第２章 気候に関連する海洋の変動 ２．１ 北太平洋の海洋変動 ２．１．１ 北太平洋の海面水温・表層水温
北太平洋の海面水温・表層水温
診断概要
診断内容 北太平洋の海面水温・表層水温の長期変動には、エルニーニョ/ラニーニャ現象のほか に、北太平洋中高緯度の広範囲で低温化と高温化を繰り返すという十年規模の変動がある。 この変動は、北太平洋の気候に重要な役割を果たしていると考えられている。ここでは、 北太平洋の海面水温・表層水温の長期変動について、十年規模の変動に着目し診断する。 診断結果 北太平洋中高緯度では、冬平均（12～2月）の海面水温が、1976/77年に北緯40度付近を 中心に広い範囲で低下、1988/89年に北緯40度以北を中心に上昇、1998/99年に北緯40度を 境に北側で広範囲に低下、南側で広範囲に上昇した。また、2007/08年には北緯40度付近 を中心に広範囲に上昇した。これらの年には年平均の表層水温も同様に変化した。 1976/77年の変化は、アリューシャン低気圧の強化に伴う、北太平洋における海面水温 の 最 も 卓 越 す る 変 動 パ タ ー ン （ 太 平 洋 十 年 規 模 変 動 ： Pacific Decadal Oscillation （PDO））であった。一方、1988/89年の変化は、北極域に寒気が蓄積される正の位相の北 極振動に関連した、主に中緯度以北で起こった一時的な変動であった。更に、1998/99年 の変化は、典型的なPDOとは海面水温分布が異なる、海面水温偏差の2番目に卓越する変動 パターンに よる十年規 模の変動で あった。2007/08年の 変化は、PDOが1976/77年と逆符号 に変化したパターンとなっているが、この変動が十年規模変動と言えるかどうかは、今後 の推移をみて判断する必要がある。１ 北太平洋の海面水温・表層水温の
基礎知識
（ １ ） 海 面 水 温 の 平 均 分 布 全 球 の 海 面 水 温 の 平 均 分 布 の 特 徴 は1.1で 述 べ た と お り で あ る が 、 こ こ で は 、 北 太 平 洋 の 海 面 水 温 の 平 均 分 布 の 特 徴 を 述 べ る 。 図2.1.1-1に、1981年～2010年の北太平洋の (a)2 月 、 (b)5 月 、 (c)8 月 及 び (d)11 月 の 月 平 均 海 面 水 温 （ 月 別 平 年 値 ） を 示 す 。 北 太 平 洋 の 海 面 水 温 は 全 般 に 低 緯 度 で 高 く 、 高 緯 度 で 低 い 。 し か し 、 日 付 変 更 線 よ り 東 の 赤 道 域 で は 、 南 米 大 陸 沿 い に 南 半 球 高 緯 度 か ら 流 れ 込 む 寒 流 で あ る フ ン ボ ル ト 海 流 と 、 こ の 海 域 で 卓 越 す る 東 風 に よ っ て 引 き 起 こ さ れ る 湧 昇 の 影 響 で 、 赤 道 上 の 海 面 水 温 が そ の 南 北 に 比 べ 低 く な っ て い る 。（ ２ ） 海 面 水 温 ・ 表 層 水 温 の 季 節 変 動 太 平 洋 低 緯 度 の 西 部 熱 帯 域 で は 、 海 面 水 温 は 季 節 に よ ら ず お お む ね25℃ か ら30℃ の範 囲 に あ っ て 、 季 節 変 動 の 振 幅 も 小 さ く な っ て い る （ 図2.1.1-1）。一方、高緯度では振幅の大 き な 季 節 変 動 が み ら れ 、 冬(a)に は 1℃ 以 下 ま で 海 面 水 温 が 下 降 す る オ ホ ー ツ ク 海 や ア リ ュ ー シ ャ ン 海 域 で も 、 夏(c)には10℃前後ま で 海 面 水 温 が 上 昇 す る 。 海 域 に よ る 、 海 面 水 温 の 季 節 変 動 の 違 い を 詳 し く み る た め に 、 図2.1.1-2 に 、 (a)2 月 、 (b)5月 、 (c)8月 及 び (d)11月 の 月 別 平 年 値 の 年 平 均 値 か ら の 差 を 示 す 。 こ れ を み る と 、 季 節 変 動 の 振 幅 が 最 も 大 き い の は 、 日 本 近 海 を 含 む 中 緯 度 海 域 で あ る こ と が わ か る 。 北 西 太 平 洋 中 緯 度 で は 季 節 風 の 影 響 を 通 じ た 熱 の 出 入 り に よ る 季 節 変 動 が 大 き い 。 更 に 、 月 平 均 海 面 水 温 の 分 布 （ 図2.1.1-1） を み る と 、 北 西 太 平 洋 中 緯 度 で は 東 西 に 延 び る 等 温 線 が 込 み 合 っ た 構 造 が 季 節 に よ ら ず み ら れ て い る 。 こ れ は 、 海 洋 の 亜 熱 帯 循 環 と 亜 寒 帯 循 環 の 境 界 付 近 で 暖 水 と 冷 水 が 接 し て い る た め と 考 え ら れ る 。 季 節 変 動 の 位 相 の 特 徴 は 、 北 緯20度 以 北 の 日 本 近 海 を 含 む 中 高 緯 度 の 広 い 海 域 に お い て 、2月から 3月 に海面 水 温が 最も 低 くな り、 8月 か ら 9月 に 最 も 高 く な っ て お り （ 図 2.1.1-2） 、 気 温 の 季 節 変 動 に 比 べ る と 、 や や 遅 れ て い る 。 し か し 、 海 域 に よ っ て は 海 流 （ 海 洋 の 表 層 循 環 ） の 影 響 に よ る 位 相 の 遅 れ ・ 進 み が み ら れ 、 例 え ば 、 春 に は フ ィ リ ピ ン の 東 か ら 南 西 諸 島 に か け て の 海 域 で 亜 熱 帯 循 環 （ 黒 潮 ） に よ り 低 緯 度 海 域 か ら 暖 水 が 補 給 さ れ る た め 、 海 面 水 温 の 上 昇 が 先 行 す る 傾 向 が み ら れ る （ 図2.1.1-2(b)の赤枠）。 ま た 、 春 か ら 夏 の 間 に 補 給 さ れ た 暖 水 が 黒 図 2.1.1-1 （ ａ ） ２ 月 、 （ ｂ ） ５ 月 、 （ ｃ ） ８ 月 、 （ ｄ ） １ １ 月 に お け る 海 面 水 温 の 月 別 平 均 値 （ 単 位 ℃ ） 115
