 を ま と め る 際 に も ， た く さ ん の ご 助 言 を い た だ き ま し た ． 心 か ら 御 礼 申 し 上 げ ま す ． 杉 本 周 作 氏 に は ，計 算 機 の 管 理 を し て い た だ き ま し た ．ま た ，常 日 頃 か ら 数 多 く の 相 談 に 応 じ て い た だ き ま し た ．そ の 研 究 に 対 す る 姿 勢 か ら も ，非 常 に 多 く の こ と を 学 ば せ て い た だ き ま し た ．心 か ら 御 礼 申 し 上 げ ま す ．鋤 柄 千 穂 氏 に は ， セ ミ ナ ー や 予 備 審 査 前 の リ ハ ー サ ル な ど で 的 確 な ご 意 見 を い た だ き ま し た ．誠 に あ り が と う ご ざ い ま し た ．矢 吹 崇 氏 に も ，予 備 審 査 前 な ど に ご 助 言 を い た だ き ま し た ． 気 に か け て い た だ き ， 深 く 感 謝 い た し ま す ．

坪 内 崇 真 氏 は ，同 期 と し て 多 く の 場 面 で 私 に と っ て の 励 み と な り ま し た ．さ ま ざ ま な 物 事 に 対 す る 積 極 的 な 姿 勢 か ら も 多 く の こ と を 学 ば せ て い た だ き ま し た ．心 よ り 感 謝 い た し ま す ．服 部 友 則 氏 に も ，的 確 な ご 意 見 を 多 く い た だ き

ま し た ．深 く 感 謝 い た し ま す ．Rahmat Hidayat 氏 に は ，暖 か い ご 声 援 を い た だ き ま し た ．ま た ，私 自 身 の 英 語 力 の 無 さ も 痛 感 さ せ て い た だ き ま し た ．誠 に あ り が と う ご ざ い ま し た ．遠 山 勝 也 氏 に は ，私 自 身 の 研 究 分 野 に つ い て 興 味 を 示 し て い た だ き ，度 々 質 問 し て い た だ き ま し た ．い ろ い ろ と 説 明 を す る 過 程 で 私 自 身 に と っ て も 大 変 勉 強 に な り ま し た ．ま た ，本 論 文 の 校 正 に も ご 協 力 い た だ き ま し た ． 深 く 感 謝 い た し ま す ．

お 茶 の 時 間 を と も に し た 成 清 久 美 子 氏 ，西 田 充 朗 氏 に は ，暖 か い ご 声 援 を い た だ き ま し た ．二 人 の お か げ で ，快 適 に 研 究 を 進 め る こ と が で き ま し た ．心 よ り 感 謝 申 し 上 げ ま す ．中 川 嘉 剛 氏 に は ，本 論 文 の 作 成 に あ た り ，様 々 な 差 し 入 れ を い た だ き ま し た ．阿 部 泰 人 氏 ，伊 藤 治 仁 氏 ，三 保 恵 里 氏 ，佐 藤 岳 仁 氏 ，岡 崎 麻 佑 氏 ，中 田 真 帆 氏 に も 暖 か い ご 声 援 を い た だ き ま し た ．重 ね て 感 謝 申 し 上 げ ま す ．

こ こ に 記 し た 方 々 の ほ か に ，研 究 室 の 卒 業 生 で あ る ，安 中 さ や か 氏 ，長 谷 川 拓 也 氏 ，堀 井 孝 憲 氏 に は 研 究 を 進 め る 上 で 大 変 お 世 話 に な り ま し た ．ま た ，地 理 学 教 室 の 境 田 清 隆 教 授 ，同 教 室 の 卒 業 生 の 高 橋 信 人 氏 に も 数 多 く の 場 面 で お 世 話 に な り ま し た ．誠 に あ り が と う ご ざ い ま し た ．研 究 室 秘 書 の 伊 藤 久 美 子 氏 ， COE事 務 員 の 水 田 奈 緒 子 氏 ，熊 谷 志 津 子 氏 に も 度 々 ご 迷 惑 を お か け し ま し た ． 最 後 に な り ま し た が ，両 親 や 友 人 の 支 え な く し て 研 究 生 活 を 送 る こ と は で き ま せ ん で し た ． 心 よ り 深 く 感 謝 い た し ま す ．

論 文 目 次

1. 序 1

1.1 日 本 の 気 候 と 大 気 大 循 環 ...1

1.2 大 気 大 循 環 に お け る テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン ...2

1.3 テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン と 日 本 周 辺 の 気 候 と の 関 連 ...3

1.4 日 本 の 気 候 と 関 連 す る 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動 ...4

1.5 本 研 究 の 目 的 ...4

1.6 本 研 究 の 構 成 ...5

2. 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 と 冬 季 の 大 気 大 循 環 と の 関 係 10

2.1 背 景 ... 10

2.2 デ ー タ と 手 法 ... 11

2.3 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 ... 12

2.4 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 と 冬 季 の 大 気 大 循 環 と の 関 係 ... 13

2.4.1 第 1 モ ー ド ... 13

2.4.2 第 2 モ ー ド ... 13

2.5 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動 パ タ ー ン と 日 本 の 地 上 気 温 と の 関 係 ... 14

2.6 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動 パ タ ー ン に よ る 日 本 の 地 上 気 温 の 再 現 性 ... 16

2.7 ま と め ... 17

3. 2005年 12月 と 2006 年 12月 の 大 気 大 循 環 と 日 本 の 天 候 33

3.1 背 景 ... 33

3.2 デ ー タ と 手 法 ... 34

3.3 2005 年 12 月 と 2006 年 12月 の 日 本 の 天 候 の 解 釈 ... 35

3.3.1 日 本 の 冬 季 の 天 候 の 経 年 変 動 の 支 配 的 要 因 ... 36

3.3.2 ENSOの 間 に 励 起 さ れ る テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン ... 36

3.4 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動 パ タ ー ン に よ る 500hPa 面 高 度 の 再 現 性 ... 39

3.5 ま と め ... 39

4. 日 本 の 夏 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 と 夏 季 の 大 気 大 循 環 と の 関 係 52

4.1 背 景 ... 52

4.2 デ ー タ と 手 法 ... 54

4.3 日 本 の 夏 季 地 上 気 温 の ス ペ ク ト ル ... 55

4.4 日 本 の 夏 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 ... 55

4.5 日 本 の 夏 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 と 夏 季 の 大 気 大 循 環 と の 関 係 ... 56

4.5.1 第 2 モ ー ド と 第 3 モ ー ド ... 57

4.5.2 第 1 モ ー ド ... 58

4.6 テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン に よ る 日 本 の 地 上 気 温 の 再 現 性 ... 58

4.7 ま と め ... 59

5. 結 論 77 5.1 本 研 究 の ま と め ... 77

5.2 今 後 の 課 題 ... 80

参 考 文 献 82

第 1 章

序

1.1 日 本 の 気 候 と 大 気 大 循 環

日 本 の 気 候 に は ，暖 冬 や 寒 冬 ，冷 夏 や 暑 夏 な ど の 大 き な 気 温 の 経 年 変 動 が 存 在 す る ．こ れ ら の 現 象 は ，冬 の シ ベ リ ア 高 気 圧 や ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 ，夏 の 太 平 洋 高 気 圧 や オ ホ ー ツ ク 海 高 気 圧 な ど ，特 定 の 季 節 に 出 現 す る 停 滞 性 の 高 ・ 低 気 圧 の 位 置 や 強 さ が 平 年 の 状 態 か ら 顕 著 に 偏 っ た こ と に よ り 発 生 す る こ と が 多 い ．