潮 続 流 域 を 中 心 と し た 中 緯 度 海 域 で 滞 留 す る た め 、 秋 に は 日 本 の 東 か ら 日 付 変 更 線 に か け て の 海 域 で 水 温 が 高 い 状 態 で 維 持 さ れ る 傾 向 が み ら れ る （ 図2.1.1-2(d)の赤枠）。 海 洋 表 層 の う ち 、 海 面 か ら 深 さ150m前 後 ま で は 、 海 面 を 通 じ た 熱 の 出 入 り に 伴 っ て 温 度 躍 層 の 消 長 が 季 節 的 に 繰 り 返 さ れ て お り （ 季 節 躍 層 ） 、 お お む ね 海 面 水 温 と 同 様 に 、 夏 か ら 秋 （ 冬 か ら 春 ） に か け て 最 も 表 層 水 温 が 高 く （ 低 く ） な る 季 節 変 化 を 示 す 。 し か し 、 そ れ よ り も 深 い 主 温 度 躍 層 （ お お む ね800m 前 後 ま で の 表 層 及 び 中 層 ） で は 海 面 を 通 じ た 熱 の 出 入 り の 影 響 を 受 け に く い 。 し か し 、 主 温 度 躍 層 付 近 で も 、 振 幅 は 小 さ い な が ら 、 海 面 付 近 に み ら れ る 熱 的 な 応 答 と は 異 な る 季 節 的 な 特 徴 （ 力 学 的 な 応 答 ） が み ら れ る 海 域 も あ る 。 こ の 様 子 を み る た め に 、 図2.1.1-3に 北 太 平 洋 の(a)2 月 、 (b)5 月 、 (c)8 月 及 び (d)11 月 の 400m 深 に お け る 水 温 の 平 年 値 （ 1981 年 ～ 2010年 の 月別 平 均 値 ）の 年 平 均 値（ 1981年 ～ 2010年）からの差の分布を示す。 日 本 の 南 の 小 笠 原 近 海 を 含 む 亜 熱 帯 （ 黒 潮 ） 循 環 の 内 側 の 海 域 で は 、 冬 に は 季 節 風 に 伴 う 風 応 力 循 環 が 強 ま り 、 海 洋 表 層 で は エ ク マ ン 収 束 が 起 こ っ て 主 温 度 躍 層 が 押 し 下 げ ら れ る 。 冬 の 間 に 押 し 下 げ ら れ 続 け た 主 温 度 躍 層 は 、 春 に 最 も 深 い 位 置 に 達 す る た め 、 一 定 の 深 さ で み た 場 合 に は 、 春 （ 秋 ） に 表 層 水 温 が 高 く な る （ 低 く な る ） 季 節 変 動 （ 力 学 応 答 ） が み ら れ る （ 図2.1.1-3(b)の 赤 枠 、 (d) の 青 枠 ） 。 こ の よ う な 力 学 応 答 に 伴 う 季 節 変 動 の 振 幅 は 、 例 え ば400m深 に お け る 水 温 変 化 と し て は±1℃程度 に過ぎず、 海面付近の 熱的 な 応 答 に よ る 季 節 変 動 の 振 幅 に 比 べ る と 一 桁 小 さ い 。 ま た 、 熱 帯 域 の 北 緯5度 付 近 （ 赤 道 域 の 北 縁 付 近 ） で は 、 東 部 赤 道 域 で 季 節 的 に 変 化 す る 風 に よ っ て 引 き 起 こ さ れ た1年 周 期 の 波 動 が 西 向 き に 伝 搬 し て い る 様 子 が み え る （ 図 2.1.1-3の青矢印）。 図 2.1.1-2 （ ａ ） ２ 月 、 （ ｂ ） ５ 月 、 （ ｃ ） ８ 月 、 （ ｄ ） １ １ 月 に お け る 海 面 水 温 の 月 別 平 均 値 の 年 平 均 値 か ら の 差 （ 単 位 ℃ ） 。 １ ℃ 間 隔 の 等 値 線 に 加 え 、 ±１ ℃ の 範 囲 で は 、 0.1℃ 間 隔 の 補 助 線 を 描 画 し て い る 。
（ ３ ） 海 洋 と 気 候 変 動 大 気 と 海 洋 は 、 互 い に 影 響 を 及 ぼ し 合 い な が ら 様 々 な 時 間 ス ケ ー ル で 変 動 し て い る 。 我 々 は 日 常 生 活 の 中 で 、 日 々 か ら 季 節 程 度 の 比 較 的 短 い 時 間 ス ケ ー ル の 変 動 を 実 感 す る こ と が 多 い が 、 更 に 長 い 時 間 ス ケ ー ル の 変 動 も 社 会 に 影 響 を 及 ぼ す 。 例 え ば 、 太 平 洋 赤 道 域 東 部 の 海 面 水 温 が 平 年 に 比 べ て 大 き く 上 昇 す る エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 は 、 数 年 に 一 度 発 生 し 一 度 発 生 す る と1年 程 度 持 続 す る 現 象 で あ る 。 エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 は 、 発 生 す る と 地 球 全 体 の 大 気 の 流 れ を 変 え 、 日 本 を 含 む 世 界 の 天 候 に 影 響 を 及 ぼ す （ 「2.3エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 」 参 照 ） 。 北 太 平 洋 の 中 高 緯 度 の 海 洋 と 大 気 に は 、 更 に 長 い 十 年 規 模 （ 十 年 か ら 数 十 年 周 期 ） で 変 動 す る 現 象 が あ る こ と が 知 ら れ て い る 。 大 気 は 短 時 間 で 変 動 す る た め 、 こ の よ う な 長 い 時 間 ス ケ ー ル の 変 動 現 象 で は 海 洋 が 大 き な 役 割 を 果 た し て い る と 考 え ら れ る 。 近 年 、 観 測 デ ー タ が 長 期 に わ た っ て 蓄 積 さ れ 、 ま た 、 高 解 像 度 の 数 値 モ デ ル が 開 発 さ れ た こ と に よ り 、 中 緯 度 に お け る 大 気 と 海 洋 の 相 互 作 用 に つ い て 研 究 が 進 展 し て い る 。 わ ず か な 幅 で 海 面 水 温 が 大 き く 変 化 す る 「 海 面 水 温 前 線 」 域 な ど で は 、 大 気 と 海 洋 が 相 互 に 影 響 し あ い 、 こ れ ま で 海 洋 は 受 動 的 だ と 考 え ら れ て き た 中 緯 度 に お い て も 海 洋 の 変 動 が 気 候 に 影 響 を 与 え る 可 能 性 が 指 摘 さ れ て い る （ 田 口 ・ 野 中 ，2010） 。 気候 変 動 を監視 し 、 仕 組 み を 理 解 す る た め に は 、 海 洋 の 変 動 を 把 握 す る こ と が 重 要 で あ る 。 （ ４ ） 北 太 平 洋 に み ら れ る 十 年 規 模 の 海 洋 変 動 1970年 代 半ば に 北 太 平洋 の 海 洋 と大 気 の 気 候 状 態 が 大 き く 変 化 し た こ と が1980年 代 に 入 り 相 次 い で 報 告 さ れ た 。 Namias et al. （1988） は 長 期 予 報の改 善 の ために 北 太 平 洋 の 海 面 水 温 の 偏 差 の 持 続 性 を 調 査 し 、1970年 代 後 半 か ら 海 面 水 温 偏 差 が そ れ ま で に 比 べ て 持 続 し や す く な っ た こ と を 明 ら か に し た 。 ま た 、 柏 原 （1987） は 1977年 以 降 アリ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 が 強 く な っ た こ と を 指 摘 し た 。Nitta 図 2.1.1-3 （ ａ ） ２ 月 、 （ ｂ ） ５ 月 、 （ ｃ ） ８ 月 、 （ ｄ ） １ １ 月 に お け る 400ｍ 深 水 温 月 別 平 均 値 の 年 平 均 値 か ら の 差 （ 等 値 線 間 隔 は 、 0.5℃ ） 117
and Yamada （ 1989 ） や Trenberth （ 1990 ） は 1977年 以 降北 太 平 洋中央 部 の 海面水 温 が 広 範 囲 に 低 下 し て お り 、 そ の 原 因 を 太 平 洋 熱 帯 域 の 海 面 水 温 の 上 昇 と 関 連 付 け て 論 じ た 。 そ の 後 、 こ れ ら の 研 究 が き っ か け と な り 、 太 平 洋 の 大 気 海 洋 の 長 期 変 動 の 研 究 が 盛 ん に な っ た 。 そ の 結 果 、1976/77 年 以 外 に も 北 太 平 洋 中 高 緯 度 で 大 き く 海 面 水 温 が 変 化 し た 時 期 が あ る こ と や 、 そ の 空 間 的 な 分 布 の 特 徴 及 び 大 気 変 動 と の 関 連 が 明 ら か に さ れ た 。
Tanimoto et al. （ 1993 ） 、 Zhang et al. （1997）、Mantua et al.（1997）、White and Cayan （ 1998 ） 、 Yasunaka and Hanawa （2002） は 、 主 成 分 分 析1に よ り 、 海 面 水 温 に 現 れ る 十 年 規 模 の 変 動 の 空 間 パ タ ー ン を 調 べ た 。 そ の 結 果 、 数 年 規 模 で 変 動 す る エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 と 関 連 の 深 い 太 平 洋 赤 道 域 を 中 1主 成 分 分 析 と は 、 海 面 水 温 な ど が 時 間 変 化 す る 中 で ど の よ う な 空 間 パ タ ー ン が 現 れ や す い か を 見 つ け 出 す 統 計 的 手 法 で あ る 。 現 れ や す い 順 番 に 第1主 成 分 、 第2主 成 分 … と い う 。 ま た 、 そ の 時 々 に 各 空 間 パ タ ー ン が も と と な る 空 間 分 布 に ど の 程 度 含 ま れ て い る か を 示 す 量 を 時 係 数 と い う 。 時 係 数 が 正 の と き は 対 応 す る 空 間 パ タ ー ン と な っ て お り 、 値 が 大 き い ほ ど そ の 成 分 が 顕 著 に 含 ま れ て い る 。 逆 に 時 係 数 が 負 の と き は 対 応 す る 空 間 パ タ ー ン と 正 負 が 逆 転 し た 空 間 パ タ ー ン が 含 ま れ て い る 。 心 と す る 空 間 パ タ ー ン 、 十 年 規 模 で 変 動 す る 北 太 平 洋 中 央 部 を 中 心 と す る 空 間 パ タ ー ン 、 十 年 規 模 で 変 動 す る 北 大 西 洋 を 中 心 と す る 空 間 パ タ ー ン な ど が 明 ら か に な っ た 。 Mantua et al.（ 1997） は 、 北 太 平 洋 の 海 面 水 温 を 主 成 分 分 析 し 、 第 １ 主 成 分 に 現 れ る 変 動 を 太 平 洋 十 年 規 模 振 動 （PDO ： Pacific Decadal Oscillation）と名付け、その時係数を PDO指 数 と し た 。 図 2.1.1-4に PDO指 数 を 、 図 2.1.1-5に PDO指 数 が 正 の と き 、 負 の と き に 現 れ や す い 海 面 水 温 分 布 を 示 す 。