太 平 洋 高 気 圧 な ど の 特 定 の 季 節 に 出 現 す る 停 滞 性 の 高 ・ 低 気 圧 の 生 成 に は ， 海 陸 分 布 や 海 面 水 温 の 分 布 な ど に よ る 地 表 面 の 加 熱 の 不 均 一 ，ヒ マ ラ ヤ な ど の 山 岳 に よ る 力 学 的 な 効 果 が 重 要 で あ る ．一 方 ，平 年 の 状 態 か ら の 偏 り は ，中 ・ 高 緯 度 に お け る 偏 西 風 の 蛇 行 や ブ ロ ッ キ ン グ 高 気 圧 な ど ，主 に 中・高 緯 度 大 気 の 力 学 に 起 因 す る 変 動 に よ っ て 大 き く 左 右 さ れ る ．ま た ，マ ッ デ ン・ジ ュ リ ア ン 振 動 （Madden-Julian Oscillation: MJO） と 呼 ば れ る 赤 道 域 の 季 節 内 振 動 ， ア ジ ア モ ン ス ー ン ， あ る い は エ ル ニ ー ニ ョ ／ 南 方 振 動 （El Niño / Southern Oscillation: ENSO）現 象 な ど の 熱 帯 域 を 中 心 と す る 大 気 ・海 洋 現 象 に 関 連 す る 変 動 に も 影 響 さ れ る ．さ ら に ，北 太 平 洋 数 十 年 変 動 な ど の 十 年 か ら 数 十 年 ス ケ ー ル の 変 動 や ，よ り 長 い 時 間 ス ケ ー ル の 地 球 温 暖 化 に も 影 響 さ れ る ．こ の よ う に 停 滞 性 の 高・低 気 圧 の 平 年 か ら の 偏 り が 大 気 大 循 環 の 現 象 の 影 響 を 受 け る こ と か ら ，日 本 の 暖 冬 や 寒 冬 ，冷 夏 や 暑 夏 が 大 気 大 循 環 の 現 象 に 起 因 す る こ と が わ か る ．

し た が っ て ，日 本 の 暖 冬 や 寒 冬 ，冷 夏 や 暑 夏 の メ カ ニ ズ ム の 解 明 に は 大 気 大 循 環 と の 関 係 の 理 解 が 必 要 と な る ．そ こ で ，本 研 究 で は ，日 本 の 気 候 の 卓 越 変 動 と 大 気 大 循 環 と の 関 係 に つ い て 着 目 す る ．

1.2 大 気 大 循 環 に お け る テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン

大 気 大 循 環 と は ， 地 球 規 模 で 循 環 す る 組 織 だ っ た 大 気 の 流 れ の こ と を 指 す ． 気 象 学 で は 記 述 の 便 宜 上 ，大 気 中 の 運 動 を そ の 水 平 ス ケ ー ル に よ っ て 大・中 ・ 小 規 模 の 運 動 ，あ る い は マ ク ロ ス ケ ー ル・メ ソ ス ケ ー ル・ミ ク ロ ス ケ ー ル の 運 動 に 区 分 す る ．こ の う ち ，大 規 模（ マ ク ロ ス ケ ー ル ）の 運 動 は 水 平 ス ケ ー ル が 約 2 千 km 以 上 の 運 動 の こ と を 指 し ，こ の 区 分 に 位 置 す る の が 大 気 大 循 環 で あ る （ 図 1.1）．

大 気 大 循 環 に は ，1.1節 で も 触 れ た 偏 西 風 の 蛇 行 や ENSO現 象 な ど 中 ・ 高 緯 度 や 熱 帯 の さ ま ざ ま な 変 動 現 象 が 存 在 す る ．そ の う ち ，数 日 か ら 数 十 日 の 持 続 性 を も つ 現 象 と し て ，「 テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン 」 の 存 在 が 知 ら れ て い る ． テ レ コ ネ ク シ ョ ン（teleconnection）と は ，遠 く 離 れ た 複 数 の 地 点 の 大 気 が 同 期 し て 変 動 す る 現 象 で あ る ．

イ ン ド モ ン ス ー ン の 年 々 変 動 と 関 連 の あ る 気 象 要 素 を 全 球 的 に 調 べ た 20 世 紀 初 頭 の ウ ォ ー カ ー 卿 に よ る 研 究 （ 例 え ば ，Walker and Bliss, 1932） が ， 最 も 早 い テ レ コ ネ ク シ ョ ン の 定 量 的 研 究 で あ る ．彼 ら は こ の 中 で 南 方 振 動 や 北 大 西 洋 振 動 （North Atlantic Oscillation: NAO） な ど ， 現 在 で も 重 要 と 考 え ら れ て い る い く つ か の テ レ コ ネ ク シ ョ ン を 見 出 し た ．そ の 後 ，Wallace and Gutzler（1981）

に よ っ て ， 初 め て テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン が 系 統 的 に 調 べ ら れ た ． 彼 ら は ， 格 子 化 さ れ た 北 半 球 冬 季 の 500hPa 面 高 度 の デ ー タ に 相 関 解 析 を お こ な い ， 相 関 係 数 の 分 布 が 波 列 状 の 特 徴 的 な 五 つ の パ タ ー ン を 同 定 し た ． さ ら に ，Horel

（1981） は Wallace and Gutzler（1981） と 同 様 の デ ー タ に 回 転 経 験 的 直 交 関 数

（Rotated Empirical Orthogonal Function: REOF） 解 析 を 適 用 す る こ と に よ り ， 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動 と し て 同 様 の パ タ ー ン が 抽 出 さ れ る こ と を 指 摘 し た ．そ の 後 ，Barnston and Livezey（1987） は ， 各 季 節 ・ 各 月 の 北 半 球 700hPa 面 高 度 の REOF 解 析 に よ り ， 合 わ せ て 13 種 類 の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン を 定 義 し た ． 現 在 で も こ の 定 義 は 広 く 用 い ら れ て い る ．

ま た ，理 論 的 な 研 究 も 並 行 し て お こ な わ れ ，現 在 そ の 実 態 は 定 在（ 定 常 ）ロ ス ビ ー 波 の エ ネ ル ギ ー 伝 播 で あ る と 考 え ら れ て い る（Hoskins and Karoly, 1981;

Horel and Wallace, 1981）． こ こ で ， 定 在 と は 位 相 の 伝 播 が な い こ と で ， ロ ス ビ ー 波 と は コ リ オ リ パ ラ メ ー タ の 緯 度 変 化 を 復 元 力 と す る ，回 転 す る 惑 星 上 の 大

気 や 海 洋 に 特 徴 的 な 大 規 模 な 波 の こ と で あ る ．テ レ コ ネ ク シ ョ ン の 主 な 発 生 要 因 は ，大 陸 や 海 か ら の 熱 の 供 給 に 対 す る 大 気 の 応 答 で あ る と 考 え ら れ て い る が ， テ レ コ ネ ク シ ョ ン の ほ と ん ど に お い て ， 実 際 の 励 起 機 構 は 理 解 さ れ て い な い ．

こ の よ う に ，大 気 大 循 環 に は い く つ か の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン が 存 在 し ， そ れ ら の パ タ ー ン は 物 理 的 な 実 態 を も つ こ と ，さ ら に そ れ ら の パ タ ー ン は 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動 と し て 解 釈 で き る こ と が 明 ら か に さ れ て き た ．す な わ ち ，日 本 の 気 候 と 大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る 場 合 ，そ の 卓 越 変 動 で あ る テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン と の 関 係 解 明 が 重 要 と な る ．

1.3 テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン と 日 本 周 辺 の 気 候 と の 関 連

北 半 球 の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン と そ の 周 辺 各 地 の 気 候 と の 関 連 に つ い て ，こ れ ま で 多 く の 研 究 が お こ な わ れ て き た ．日 本 の 冬 季 の 気 候 と 関 連 す る も の と し て ，太 平 洋 ／ 北 ア メ リ カ（Pacific / North American: PNA）パ タ ー ン や 西 太 平 洋 （Western Pacific: WP） パ タ ー ン な ど ， い く つ か の パ タ ー ン が 指 摘 さ れ て い る（Nishimori and Kawamura, 1993）．PNA パ タ ー ン は ，北 太 平 洋 の ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 の 中 心 付 近 か ら ，ア ラ ス カ ま た は カ ナ ダ 北 西 部 ，さ ら に ア メ リ カ 南 東 部 の フ ロ リ ダ 半 島 付 近 に か け て み ら れ る 正 負 正 ，あ る い は 負 正 負 の 交 互 の 気 圧 偏 差 の 波 列 を 指 す （ 図 1.2a）．WP パ タ ー ン と は ， 西 太 平 洋 上 の 南 北 ダ イ ポ ー ル 型 の 気 圧 の 振 動 を 指 す （ 図 1.2b）．

テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン に よ る 日 本 の 気 候 へ の 影 響 と し て ，PNA パ タ ー ン に よ る も の が そ の 代 表 例 と し て 挙 げ ら れ る ．PNA パ タ ー ン を 励 起 す る も の と し て ， 熱 帯 域 の ENSO 現 象 や MJO， 中 緯 度 域 の 低 気 圧 の 活 動 な ど い く つ か の 現 象 が 指 摘 さ れ て い る （ 例 え ば ， 気 象 庁 ，2007）． こ こ で は ， 最 も 一 般 的 で あ り ， 理 解 が 進 ん で い る 例 と し て ，ENSO 現 象 が PNA パ タ ー ン を 励 起 す る 場 合 の 日 本 の 気 候 へ の 影 響 に つ い て 概 観 す る ．

ENSO 現 象 が 発 生 し て い る 北 半 球 冬 季 は ，PNA パ タ ー ン が 出 現 し や す い こ と が 指 摘 さ れ て い る（Horel and Wallace, 1981）．PNA パ タ ー ン の 出 現 は ，ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 の 中 心 が 東 に 移 動 し ，強 化 す る こ と に 対 応 す る（ 図 1.3）．こ の た め ，北 太 平 洋 西 部 の 偏 西 風 の 軸 は 平 年 の 状 態 と 比 べ て 北 に 移 動 し ，そ の 強 流 部 も 東 側 に ず れ る こ と に な る ．こ の 結 果 ，日 本 付 近 で は 季 節 風 の 吹 き 出 し が 弱

く な り ，こ の よ う な 年 に は 日 本 は 暖 冬 傾 向 と な る ．WPパ タ ー ン に よ る 影 響 は Kodera（1998） や Koide and Kodera（1999） に よ っ て ， 他 の パ タ ー ン に よ る 影 響 は Nishimori and Kawamura（1993）や Xie et al.（1999）に よ っ て 指 摘 さ れ て い る も の の ，PNAパ タ ー ン に よ る も の と 比 べ て 明 確 に は 理 解 さ れ て い な い ．

1.4 日 本 の 気 候 と 関 連 す る 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動

近 年 ，「 北 極 振 動 （Arctic Oscillation: AO）」 と 呼 ば れ る 北 半 球 の 大 気 の 変 動 パ タ ー ン と 日 本 の 気 候 と の 関 連 が 報 告 さ れ て い る ．AOと は ，北 極 域 と 中 緯 度 域 と の 間 の 気 圧 の 振 動 を 表 す 変 動 パ タ ー ン で あ る （ 図 1.4）．

こ の パ タ ー ン を 初 め て 発 見 し た の は Exner（1913）で あ る ．彼 は 冬 季 の 地 表 気 圧 デ ー タ を 用 い ，シ ベ リ ア 東 部 ，ス カ ン ジ ナ ビ ア 北 部 ，グ リ ー ン ラ ン ド 西 岸 の 3 地 点 で 平 均 し た 気 圧 を 基 準 時 系 列 と し て 作 成 し た 相 関 図 か ら ，こ の パ タ ー ン を 見 出 し た ． こ の パ タ ー ン は EOF 解 析 に よ り 求 ま る 最 も 卓 越 し た 海 面 気 圧 の 変 動 パ タ ー ン と し て 知 ら れ て き た も の の ，そ の 大 き な 空 間 的 拡 が り は ，そ う し た パ タ ー ン を 抽 出 し や す い EOF 解 析 の 数 学 的 特 性 に 起 因 し た 人 為 的 な も の で あ る と 考 え ら れ て き た ．し か し な が ら ，近 年 ，Thompson and Wallace（1998;

2000）に よ り ，こ の パ タ ー ン は 北 半 球 の 北 緯 20度 以 北 の 海 面 気 圧 場 の EOF 解 析 第 1 モ ー ド と し て 定 義 さ れ ，AOと 命 名 さ れ た ．彼 ら は ，さ ら に ，そ の 実 態 は 対 流 圏 か ら 成 層 圏 に ま で 及 ぶ 極 渦 の 強 化 ／ 弱 化 で あ る こ と を 指 摘 し た ．こ の 極 渦 の 強 化 ／ 弱 化 は ，東 ア ジ ア に お け る 北 西 季 節 風 の 弱 化 ／ 強 化 に 対 応 し て お り （Jhun and Lee, 2004）， そ れ に と も な い ， 日 本 周 辺 の 海 面 水 温 は 上 昇 ／ 低 下 し （Yasunaka and Hanawa, 2001）， 東 日 本 や 北 日 本 の 気 温 が 上 昇 ／ 低 下 す る こ と が 知 ら れ て い る （Thompson and Wallace, 2001; Xie et al., 1999）．

1.5 本 研 究 の 目 的

以 上 の よ う に ，い く つ か の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン や AOに よ る 日 本 の 気 候 へ の 影 響 が こ れ ま で 指 摘 さ れ て き た ．し か し な が ら ，こ れ ま で の 研 究 で は 大 気 大 循 環 に 主 眼 を 置 い た 記 述 が 多 く ，日 本 の 気 候 に と っ て ど の パ タ ー ン の 影 響 が 本 質 的 に 重 要 な の か は ，明 確 に は 理 解 さ れ て い な い ．日 本 の 気 候 と 関 連 す る パ タ ー ン の 相 対 的 な 重 要 性 が 評 価 で き れ ば ，日 本 の 暖 冬 ／ 寒 冬 や 冷 夏 ／ 暑 夏 の

よ り 確 実 な 予 測 に 貢 献 す る こ と が 期 待 さ れ る ．そ こ で 本 研 究 で は ，日 本 の 気 候 の 卓 越 変 動 に 主 眼 を 置 き ，そ の 大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る こ と に よ り ，日 本 の 気 候 に と っ て よ り 重 要 と な る テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン を 提 示 す る こ と を 目 的 と す る ．

1.6 本 研 究 の 構 成

第 2 章 で は ，冬 季 の 日 本 の 気 候 の 卓 越 変 動 を 記 述 し ，大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る ．第 3 章 で は ，2005／06 年 冬 季 と 2006／07年 冬 季 に お け る 極 端 な 日 本 の 天 候 に 着 目 し ， そ の 差 異 の 要 因 を 大 気 大 循 環 の 観 点 か ら 考 察 す る ． さ ら に ， 第 4 章 で は ，夏 季 の 日 本 の 気 候 の 卓 越 変 動 を 記 述 し ，大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る ． 最 後 に ， 第 5 章 で 本 研 究 全 体 の 内 容 を ま と め る ．

図1.1. 大気の運動の時間・空間スケール（小倉義光著『一般気象学』の図を変更）．

テレコネクション

(a) PNAパターン (b) WPパターン

図1.2. 各テレコネクションパターン指数に対する北半球500hPa面高度の回帰係数 分布．陰影部は有意水準10%で有意な領域を示す．(a) PNAパターン，(b) WP パターン．