PDO指 数 が 正 の と き に は 北 太 平 洋 中 央 部 の 海 面 水 温 が 低 下 し 、 ア ラ ス カ 湾 か ら カ リ フ ォ ル ニ ア 沖 の 北 米 大 陸 沿 岸 で 海 面 水 温 が 上 昇 す る 。PDO指 数 は 1925年 に 上 昇 、 1947年 に 下 降 、 1977年 に 上 昇 し て お り 、1977年 の 変 動 は PDOの 変 動 と し て み る こ と が で き る と 指 摘 し た 。Yasunaka and Hanawa （ 2002 ） は 大 西 洋 に お け る 海 面 水 温 の 変 動 も 考 慮 し て 、 上 記 以 外 に1957/58年 、 1970/71年 、 最 近 で は 1988/89年 に 、 北 半 球 に お け る 大 気 の 循 環 場 の 変 化 を 伴 う 大 き な 変 化 が 北 太 平 洋 の 海 面 水 温 に あ っ た こ と を 指 摘 し て い る 。 ま た 、Minobe（ 2002 ） は 1998/99 年 に 黒 潮 続 流 域 で 海 面 水 温 が 大 き く 上 昇 す る 変 化 が 起 こ っ て お り 、PDO指 数 に そ の 変 化 が 現 れ て い る こ と を 指 摘 し て い る 。 図2.1.1-5に み ら れ る よ う に 、 太 平 洋 赤 道 域 に お け るPDOの 空 間 パ タ ー ン は 、 熱 帯 域 で は 図 2.1.1-4 PDO指 数 の 経 年 変 化
エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 の と き の 分 布 に 類 似 し て い る 。 エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 よ り も 長 い 時 間 ス ケ ー ル で 変 動 す る こ と か ら 、PDOは 長 く 持 続 す る エ ル ニ ー ニ ョ/ラ ニ ー ニ ャ 現 象 と し て 扱 わ れ る こ と も あ る （ 例 え ば 、Zhang et al., 1997）。 PDOと 熱 帯 と の 関 係 に つ い て は 、 次 の よ う な 指 摘 が な さ れ て い る 。 太 平 洋 の 熱 帯 の 海 面 水 温 の 上 昇 に 伴 う 大 気 中 の 対 流 活 動 の 変 化 で 、 北 太 平 洋 か ら 北 ア メ リ カ に か け て の 波 列 状 の テ レ コ ネ ク シ ョ ン パ タ ー ン で あ る 太 平 洋 北 ア メ リ カ （PNA ） パ タ ー ン が 励 起 さ れ 、 ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 が 強 ま る 。 こ れ に よ り 北 太 平 洋 中 央 部 で 偏 西 風 が 強 ま る と 、 海 洋 か ら 大 気 へ 放 出 さ れ る 熱 が 増 加 し 、 ま た エ ク マ ン 輸 送 で 海 面 付 近 の 南 向 き の 流 れ が 強 化 さ れ る こ と に よ り 海 面 水 温 が 低 下 す る 。 一 方 、 北 太 平 洋 東 部 で は 、 ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 の 東 側 で 暖 か く 湿 っ た 南 風 が 強 ま る こ と で 海 面 水 温 が 上 昇 す る た め 、 北 太 平 洋 中 央 部 で 負 偏 差 、 東 部 で 正 偏 差 の 空 間 パ タ ー ン が 生 ず る （Nitta and Yamada, 1989；Miller et al., 1994；Yasuda and Hanawa, 1997）。
北 太 平 洋 に み ら れ る 十 年 規 模 の 海 洋 変 動 に
は 第1主 成 分 で 説 明 さ れ る PDOだ け で な く 、 第2 主 成 分 と の 関 連 も 報 告 さ れ て い る （Nakamura et al., 1997；Bond et al., 2003、 Di Lorenzo et al., 2010 ； Yeh et al., 2011） 。 Bond et al.（ 2003） は 、 最 近 の 変 動 は PDOだ け で は う ま く 説 明 で き ず 、 北 緯 40度 を 境 と し て 南 北 で 逆 符 号 に 変 動 す る 第 2主 成 分 も 考 慮 す べ き と 指 摘 し て い る 。 一 方 、Di Lorenzo et al.（ 2008） は モ デ ル に よ っ て 再 現 さ れ た 北 太 平 洋 東 部 の 海 面 高 度 偏 差 を 主 成 分 分 析 し た 。 海 面 高 度 の 主 成 分 分 析 に お い て も 、 第 1主 成 分 に は PDOに 対 応 す る 変 動 が 現 れ る 。Di Lorenzo et al.（2008）は第2主成分と し て 現 れ る 変 動 に 着 目 し 、 こ れ をNPGO （North Pacific Gyre Oscillation） と名付けた。 Di Lorenzo et al.（2008）によると、NPGOは カ リ フ ォ ル ニ ア 沿 岸 の 塩 分 や 栄 養 塩 、 ク ロ ロ フ ィ ル と い っ た 化 学 生 物 成 分 の 変 動 と よ く 一 致 し て い る （ 図2.1.1-6） 。 ま た 、 NPGOは 海 面 水 温 の 第2主 成 分 に 現 れ る 変 動 と 強 い 相 関 が あ る 。 図2.1.1-6に NPGOと 海 面 水 温 偏 差 の 相 関 係 数 も 合 わ せ て 示 す 。 北 太 平 洋 の 海 面 水 ＿ ＿ 図 2.1.1-5 PDOの 正 極 （ 左 ） 、 及 び 負 極 （ 右 ） の 冬 季 に お け る 海 面 水 温 （ 色 ） 、 海 面 気 圧 （ 等 値 線 ） 、 海 面 の 風 応 力 （ 矢 印 ） の 典 型 的 な 偏 差 パ タ ー ン
温 に つ い て 、PDOは 中 央 部 の 広 い 範 囲 で 一 様 な 偏 差 を も つ 特 徴 が あ っ た が 、NPGOは 北 緯 40度 を挟 んで 南 北で 正負 逆 に変 動す る 分布 と な る こ と が 特 徴 で あ る 。 太 平 洋 熱 帯 域 で は 、 PDOは 中 部 か ら 東 部 に か け て 偏 差 を も つ が 、 NPGOは 主 に 中 部 に 相 関 が あ り 、 東 部 で は 相 関 が 小 さ い 。NPGOは 、 北 太 平 洋 の 海 面 気 圧 が 北 緯40度付 近 を境 に南 北 で逆 符号 に 変動 す る 北 太 平 洋 振 動 （NPO） （ Walker and Bliss, 1932） と 対 応 が よ く 、 NPOの 南 北 構 造 は 亜 寒 帯 循 環 と 亜 熱 帯 循 環 の 強 さ に 影 響 し 、 こ れ が 北 太 平 洋 の 海 面 水 温 偏 差 の 南 北 で 逆 符 号 に 変 動 す る 構 造 を 形 成 す る と 考 え ら れ て い る 。 海 面 水 温 は 大 気 の 短 い 時 間 ス ケ ー ル の 変 動 の 影 響 を 受 け や す い が 、 表 層 水 温 は 、 そ の 影 響 が 小 さ い た め 時 間 ス ケ ー ル の 長 い 大 気 の 変 動 の 影 響 を 検 出 し や す い 。 こ の た め 十 年 規 模 と い っ た 長 い 時 間 ス ケ ー ル の 変 動 を 調 べ る に は 表 層 水 温 が 有 効 で あ る 。 表 層 水 温 や 表 層 貯 熱 量 に つ い て も 長 周 期 変 動 の 研 究 が 行 わ れ 、 海 洋 内 部 に も 十 年 規 模 の 変 動 が 見 出 さ れ て い る （Luo and Yamagata， 2001など）。White et al.（2003）やHasegawa and Hanawa（2003）は表層水温データを解析 し て 、 赤 道 域 を 含 む 太 平 洋 熱 帯 域 で 、 海 洋 貯 熱 量 偏 差 が 十 年 規 模 で 変 動 し て い る こ と を 明 ら か に し た 。 ま た 、Sugimoto et al.（ 2003） は 、 北 太 平 洋 の 表 層 水 温 が 、 海 面 水 温 と 同 様 に 、 偏 西 風 の 変 動 に 伴 っ て 変 動 し 、 ま た 偏 西 風 位 置 の 緯 度 の 変 動 に 応 じ て 、 亜 熱 帯 循 環 と 亜 寒 帯 循 環 の 境 も 南 北 に 変 動 し て い る こ と を 示 し た 。Hasegawa et al. （2007）は表層貯熱 量 の 変 動 が 数 十 年 か け て 北 太 平 洋 を 時 計 回 り に 伝 わ り 、 そ の 変 動 が ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 や 黒 潮 、 北 太 平 洋 亜 熱 帯 モ ー ド 水 の 長 期 変 動 と 密 接 に か か わ っ て い る こ と を 示 し た 。 図 2.1.1-6 NPGO指 数 の 時 系 列 と 対 応 す る 海 面 水 温 の 分 布
Di Lorenzo et al.（ 2008） の Figure 2の b図 と Figure 4の b図 を 転 載 。 上 図 は NPGO指 数 （ 黒 線 ） と カ リ フ ォ ル ニ ア 沖 （ 北 緯32度 、 西 経 117度 ） に あ る 観 測 点 の 海 面 塩 分 の 時 系 列 。 下 図 は NPGO指 数 と 海 面 水 温 偏 差 の 相 関 係 数 。NPGO指 数 と は NPGOを 表 す 北 太 平 洋 東 部 の 海 面 高 度 偏 差 の 第 2主 成 分 の 時 系 列 の こ と 。
（ ５ ） 十 年 規 模 変 動 の 影 響 北 太 平 洋 の 十 年 規 模 変 動 に お い て 中 緯 度 で 海 面 水 温 の 低 い 時 期 は 、 大 気 で は ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 が 強 い 時 期 に あ た る 。 こ の た め 、 北 米 大 陸 西 岸 で は 、 南 か ら の 暖 か い 風 に よ り 気 温 が 上 が り 、 降 水 量 が 増 え る こ と が 指 摘 さ れ て い る （Mantua et al., 1997）。日本の気候 に 対 す る 北 太 平 洋 の 十 年 規 模 変 動 の 影 響 は 、 北 米 大 陸 ほ ど 顕 著 で は な い が 、 見 延 （2001） は 、1947/48 年 に 起 こ っ た 日 本 の 平 均 地 上 気 温 の 大 き な 上 昇 は 、 北 太 平 洋 の 十 年 規 模 変 動 と 連 動 し て い る と 指 摘 し て い る 。 ま た 、 北 太 平 洋 の 十 年 規 模 変 動 に 伴 う 海 面 水 位 の 変 動 が ロ ス ビ ー 波 と し て 西 向 き に 伝 播 し て 、 日 本 沿 岸 の 海 面 水 位 に 影 響 を 及 ぼ し て い る （ 「1.2 海 面 水 位 」 参 照 ） 。 十 年 規 模 の 変 動 は 海 洋 生 態 系 に も 大 き な 影 響 を 及 ぼ す た め 、 十 年 規 模 変 動 は 気 候 学 の み な ら ず 、 水 産 資 源 学 の 分 野 で も 広 く 研 究 さ れ て い る 。 北 太 平 洋 に お け る マ イ ワ シ 、 サ ケ な ど の 漁 業 資 源 量 の 変 動 が 北 太 平 洋 の 十 年 規 模 の 変 動 と 関 連 し て い る と い う 報 告 が あ る （Mantua et al., 1997；安田，2001）。