図1.3. エルニーニョ時のアリューシャン低気圧の東偏メカニズム（Horel and Wallace, 1981）の模式図（気象庁，2007）．

(a) 正のフェーズ (b) 負のフェーズ

図1.4. AOが（a）正のフェーズ，もしくは（b）負のフェーズのときの北半球の 大気循環の模式図（気象研究ノート第206号「北極振動」より）．

第 2 章

日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 と 冬 季 の 大 気 大 循 環 と の 関 係

2.1 背 景

大 気 大 循 環 場 に は ，「 テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン 」 の 存 在 が 知 ら れ て い る ． テ レ コ ネ ク シ ョ ン（teleconnection）と は ，遠 く 離 れ た 複 数 の 地 点 の 大 気 が 同 期 し て 変 動 す る 現 象 で あ る ．テ レ コ ネ ク シ ョ ン は ，偏 西 風 の 蛇 行 や 高・低 気 圧 の 変 動 な ど の 現 象 を 介 し て ， 周 辺 の 大 気 や 海 洋 に 大 き な 影 響 を 及 ぼ す こ と か ら ， こ れ ま で 多 く の 研 究 が お こ な わ れ て き た ．

Wallace and Gutzler（1981） は ， 初 め て テ レ コ ネ ク シ ョ ン を 系 統 的 に 調 べ ， 北 半 球 冬 季 の 五 つ の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン を 同 定 し た ．Horel(1981)は ，そ れ ら の パ タ ー ン の 客 観 的 な 導 出 方 法 と し て ， 回 転 経 験 的 直 交 関 数 （Rotated Empirical Orthogonal Function: REOF）解 析 が 有 用 で あ る こ と を 示 し た ．さ ら に ， Barnston and Livezey（1987） は ， 北 半 球 の 各 月 ， 各 季 節 の 700hPa 面 高 度 に 対 し て REOF解 析 を お こ な い ， 合 計 13種 類 の パ タ ー ン を 同 定 し た ． 米 国 海 洋 大 気 庁（NOAA）の 気 候 予 報 セ ン タ ー（CPC）で は ，こ の 定 義 に よ る 各 テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン の 活 動 度 指 数 を 公 表 し て い る ．

北 半 球 の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン と そ の 周 辺 各 地 の 気 候 と の 関 連 に つ い て ，こ れ ま で 多 く の 研 究 が お こ な わ れ て き た ．日 本 の 冬 季 の 気 候 と 関 連 す る も の と し て ，太 平 洋 ／ 北 ア メ リ カ（Pacific / North American: PNA）パ タ ー ン ，西 太 平 洋（Western Pacific: WP）パ タ ー ン ，ユ ー ラ シ ア（Eurasian: EU）パ タ ー ン ， 北 大 西 洋 振 動 （North Atlantic Oscillation: NAO） パ タ ー ン な ど い く つ か の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン が 指 摘 さ れ て い る （Nishimori and Kawamura, 1993）． エ ル ニ ー ニ ョ ／ 南 方 振 動 （El Niño / Southern Oscillation: ENSO） イ ベ ン ト が 発 生 し て い る 冬 季 は ，PNAパ タ ー ン が 出 現 し や す く（Horel and Wallace, 1981），そ れ に 伴 い ，ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 は 東 偏・強 化 し ，日 本 は 暖 冬 傾 向 に な る こ と が 知 ら れ て い る ．こ の と き ，日 本 南 東 方 海 域 の 海 面 水 温 偏 差 は 正 の 値 を 示 す こ と が 指 摘 さ れ て い る （Hanawa et al., 1988）． さ ら に ，Koide and Kodera（1999）

は ，30年 間 に お け る 北 半 球 500hPa 面 高 度 と 全 球 地 上 気 温（ 陸 上 気 温 と 海 面 水 温 を 組 み 合 わ せ た も の ）の 特 異 値 分 解（Singular Value Decomposition: SVD）解 析 を お こ な い ，三 つ の 相 互 関 係 の 強 い モ ー ド を 見 出 し た（ 図 2.1）．第 1 モ ー ド か ら 順 に ，下 部 成 層 圏 の 極 渦 の 変 動 ，PNA パ タ ー ン ，WPパ タ ー ン と 関 連 す る モ ー ド で あ る ． こ の 下 部 成 層 圏 の 極 渦 の 変 動 は ， 現 在 は 北 極 振 動 （Arctic Oscillation: AO; Thompson and Wallace, 1998） と し て 知 ら れ て い る ．

こ れ ま で ，大 気 大 循 環 の い く つ か の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン や AOに よ る 日 本 の 冬 季 の 気 候 へ の 影 響 が 指 摘 さ れ て き た ．し か し な が ら ，こ れ ま で の 研 究 は 大 気 大 循 環 に 主 眼 を 置 い た 記 述 が ほ と ん ど で あ り ，日 本 の 気 候 に と っ て ど の 変 動 パ タ ー ン の 影 響 が 本 質 的 に 重 要 な の か 明 確 に は 理 解 さ れ て い な い ．日 本 の 気 候 と 関 連 す る 大 気 大 循 環 の 変 動 パ タ ー ン の 相 対 的 な 重 要 性 が 評 価 で き れ ば ， 日 本 の 暖 冬 ／ 寒 冬 の よ り 確 実 な 予 測 に 貢 献 す る こ と が 期 待 さ れ る ．そ こ で 本 研 究 で は ，日 本 の 冬 季 の 気 候 の 卓 越 変 動 に 着 目 し ，大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る こ と を 目 的 と す る ．

2.2 節 で は ， 本 研 究 で 用 い た デ ー タ と 解 析 手 法 に つ い て 説 明 す る ．2.3 節 で は ，REOF 解 析 を 用 い て 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 を 抽 出 し ，2.4 節 で ， そ の 卓 越 変 動 に 関 係 す る 大 気 大 循 環 の 変 動 を 調 べ る ．2.5 節 で は ， 大 気 大 循 環 に 主 眼 を 移 し ，こ れ ま で 関 連 が 指 摘 さ れ て き た 大 気 大 循 環 の 変 動 パ タ ー ン と 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 と の 関 係 を 調 べ ，2.6 節 で ， 大 気 大 循 環 の い く つ か の 卓 越 変 動 パ タ ー ン に よ る 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 変 動 の 再 現 性 を 考 察 す る ． 最 後 に ，2.7 節 で ， 本 研 究 の 結 果 を ま と め る ．

2.2 デ ー タ と 手 法

日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 経 年 変 動 を 調 べ る た め に ， 全 国 の 気 象 官 署 155 地 点

（ 図 2.2）の 月 平 均 気 温 ，月 平 均 海 面 気 圧 を 用 い る ．解 析 期 間 は ，1961年 か ら 2004年 ま で の 44冬 季（ 前 年 12月 か ら 2 月 ）と す る ．REOF 解 析 に は ，解 析 期 間 中 に 欠 測 が な く ， 都 市 化 の 影 響 が 小 さ い と 考 え ら れ る 人 口 10 万 以 下 の 57 地 点 （ 図 2.2） を 使 用 す る ．REOF 解 析 と は ，EOF 解 析 の 一 種 で あ り ， 物 理 的 解 釈 が 簡 単 に な る よ う に ，一 つ の モ ー ド が 説 明 す る 変 動 域 を 局 在 化 さ せ る 特 徴 を も つ（Richman, 1986）．本 研 究 で は ，気 候 変 動 研 究 に 広 く 適 用 さ れ て い る バ

リ マ ッ ク ス （Varimax） 回 転 を 用 い て ， 全 変 動 の 98.5%以 上 を 説 明 す る 上 位 10 モ ー ド を 回 転 さ せ る ．