特にマ イ ワ シ は 日 本 近 海 で 最 も 大 量 に 漁 獲 さ れ る 魚 の 一 つ で 、20世 紀 で は1930年 代 と1980年 代 に 漁 獲 量 が ピ ー ク に な っ た 。 黒 潮 続 流 域 は マ イ ワ シ の 稚 仔 魚 の 回 遊 経 路 に あ た り 、 冬 か ら 春 に か け て こ の 海 域 の 海 面 水 温 が 高 い と 、 稚 仔 魚 の 死 亡 率 が 高 く な る こ と が わ か っ て い る 。 こ の こ と か ら 、 マ イ ワ シ の 漁 獲 量 と こ の 海 域 の 十 年 規 模 の 水 温 変 動 と の 関 連 が 指 摘 さ れ て い る （ 安 田 ，2001）。
２ 海面水温の監視
（ １ ） 診 断 に 用 い る デ ー タ 気 象 庁 で は 、 気 候 解 析 を 目 的 と し て 、100 年 以 上 に わ た る 全 球 月 平 均 海 面 水 温 格 子 点 デ ー タ セ ッ ト （COBE-SST） を 整 備 し て い る （ 「1.1海 面 水 温 」 参 照 ） 。 こ こ で は 1901～ 2012年 の COBE-SSTを 用 い て 海 面 水 温 変 動 を 解 析 す る 。 ま た 、 大 気 の デ ー タ と し て は 、JRA-25長期 再 解 析 デ ー タ （Onogi et al. , 2007）を使用し た 。 （ ２ ） 海 面 水 温 の 変 動 北 太 平 洋 中 高 緯 度 の 海 面 水 温 変 動 の 特 徴 を 調 べ る た め 、 北 緯20度以 北 の月 別海 面 水温 偏 差 格 子 点 デ ー タ （1901年 ～ 2000年 の 100年 平 均 し た 月 ご と の 平 年 値 を も と に 、 月 ご と に 各 格 子 点 で 平 年 差 を 算 出 し 、 更 に 地 球 温 暖 化 に よ る ト レ ン ド を 取 り 除 く た め 、 各 月 の 世 界 全 体 で 平 均 し た 平 年 差 を 引 い た 値 ） を 用 い て 主 成 分 分 析 を 行 い 、 海 面 水 温 変 動 の な か で 寄 与 の 大 き い 第1主 成 分 （ 寄 与 率 21.3%） と 第 2主 成 分 （ 寄 与 率10.4%） の 時 係 数 を 求 め た （ 図 2.1.1-7） 。 時 係 数 は 標 準 偏 差 で 規 格 化 し て あ る 。 図2.1.1-8は 第 1、 2主 成 分 の 時 係 数 と 全 球 の 海 面 水 温 偏 差 （ 平 年 値 は1981年 ～ 2010年 の 30年 平均 ）と の 回帰 係数 （ 標準 偏差 で 規格 化 し た 主 成 分 の 時 係 数 を 説 明 変 数 、 各 格 子 点 の 海 面 水 温 偏 差 を 被 説 明 変 数 と す る 単 回 帰 式 に お け る 回 帰 直 線 の 傾 き ） で あ る 。 回 帰 係 数 の 分 布 は 時 係 数 が 正 の と き に 特 徴 的 な 海 面 水 温 偏 差 を 表 し 、 時 係 数 が 負 の 時 は こ れ と 正 負 逆 転 し た 分 布 が 現 れ や す い 。 北 太 平 洋 で は 主 成 分 分 析 の 空 間 パ タ ー ン に お よ そ 対 応 す る 。 第1主 成 分 の 時 係 数 と 回 帰 係 数 の 空 間 分 布 は 図2.1.1-4、 図 2.1.1-5と よ く 対 応 し て お り 、 PDOを 表 し て い る 。 回 帰 係 数 の 分 布 は 、 北 太 平 洋 中 央 部 で 負 、 ア ラ ス カ 湾 か ら カ リ フ ォ ル ニ ア 沖 に か け て の 北 米 大 陸 沿 岸 部 で 正 と な っ て い る の が 特 徴 的 で あ る 。 ま た 、 日 付 変 更 線 よ り 東 の 太 平 洋 赤 道 域 で 正 と な っ て い る 。第2主成分はDi Lorenzo et al.（2008）で示 さ れ たNPGO の 指 数 や NPGO と 海 面 水 温 偏 差
の 相 関 係 数 の 分 布 と よ く 対 応 し て い る （ 図 2.1.1-6） 。 回 帰 係 数 は 北 緯 40度 を 境 に 北 で 負 、 南 で 正 と 逆 符 号 に 分 布 し て お り 、NPGO や Bond et al.（2003）で示された第2主成分と同 じ 変 動 が 現 れ て い る と 考 え ら れ る 。 ま た 、 太 平 洋 赤 道 域 と も 相 関 が あ り 、 日 付 変 更 線 付 近 で 負 の 分 布 を し て い る 。 た だ し 、PDOと は 異 な り 、 赤 道 域 東 部 で の 関 連 す る 変 動 は 比 較 的 小 さ い 。 第1主 成分と 第 2主成分 の 時係 数の 冬 季平 均 の 時 系 列 を 図2.1.1-9に 示 す 。 冬 季 の 海 面 水 温 に 着 目 し た の は 、 冬 季 は 十 年 規 模 変 動 と 密 接 に 関 わ っ て い る ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 の 変 動 が 大 き く 、 十 年 規 模 変 動 が 現 れ や す い た め で あ る 。 一 方 、 夏 季 は 大 気 か ら の 影 響 が 海 面 付 近 に 限 ら れ る た め 十 年 規 模 変 動 と は 別 の 変 動 が 重 な り や す い 。 ま た 、 第1主成分 と 第 2主成 分 に よ る 海 面 水 温 の 特 徴 的 な 変 動 を 示 す た め 、 図2.1.1-10に 変 動 の 大 き な 領 域 で 平 均 し た 海 面 水 温 の 時 系 列 を 示 す 。 