ま た ，日 本 の 気 候 と 大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る た め に ，北 半 球 の 大 気 循 環 場 の デ ー タ と し て ， ヨ ー ロ ッ パ 中 期 気 象 予 報 セ ン タ ー （ECMWF） の 再 解 析 デ ー タ （ERA40; Uppala et al., 2005） の 月 平 均 の 海 面 気 圧 お よ び 海 上 風 を 使 用 す る ．な お ，米 国 環 境 予 測 セ ン タ ー（NCEP）／ 米 国 大 気 研 究 セ ン タ ー（NCAR） 再 解 析 に よ る 同 様 の デ ー タ （Kalnay et al., 1996） を 用 い た 場 合 で も ，2.4節 と 同 様 の 結 果 が 得 ら れ る こ と は 確 認 し て い る ． さ ら に ，NOAA の CPC に よ り 公 開 さ れ て い る 北 半 球 の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン 指 数 （Barnston and Livezey, 1987） を 用 い る ． 同 機 関 提 供 の AO指 数 （Thompson and Wallace, 1998; 2001）

も 使 用 す る ．ERA40 が 2002年 8月 ま で 提 供 さ れ て い る こ と か ら ，解 析 期 間 は ， 1961年 か ら 2002 年 ま で の 42冬 季 と す る ．

2.3 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動

日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 を 抽 出 す る た め に ，12 月 か ら 2 月 ま で の 冬 季 平 均 し た 地 上 気 温 に 対 す る REOF解 析 を お こ な う ．図 2.3は ，第 1 モ ー ド お よ び 第 2 モ ー ド の 時 係 数 に 対 す る 各 地 の 地 上 気 温 の 相 関 係 数 の 分 布 （ 相 関 図 ） を 示 す ．第 1 モ ー ド は ，南 西 諸 島 か ら 西 日 本 ，東 日 本 を 中 心 と す る 変 動 パ タ ー ン で あ り ，第 2 モ ー ド は ，北 日 本 を 中 心 と す る 変 動 パ タ ー ン で あ る ．寄 与 率 は ， そ れ ぞ れ 59.8%と 30.8%を 示 し ，こ れ ら 二 つ の モ ー ド に よ り ，全 変 動 エ ネ ル ギ ー の 約 90%が 説 明 さ れ る ． 日 本 の 冬 季 の 気 候 の 卓 越 変 動 に つ い て の 過 去 の 研 究 例 は ほ と ん ど な く ，こ れ ら 二 つ の 変 動 パ タ ー ン は ，こ れ ま で に 見 出 さ れ て い な い も の で あ る ．

冬 季 平 均 値 の 解 析 か ら 得 ら れ た モ ー ド が ど の 月 に お い て 卓 越 す る の か を 調 べ る た め に ，11 月 か ら 3 月 ま で の 各 月 の 地 上 気 温 に 対 す る REOF 解 析 を お こ な っ た ． そ の 結 果 ， 特 に 12月 か ら 2 月 の 各 月 に お い て ， 冬 季 平 均 の も の と よ く 似 た 変 動 パ タ ー ン を 示 し て い た ．そ れ ら の 月 の REOF 解 析 上 位 2モ ー ド の 時 係 数 と 冬 季 平 均 値 の 解 析 の 上 位 2 モ ー ド の 時 係 数 と の 相 関 は そ れ ぞ れ 有 意 水 準 5%で 有 意 で あ り （ 表 2.1）， 説 明 す る 変 動 の 割 合 も よ く 対 応 し て い た ． し た が っ て ，冬 季 平 均 値 に 対 し て 得 ら れ た 結 果 は ，冬 季 の 各 月 に つ い て 成 り 立 っ て

い る と 考 え ら れ る ．

2.4 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 と 冬 季 の 大 気 大 循 環 と の 関 係

こ の 節 で は ，2.3節 で 記 述 さ れ た 冬 季 平 均 地 上 気 温 に 対 す る REOF 解 析 の 各 モ ー ド の 時 係 数 と 北 半 球 の 海 面 気 圧 や 日 本 周 辺 の 海 面 気 圧 お よ び 海 上 風 と の 回 帰 分 析 を お こ な い ，日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 に 対 応 す る 大 気 循 環 場 の 変 動 を 記 述 す る ．こ の 節 で は ，冬 季 地 上 気 温 の REOF 解 析 第 1 モ ー ド を 単 に「 第 1 モ ー ド 」 と 記 述 す る ．REOF 解 析 第 2 モ ー ド に つ い て も 同 様 で あ る ．

2.4.1 第 1 モ ー ド

図 2.4 は ，第 1 モ ー ド の 時 係 数 に 対 す る 北 半 球 の 海 面 気 圧 の 回 帰 係 数 の 分 布

（ 回 帰 図 ） を 示 す ． 北 太 平 洋 で 正 の 値 ， ユ ー ラ シ ア 大 陸 北 部 で 負 の 値 を 示 す ． こ れ は ，WPパ タ ー ン （Wallace and Gutzler, 1981） に 類 似 し て い る ． 第 1 モ ー ド の 時 係 数 と WP 指 数 と の 相 関 係 数 は 0.75 で あ り ，有 意 水 準 5%で 有 意 で あ っ た ．REOF 解 析 と 同 様 に ，欠 測 が な く 都 市 化 の 影 響 が 小 さ い と 考 え ら れ る 人 口 10 万 以 下 の 日 本 の 57 地 点 の 冬 季 地 上 気 温 と 日 本 の 55 地 点 の 冬 季 海 面 気 圧 を 用 い た SVD解 析 も お こ な っ た ．SVD解 析 第 1 モ ー ド の 地 上 気 温 の 時 係 数 に 対 す る 北 半 球 の 海 面 気 圧 の 回 帰 図 （ 図 2.5） は ， 上 記 の 第 1モ ー ド の 場 合 と よ く 似 た 変 動 パ タ ー ン を 示 す と と も に ，SVD 解 析 第 1 モ ー ド の 地 上 気 温 の 時 係 数 と 第 1 モ ー ド の 時 係 数 と の 相 関 係 数 も 0.94 と 高 い 値 を 示 し て い た ．

図 2.6a は ， 第 1 モ ー ド の 時 係 数 に 対 す る 日 本 周 辺 の 海 面 気 圧 お よ び 海 上 風 の 回 帰 図 を 示 す ．海 面 気 圧 は 日 本 の 西 方 で 負 の 値 ，日 本 付 近 を 含 め た そ の 東 方 で 正 の 値 を 示 し ， こ れ に と も な い ， 海 上 風 は 西 日 本 付 近 で 大 き な 南 東 風 偏 差 ， す な わ ち 北 西 季 節 風 の 弱 化 を 示 す ．こ の 南 東 風 偏 差 は ，地 上 気 温 の 気 候 値 の 等 値 線 に 直 交 す る 成 分 を も ち ， 暖 気 の 流 入 強 化 を 示 す （ 図 2.6b）． さ ら に ， 西 日 本 付 近 で 海 上 風 気 候 値 の 上 流 に よ り 大 き な 正 の 地 上 気 温 偏 差 が あ り ，通 常 よ り 暖 か い 空 気 塊 の 流 入 を 示 唆 す る （ 図 2.6c）． す な わ ち ， 第 1 モ ー ド の 東 日 本 以 西 の 地 域 の 正 の 気 温 偏 差 は ，海 上 風 に よ る 温 度 移 流 に よ り も た ら さ れ て い る こ と が 示 唆 さ れ る ．

2.4.2 第 2 モ ー ド

図 2.7 は ， 第 2 モ ー ド の 時 係 数 に 対 す る 北 半 球 の 海 面 気 圧 の 回 帰 図 を 示 す ．

シ ベ リ ア 高 気 圧 の 北 部 で の 弱 化 と ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 の 弱 化 を 含 む ，極 域 と そ の 周 辺 で の 気 圧 の 振 動 を 表 す 変 動 パ タ ー ン を 示 す ．こ れ は ，正 の 位 相 の AO

（Thompson and Wallace, 1998）に 似 て い る ．第 2モ ー ド の 時 係 数 と AO指 数 と の 相 関 係 数 は 0.48で あ り ，有 意 水 準 5%で 有 意 で あ っ た ．REOF解 析 と 同 様 に ， 欠 測 が な く 都 市 化 の 影 響 が 小 さ い と 考 え ら れ る 人 口10万 以 下 の 日 本 の57地 点 の 冬 季 地 上 気 温 と 日 本 の55地 点 の 冬 季 海 面 気 圧 を 用 い たSVD解 析 も お こ な っ た ．SVD 解 析 第 2 モ ー ド の 地 上 気 温 の 時 係 数 に 対 す る 北 半 球 の 海 面 気 圧 の 回 帰 図 （ 図 2.8） は ， 上 記 の 第 2 モ ー ド の 場 合 と よ く 似 た 変 動 パ タ ー ン を 示 す と と も に ，SVD 解 析 第 2 モ ー ド の 地 上 気 温 の 時 係 数 と 第 2 モ ー ド の 時 係 数 と の 相 関 係 数 も 0.94と 高 い 値 を 示 し て い た ．

図 2.9a は ， 第 2 モ ー ド の 時 係 数 に 対 す る 日 本 周 辺 の 海 面 気 圧 お よ び 海 上 風 の 回 帰 図 を 示 す ．海 面 気 圧 は 日 本 の 北 西 方 向 で 負 の 値 ，北 東 方 向 で 正 の 値 を 示 し ，こ れ に と も な い ，海 上 風 は 北 日 本 付 近 で 南 東 風 偏 差 ，す な わ ち 北 西 季 節 風 の 弱 化 を 示 す ．こ の 南 東 風 偏 差 は ，地 上 気 温 の 気 候 値 の 等 値 線 に 直 交 す る 成 分 を も ち ， 暖 気 の 流 入 強 化 を 示 す （ 図 2.9b）． さ ら に ， 北 日 本 付 近 で 海 上 風 気 候 値 の 上 流 に よ り 大 き な 正 の 地 上 気 温 偏 差 が あ り ，通 常 よ り 暖 か い 空 気 塊 の 流 入 を 示 唆 す る （ 図 2.9c）． す な わ ち ， 第 2 モ ー ド の 北 日 本 の 正 の 気 温 偏 差 は ， 海 上 風 に よ る 温 度 移 流 に よ り も た ら さ れ て い る こ と が 示 唆 さ れ る ．

2.5 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動 パ タ ー ン と 日 本 の 地 上 気 温 と の 関 係

2.4 節 で は ， 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 に 主 眼 を 置 き ， 大 気 大 循 環 と の 関 係 を 記 述 し た ．逆 に ，こ の 節 で は ，冬 季 の 大 気 大 循 環 に 主 眼 を 置 き ，日 本 の 地 上 気 温 と の 関 係 を 記 述 す る ．こ れ ま で 全 球 お よ び 日 本 周 辺 の 地 上 気 温 と の 関 連 が 指 摘 さ れ て き た 大 気 大 循 環 の 三 つ の 変 動 パ タ ー ン （AO・PNAパ タ ー ン ・ WP パ タ ー ン ） の 活 動 度 指 数 に よ る 日 本 の 地 上 気 温 の 合 成 図 解 析 を お こ な い ， こ れ ら の 変 動 パ タ ー ン と 同 期 し た 日 本 の 地 上 気 温 の 変 動 を 記 述 す る ．具 体 的 に は ，各 指 数 の 時 系 列 の 標 準 偏 差（ σ ）を 超 え る 正 ま た は 負 の 偏 差 を も つ 年 の 合 成 図 を 作 成 し た ．

図2.10aと 図2.10bは ，そ れ ぞ れ ，AO指 数 が1σ以 上 の 値 を 示 し た1973，1976，

1989，1990，1992，1993，2000 年 の 合 成 図 と 同 指 数 が －1σ 以 下 の 値 を 示 し た

1963，1966，1969，1970，1977，1986，2001 年 の 合 成 図 を 示 す ．AO が 正 の フ ェ ー ズ の 場 合 に は ， 全 国 的 に 0.5℃ 以 上 の 5%の 有 意 水 準 を 超 え る 有 意 な 気 温 上 昇 が み ら れ る の に 対 し て ， 負 の フ ェ ー ズ の 場 合 に は 北 日 本 で 0.5℃ 以 下 の 有 意 な 気 温 低 下 が み ら れ る ．す な わ ち ，両 フ ェ ー ズ と も に 北 日 本 で は 有 意 な 気 温 変 動 が み ら れ ，実 際 ，AO指 数 と 日 本 の 地 上 気 温 の 相 関 係 数 も 北 日 本 ほ ど 大 き な 値 を 示 す （ 図 2.10c）． こ れ ら の 結 果 は Xie et al.（1999） に よ る NAO指 数 と 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 と の 相 関 解 析 結 果 と 一 致 す る ．NAO は AO と 同 一 視 さ れ る 現 象 で あ る （ 例 え ば ，Thompson and Wallace, 2000; Wallace, 2000）．

図 2.11aと 図 2.11b は ， そ れ ぞ れ ，PNA 指 数 が 1σ 以 上 の 値 を 示 し た 1961，

1964，1970，1977，1983，1986，1987，1998，2001，2003 年 の 合 成 図 と 同 指 数 が －1σ 以 下 の 値 を 示 し た 1965，1966，1969，1971，1972，1979年 の 合 成 図 を 示 す ．PNAパ タ ー ン が 正 の フ ェ ー ズ の 場 合 に は ，北 日 本 で 0.5℃ 以 下 の 有 意 な 気 温 低 下 が み ら れ る の に 対 し て ，負 の フ ェ ー ズ の 場 合 に は 有 意 な 気 温 変 動 は 認 め ら れ な い ．PNA 指 数 と 日 本 の 地 上 気 温 の 相 関 解 析 で は ， 北 海 道 と 本 州 太 平 洋 側 の 一 部 の 地 域 で 弱 い 負 相 関 が み ら れ る （ 図 2.11c） も の の ， こ れ ま で 考 え ら れ て き た よ う な PNAパ タ ー ン 時 の 日 本 の 暖 冬 傾 向 は 認 め ら れ な い ．

図2.12aと 図2.12bは ，そ れ ぞ れ ，WP指 数 が1σ以 上 の 値 を 示 し た1966，1973，

1979，1987，1988，1998，1999，2001年 の 合 成 図 と 同 指 数 が －1σ以 下 の 値 を 示 し た 1962，1963，1968，1971，1974，1981，1986 年 の 合 成 図 を 示 す ．WP パ タ ー ン が 正 の フ ェ ー ズ の 場 合 に は ， 東 日 本 以 西 の 地 域 で 0.5℃ 以 上 の 有 意 な 気 温 上 昇 が み ら れ る の に 対 し て ，負 の フ ェ ー ズ の 場 合 に は 北 海 道 を 除 く 地 域 で 0.5℃ 以 下 の 有 意 な 気 温 低 下 が み ら れ る ． す な わ ち ， 両 フ ェ ー ズ と も に 東 日 本 以 西 の 地 域 で は 有 意 な 気 温 変 動 が み ら れ ，実 際 ，WP 指 数 と 日 本 の 地 上 気 温 の 相 関 係 数 も 同 地 域 で 大 き な 値 を 示 す（ 図 2.12c）．こ れ ら の 結 果 は Kodera（1998）

に よ る WP パ タ ー ン が 北 西 季 節 風 の 変 動 を 通 じ て 西 日 本 の 気 温 に 影 響 を 及 ぼ す と す る 主 張 と 一 致 す る ．

す な わ ち ，こ れ ま で 日 本 周 辺 の 地 上 気 温 と の 関 連 が 指 摘 さ れ て き た 大 気 大 循 環 の 三 つ の 変 動 パ タ ー ン の う ち ，特 に AOと WP パ タ ー ン と 関 連 し た 変 動 が 大 き く ，PNA パ タ ー ン と 関 連 し た 変 動 は 小 さ い こ と が 確 か め ら れ た ． こ こ で の 結 果 は ，日 本 の 冬 季 地 上 気 温 の 卓 越 変 動 に 主 眼 を 置 い た 2.4節 で の 解 析 結 果 を