図2.1.1-10aは 北 太 平 洋 中 央 部 の 北 緯40度 付近 （ 北緯 30度 ～ 北緯 50 度 、 東 経160度 ～ 西 経 150度 ； 図 2.1.1-8上 図 の 黒 線 で 囲 ま れ た 部 分 ） の 月 別 平 均 海 面 水 温 平 年 差 の 冬 平 均 （12 月 ～ 2 月 ） の 時 系 列 、 図 2.1.1-10bは 北 太 平 洋 中 央 部 の 北 緯 40度 を 境 に 北 側 （ 北 緯40度 ～ 北 緯 60度 、 東 経 170度 ～ 西 経140度 ； 図 2.1.1-8下 図 の 黒 い 破 線 で 囲 ま れ た 部 分 ） 及 び 南 側 （ 北 緯20度 ～ 北緯 40度 、 東 経150度 ～ 西 経 160度 ； 図 2.1.1-8下 図 の 黒 線 で 囲 ま れ た 部 分 ） の 月 別 平 均 海 面 水 温 平 年 差 の 冬 平 均 の 時 系 列 で あ る 。 １ の （ ４ ） で 述 べ た よ う に 、 最 近 数 十 年 の 間 に 、 北 太 平 洋 で は1976/77年 、 1988/89年 、 1998/99 年 に 大 き な 気 候 変 化 が あ っ た と い わ れ て い る 。 図2.1.1-11(a) ～ (c) は 1976/77 年 、 1988/89年 、 1998/99年 を 境 と し た 前 後 10年 間 平 均 の 冬 季 （12～ 2月 ） の 海 面 水 温 の 差 で あ り 、 変 化 前 後 の10年規模の変化を表す。 図 2.1.1-7 1901年 ～ 2000年 の 北 太 平 洋 の 月 別 海 面 水 温 偏 差 の 主 成 分 分 析 に よ っ て 得 ら れ た 第 １ 主 成 分 （ PDO） の 時 係 数 （ 上 ） と 第 ２ 主 成 分 の 時 係 数 （ 下 ） 。
(a)
(b)
(a)
(b)
図 2.1.1-8 1901年 ～ 2000年 の 北 太 平 洋 の 月 別 海 面 水 温 偏 差 の 主 成 分 分 析 に よ っ て 得 ら れ た 第 1 主 成 分 （ 上 ） 、 第2主 成 分 （ 下 ） の 時 係 数 と 海 面 水 温 偏 差 の 回 帰 係 数 。 実 線 及 び 破 線 は 第1、 第 2主 成 分 の 変 動 が 大 き く 現 れ る 領 域 。 （ ℃ ） （ ℃ ）(a)
図 2.1.1-9 北 太 平 洋 の 海 面 水 温 偏 差 の (a)第 1主 成 分 、 (b)第 2主 成 分 の 時 係 数 の 冬 平 均 （ 12月 ～ 2月 ） 。 緑 線 は そ の5年 移 動 平 均 。1976/77年 に 北 太 平 洋 中 央 部 を 中 心 に 広 い 範 囲 で 海 面 水 温 が 低 下 し た の に 伴 い （ 図 2.1.1-10a） 、 PDO指 数 は 、 10年 程 度 続 い た 負 の 状 態 か ら そ の 後10年以 上 続く 正の 状 態に 大 き く 変 化 し た （ 図2.1.1-9 ） 。 1976/77 年 の 前 後10年 間 平均 の 海面 水温 の 有意 な差 は 、北 太 平 洋 中 央 部 の 北 緯40度付 近 を中 心に 広 い範 囲 で 負 、 東 部 の 北 米 大 陸 沿 岸 域 で 正 、 日 付 変 更 線 よ り 東 の 太 平 洋 赤 道 域 全 域 で 正 で あ る （ 図 2.1.1-11a） 。 こ の 10年 間 平 均 の 海 面 水 温 の 差 はPDOが 正 の 時 の 空 間 パ タ ー ン （ 図 2.1.1-8） と よ く 似 て い る 。 ま た 、 １ の （ ４ ） で 示 し た 、 熱 帯 域 の 海 面 水 温 がPNAパ タ ー ン を 通 し て ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 に 影 響 し 、 海 面 水 温 の 変 化 を 起 こ し た と い う 説 明 と も 整 合 す る 。 こ れ ら の こ と か ら わ か る と お り 、1976/77年 前 後 の 変 化 は 、PDOの 符 号 変 化 に 表 れ る 十 年 規 模 変 動 で あ っ た 。 1988/89 年 に 北 緯 40 度 付 近 を 中 心 に 海 面 水 温 が 広 範 囲 に 上 昇 し た の に 伴 い （ 図 2.1.1-10a） 、 PDO指 数 は 10年 程 度 続 い た 正 の 状 態 か ら 負 の 状 態 に 大 き く 変 化 し た が 、 負 の 状 態 は3年 程 度 で 解 消 し た （ 図 2.1.1-9） 。 1988/89 年 前 後10年間 平 均の 海面 水 温の 有意 な 差は 、 北 緯40度 付近 の 比較 的狭 い 範囲 で正 で あり 、 東 部 の 北 米 大 陸 沿 岸 域 や 赤 道 域 で は 有 意 な 差 は み ら れ な い （ 図2.1.1-11b） 。 こ の 差 は PDO が 正 の と き に み ら れ る 空 間 パ タ ー ン （ 図 2.1.1-8） と 北 緯 40度 付 近 以 外 は 似 て い な い 。 特 に 赤 道 域 で 有 意 な 差 が み ら れ ず 、1976/77 年 と は 異 な る こ と が わ か る 。 図2.1.1-12は 、 1988/89年 の 前 9年 間 と 後 10年 間 の 平 均 500hPa 高 度 平 年 差 の 冬 季 平 均 の 差 で あ る （ （1989～ 1998 年 の 冬 平 均 ） － （ 1980 ～ 1988 年 の 冬 平 均 ） 、JRA-25長 期 再 解 析 デ ー タ は 1979年 1月 か ら の 解 析 で1978年 12月 の 解 析値が な い た め 1980 年 冬 か ら の 平 均 値 を 用 い て い る ） 。 1988/89年 前 後 で は 、 500hPa高 度 は 図 2.1.1-10 (a) 北 太 平 洋 中 部 の 北 緯 40 度 付 近 （ 北 緯 30 度 ～ 50 度 、 東 経 160 度 ～ 西 経 150 度 ） 、 (b)北 緯 40度 を 境 と し た 北 側 （ 北 緯 40度 ～ 60度 、 東 経 170度 ～ 西 経 140度 ； 破 線 で 示 す ） 及 び 南 側 の 北 緯 30度 付 近 （ 北 緯 20度 ～ 40度 、 東 経 150度 ～ 西 経 160度 ； 実 線 で 示 す ） の 月 別 平 均 海 面 水 温 平 年 差 (℃ )の 冬 平 均 （ 12月 ～ 2月 ） の 時 系 列