支 持 す る も の で あ る ．な お ，三 つ の 変 動 パ タ ー ン 全 て に お い て 認 め ら れ た 両 フ ェ ー ズ 間 の 日 本 の 地 上 気 温 へ の 影 響 の 現 れ 方（ 変 動 幅 や 変 動 す る 地 域 ）の 違 い は 興 味 深 く ， 今 後 の 課 題 で あ る ．

2.6 大 気 大 循 環 の 卓 越 変 動 パ タ ー ン に よ る 日 本 の 地 上 気 温 の 再 現 性

こ の 節 で は ，2.4 節 や 2.5 節 で 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 と の 関 連 が 示 さ れ た WP パ タ ー ン と AO の 活 動 度 指 数 と 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 と の 重 回 帰 分 析 を お こ な い ， こ れ ら の 活 動 度 に よ る 日 本 の 冬 季 地 上 気 温 変 動 の 再 現 性 を 調 べ る ．

図 2.13 は ，そ れ ら 二 つ の 指 数 を 説 明 変 数 と し て 求 め ら れ た 重 回 帰 モ デ ル（ 濃 い 線 ）と 実 際 の 日 本 の 地 上 気 温 偏 差（ 薄 い 線 ）を 示 す ．重 回 帰 モ デ ル は ，実 際 の 地 上 気 温 偏 差 の 主 だ っ た 特 徴 を 再 現 で き て お り ，重 相 関 係 数 は0.78を 示 す ． す な わ ち ，日 本 の 地 上 気 温 偏 差 の 変 動 エ ネ ル ギ ー の 約 6 割 が こ れ ら 2 変 数 に よ る 重 回 帰 モ デ ル に よ り 説 明 さ れ る ．各 説 明 変 数 の 偏 回 帰 係 数 は ，WP パ タ ー ン が 0.75，AO が 0.37 の 値 を 示 す こ と か ら ，WP パ タ ー ン ，AO の 順 に 日 本 の 地 上 気 温 偏 差 に 寄 与 す る こ と が わ か る ． ま た ， 説 明 変 数 と し て PNA 指 数 を 加 え て も ， 重 回 帰 モ デ ル に よ る 再 現 性 は 向 上 し な か っ た ． こ れ ら の 結 果 は ，2.4節 や 2.5節 の 解 析 結 果 を 支 持 す る と 同 時 に ，こ れ ま で 日 本 の 気 候 と の 関 連 が 指 摘 さ れ て き た PNA パ タ ー ン や そ の 他 の パ タ ー ン の 寄 与 が 相 対 的 に 小 さ い こ と も 示 し て い る ．

気 象 庁 の 区 分 に よ り ，日 本 を 北 日 本 ，東 日 本 ，西 日 本 ，南 西 諸 島 に 分 け た 地 域 別 の 同 様 の 解 析 の 結 果 を ，表 2.2 に ま と め る ．偏 回 帰 係 数 の 値 か ら ，北 日 本 で は AO の 寄 与 が 相 対 的 に 大 き い の に 対 し て ，東 日 本 や 西 日 本 ，南 西 諸 島 で は WPパ タ ー ン の 寄 与 が 相 対 的 に 大 き い こ と が み て と れ る ．こ れ は ，2.4 節 で WP パ タ ー ン と 対 応 す る こ と が 示 さ れ た 第 1 モ ー ド が 東 日 本 以 西 の 地 域 を 中 心 と す る 変 動 パ タ ー ン で あ り ，AO と の 対 応 が 示 さ れ た 第 2 モ ー ド が 北 日 本 を 中 心 と す る 変 動 パ タ ー ン で あ っ た こ と と 整 合 的 で あ る ．重 回 帰 モ デ ル の 重 相 関 係 数 は ，南 方 の 地 域 ほ ど 高 い 値 を 示 す ．こ れ は ，日 本 で は 南 方 の 地 域 ほ ど 大 気 大 循 環 の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン と い う 定 在 的 な 変 動 に よ る 影 響 が 大 き い こ と を 意 味 す る ．逆 に ，北 方 の 地 域 ほ ど 低 い 重 相 関 係 数 を 示 す こ と か ら ，北 方 の 地 域 ほ ど 大 気 の 移 動 性 の 高・低 気 圧 な ど の 短 周 期 変 動 に よ る 影 響 が 大 き い こ と が

示 唆 さ れ る ．

2.7 ま と め

こ の 章 で は ，ま ず ，日 本 の 冬 季 の 気 候 の 卓 越 変 動 を 抽 出 す る た め に ，日 本 の 気 象 官 署 の 地 上 気 温 デ ー タ を 代 表 的 な パ ラ メ ー タ と し て 使 用 し ，REOF解 析 を お こ な っ た ． そ の 結 果 ， 全 変 動 エ ネ ル ギ ー の 約 90%を 説 明 す る 二 つ の モ ー ド が 抽 出 さ れ た ．第 1 モ ー ド は 東 日 本 以 西 の 地 域 ，第 2モ ー ド は 北 日 本 を 中 心 と す る 変 動 パ タ ー ン で あ っ た ．次 に ，こ の 上 位 2 モ ー ド と 大 気 大 循 環 と の 関 係 を 調 べ る た め に ，各 モ ー ド の 時 係 数 と 北 半 球 の 海 面 気 圧 場 と の 回 帰 分 析 を お こ な っ た ．そ の 結 果 ，第 1 モ ー ド は WP パ タ ー ン の 活 動 に ，第 2 モ ー ド は AO の 活 動 に 対 応 し て い る こ と が わ か っ た ．こ の 結 果 は ，日 本 の 地 上 気 温 場 と 海 面 気 圧 場 の SVD 解 析 か ら も 確 か め ら れ た ． さ ら に こ の 上 位 2 モ ー ド と 日 本 周 辺 の 海 上 風 や 地 上 気 温 と の 回 帰 分 析 を お こ な っ た 結 果 ，ど ち ら の モ ー ド も 北 西 季 節 風 の 弱 化 に と も な う 温 度 移 流 と の 関 係 が 認 め ら れ た ．す な わ ち ，日 本 の 冬 季 の 地 上 気 温 の 経 年 変 動 の 支 配 的 要 因 は 大 気 大 循 環 の WP パ タ ー ン と AOで あ り ，い ず れ も 北 西 季 節 風 を 介 し た 温 度 移 流 が そ の 地 上 気 温 の 変 動 に 寄 与 し て い る こ と が 示 さ れ た ．一 方 ，実 際 に こ れ ら 二 つ の 大 気 大 循 環 の 変 動 パ タ ー ン に よ り ど の 程 度 日 本 の 地 上 気 温 変 動 が 再 現 で き る の か を 調 べ る た め に ，二 つ の 指 数 を 用 い た 重 回 帰 分 析 を お こ な っ た ．そ の 結 果 ，日 本 の 地 上 気 温 変 動 の 約 6 割 が 説 明 さ れ る こ と が 示 さ れ た ．こ れ ら の 結 果 は ，こ れ ま で 日 本 の 気 候 と の 関 連 が 指 摘 さ れ て き た PNA パ タ ー ン や そ の 他 の パ タ ー ン の 寄 与 が ， 相 対 的 に 小 さ い こ と も 同 時 に 示 し て い る ．

表 2.1. 冬季（12～2 月）平均の REOF解析上位 3 モードと有意水準 5%で有意な 月別REOF解析の上位モード（丸囲み数字）とその相関係数（括弧内の数字）．

Nov Dec Jan Feb Mar

DJF-REOF1 ― ①（0.78） ①（0.80） ①（0.81） ― DJF-REOF2 ― ②（0.63） ②（0.80） ②（0.71） ②（0.32）

表 2.2. WP指数と AO 指数に対する日本の四つの地域（北日本，東日本，

西日本，南西諸島）ごとの冬季地上気温の重回帰分析結果．

WP AO

北日本 0.15 0.49 0.56 東日本 0.72 0.32 0.73 西日本 0.82 0.32 0.8 南西諸島 0.96 0.14 0.84

偏回帰係数

重相関係数

(a) 第 1モード (b) 第 2モード

(c) 第 3モード

図 2.1. 北半球冬季500hPa 面高度と全球地上気温（陸上気温と海面水温を組み合 わせたもの）の特異値分解解析の上位 3 モードの全球地上気温の時係数に対

する 500hPa面高度の異質回帰係数分布．等値線は回帰係数，陰影は相関係数

を示す．(a) 第 1 モード，(b) 第2 モード，(c) 第 3モード（Koide and Kodera, 1999）．

図 2.2. 解析に使用した日本の気象官署 155地点．黒丸はREOF解析で用いる 57地点を示す．

(a) 第 1モード (b) 第 2モード

図 2.3. 日本の冬季（12 月から2 月）平均した地上気温の REOF解析の上位 2 モ ード．（上図）時係数，（下図）時係数と各地の地上気温の相関係数，(a) 第 1 モード，(b) 第 2モード．

● ＜0.3 ＜ ＜0.5 ＜ ＜0.7 ＜

● ＜0.3 ＜ ＜0.5 ＜ ＜0.7 ＜

図2.4. 第1モードに対する北半球海面気圧の回帰係数分布．等値線間隔は0.5hPa， 破線は負の値を示す．陰影部は海面気圧の回帰係数が有意水準 10%で有意な 領域を示す．

図 2.5. 日本の 57地点の冬季地上気温と日本の55 地点の冬季海面気圧の SVD解 析第 1 モードの地上気温の時係数に対する北半球海面気圧の回帰係数分布．

等値線間隔は 0.5hPa，破線は負の値を示す．陰影部は海面気圧の回帰係数が 有意水準 10%で有意な領域を示す．

(a) 海面気圧と海上風

(b) 海上風 (c) 地上気温

図 2.6. 第 1モードに対する回帰係数分布．(a) 海面気圧の回帰係数（等値線）と 海上風の回帰係数（矢印）．等値線間隔は 0.4hPa，破線は負の値を示す．陰影 部は海面気圧の回帰係数が有意水準 10%で有意な領域を示す．(b) 海上風の回 帰係数（矢印）と地上気温の気候値（等値線）．等値線間隔は 2℃．(c) 地上気 温の回帰係数（等値線）と海上風の気候値（矢印）．等値線間隔は 0.2℃．陰 影部は地上気温の回帰係数が有意水準 10%で有意な領域を示す．

0.5m/s

0.5m/s 5m/s

図 2.7. 図 2.4と同様．ただし，第2モードに対する回帰係数分布．

図 2.8. 図 2.5と同様．ただし，第2モードに対する回帰係数分布．

(a) 海面気圧と海上風

(b) 海上風 (c) 地上気温

図 2.9. 図 2.6と同様．ただし，第2モードに対する回帰係数分布．

0.5m/s

0.5m/s 5m/s

(a) 1σ以上の合成図 (b) －1σ以下の合成図

(c) 相関係数分布

図 2.10. AO指数に対する日本の冬季地上気温偏差の合成図と相関係数分布．(a) 1 σ以上の値をもつ事例の合成図, 色の付いた地点は 5%の有意水準で有意な地 点, (b) －1σ以下の値をもつ事例の合成図, (c) AO指数の時係列（上）とその 相関係数分布（下）．

< -0.3 < < 0.3 < < 0.5 < < 0.7 <

（℃） （℃）

(a) 1σ以上の合成図 (b) －1σ以下の合成図

(c) 相関係数分布

図 2.11 . 図 2.10 と同様．ただし，PNA 指数に対する日本の冬季地上気温偏差の 合成図と相関係数分布．

< -0.3 < < 0.3 < < 0.5 < < 0.7 <

（℃） （℃）

(a) 1σ以上の合成図 (b) －1σ以下の合成図

(c) 相関係数分布

図 2.12 . 図 2.10 と同様．ただし，WP指数に対する日本の冬季地上気温偏差の合 成図と相関係数分布．

< -0.3 < < 0.3 < < 0.5 < < 0.7 <

（℃） （℃）

図 2.13. WP指数と AO指数に対する日本の冬季地上気温の重回帰モデル

（濃い線）と観測値（薄い線）．

第 3 章

2005 年 12 月 と 2006 年 12 月 の 大 気 大 循 環 と 日 本 の 天 候

3.1 背 景

日 本 の 2005 年 12 月 と 2006 年 12 月 の 天 候 は 極 端 に 異 な る 様 相 を 示 し た ． 図 3.1a に 示 す よ う に ，「2005／06 年 冬 季 （ 以 下 ，2006 年 冬 季 ）」 は 2005 年 12 月 か ら 全 国 的 に 気 温 が 下 が り ， 平 年 値 か ら 3℃ も 低 い ， 記 録 的 な 低 温 と な り ， ま た ，豪 雪 と も な っ た ．こ の 状 態 は ，1 月 上 旬 ま で 続 い た ．一 方 ，図 3.1b に 示 す よ う に ，「2006／07年 冬 季 （ 以 下 ，2007 年 冬 季 ）」 は 2006 年 12 月 の 中 旬 か ら ほ ぼ 全 国 的 に 気 温 が 上 が り ，平 年 値 か ら 2℃ も 高 い 状 態 と な り ，ま た ，日 本 海 側 地 域 で 記 録 的 な 少 雪 と な っ た ．こ の 状 態 は ，特 に 南 西 諸 島 を 除 く 地 域 で 2 月 下 旬 ま で 続 い た ．こ の よ う な 両 年 に お け る 天 候 の 差 異 は ，何 に よ っ て も た ら さ れ た の で あ ろ う か ．

日 本 の 周 辺 の 気 候 変 動 は 大 気 大 循 環 と 密 接 に 関 連 し て い る こ と が 知 ら れ て い る ．大 規 模 な 気 温 場 と 大 気 循 環 場 の 経 年 変 動 に 関 し て ，い く つ か の 卓 越 変 動 が 多 く の 研 究 で 記 述 さ れ て き た ．Koide and Kodera（1999） は ，30年 間 に お け る 北 半 球 冬 季 の 500hPa 面 高 度 と 全 球 地 上 気 温 （ 陸 上 気 温 と 海 面 水 温 ） 場 の 特 異 値 分 解 解 析 を お こ な っ た ．そ の 結 果 ，三 つ の 相 互 関 係 の 強 い モ ー ド を 見 出 し ， 第 1 モ ー ド は 下 部 成 層 圏 の 極 渦 の 変 動 ，第 2 モ ー ド は PNA パ タ ー ン（Wallace and Gutzler, 1981），さ ら に 第3モ ー ド はWPパ タ ー ン（Wallace and Gutzler, 1981）

と 関 連 し て い る こ と を 示 し た ．Koide and Kodera（1999） に よ る 下 部 成 層 圏 の 極 渦 の 変 動 は ，現 在 は AOモ ー ド（Thompson and Wallace, 1998）と し て 知 ら れ て い る ．本 研 究 の 第 2 章 や 安 中・花 輪（2008）で は ，日 本 の 気 候 変 動 に 焦 点 を 当 て た 解 析 を お こ な い ，日 本 の 冬 季 の 天 候 の 経 年 変 動 の 支 配 的 要 因 は ，大 気 大 循 環 の WPパ タ ー ン と AOで あ る こ と を 示 し た ．

一 方 ， 熱 帯 太 平 洋 に お い て ，2005 年 12 月 は ラ ニ ー ニ ャ 現 象 ，2006 年 12 月 は エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 が 生 じ て い た（ 図 3.2）．た だ し ，2006 年 12月 の エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 は ，気 象 庁 の 定 義 を 満 た さ ず ，米 国 海 洋 大 気 庁 の 定 義 に よ る ．気 象 庁