(b)
(a)
図 2.1.1-11 北 太 平 洋 に お け る 1976/77年 、 1988/89年 、 1998/99年 、 2007/08年 を 境 と し た 前 後 10 年 間 平 均 の 冬 季 （ 12～ 2月 ） の 海 面 水 温 の 変 化 （ 単 位 ： ℃ ） 。 ハ ッ チ は 両 側 95％ で 有 意 な 差 で あ る こ と を 示 す 。 た だ し 、 2008年 以 降 の 期 間 は 5年 間 平 均 を 用 い た 。 （a） ： （ 1977～ 1986年 の 冬 平 均 ） － （ 1967～ 1976年 の 冬 平 均 ） （b） ： （ 1989～ 1998年 の 冬 平 均 ） － （ 1979～ 1988年 の 冬 平 均 ） （c） ： （ 1999～ 2008年 の 冬 平 均 ） － （ 1989～ 1998年 の 冬 平 均 ） （d） ： （ 2008～ 2012年 の 冬 平 均 ） － （ 1998～ 2007年 の 冬 平 均 ）
(a)
(b)
(c)
(d)
（ ℃ ） 1251988/89 年 前 後 で は 、 500hPa 高 度 は 北 極 付 近 で 負 側 に 変 化 す る 一 方 、 中 緯 度 帯 で は 帯 状 に 正 側 に 変 化 し 、 こ れ は 極 域 に 寒 気 が 蓄 積 さ れ る 正 の 北 極 振 動 的 な 状 況 へ の 変 化 を 示 し て い る 。 こ れ ら の こ と か ら 、1988/89 年 の 変 化 は 、 熱 帯 域 の 海 面 水 温 の 変 化 がPNAパ タ ー ン を 通 し て ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 の 強 さ を 変 化 さ せ た こ と に よ る1976/77年 の 変 化 と は 異 な り 、 北 極 振 動 に 関 連 し た 主 に 中 緯 度 以 北 で 起 こ っ た 一 時 的 な 変 動 で あ っ た と 考 え ら れ る （Yasunaka and Hanawa, 2002） 。 な お 、 第 2 主 成 分 は1988と 1989年 に 正 の 傾 向が み ら れ た が 、 前 後 と も に10年 程度 負 の傾 向が 強 く、 変 化 は 一 時 的 で あ っ た 。 1998/99 年 に 北 緯 40 度 付 近 を 中 心 と し た 海 面 水 温 が 上 昇 し た の に 伴 い （ 図2.1.1-10a） 、 PDO指 数 は 、 5年 程 度 続 い た 正 の 状 態 か ら 負 の 状 態 に 変 わ り 、 そ の 後 数 年 程 度 で 負 の 状 態 は 一 旦 解 消 し た が 、 再 び2007 年 か ら 現 在 （2013 年 ） ま で 負 の 状 態 が 続 い て い る （ 図 2.1.1-9 ） 。 1998/99 年 の 前 後 10 年 間 平 均 の 海 面 水 温 の 有 意 な 差 は 、 北 緯40度 を境 に 北側 で 広 範 囲 に 負 、 南 側 で 広 範 囲 に 正 で あ る 。 有 意 な 差 で は な い が 、 太 平 洋 赤 道 域 で は 、 日 付 変 更 線 付 近 で は 負 で あ る （ 図2.1.1-11c） 。 こ の 差 は 第2主 成 分 の 空 間 パ タ ー ン （ 図 2.1.1-8） と よ く 似 て い る 。 海 面 水 温 を 詳 細 に み れ ば 、 1998/99 年 に 北 緯 40 度 を 境 に 北 側 で 低 下 、 南 側 で 上 昇 し て お り （ 図2.1.1-10b ） 、 こ れ に 伴 っ て 第2主 成 分 の 時 係 数 が 10年 程 度 続 い た 負 の 状 態 か ら10年 以 上続 く 正の 状態 に 大き く 変 わ っ た た め で あ る （ 図9） 。 図 2.1.1-13は 、前 後10年 間の 平均 海 面気 圧平 年 差の 冬 季 平 均 の 差 で あ る 。 （ （1999～ 2008年 の 冬 平 均 ） － （1989～ 1998年 の 冬 平 均 ）） 。 こ の 差 は 北 緯40度付 近 を境 に南 北 逆符 号の 構 造を し て い る NPO的な構造であり、NPOは第2主成 分 の 形 成 要 因 と 考 え ら れ て い る （Di Lorenzo et al., 2008）。これらのことから、1998/99年 前 後 の 変 化 は 、 北 緯40度 を 境に 北側 で 負偏 差、 南 側 の 北 緯30度 付近 で正 偏 差の 対で 特 徴付 け ら れ る 第2主 成 分 が 大 き く 関 わ っ た 十 年 規 模 の 変 化 で あ っ た と 考 え ら れ る 。 な お 、2007/08 年 に 北 緯 40 度 付 近 を 中 心 に 海 面 水 温 が 上 昇 し た の に 伴 い （ 図2.1.1-10a） 、 PDO指 数 は 、 そ の 後 2010年 を 除 い て 負 の 値 が 続 い て い る （ 図2.1.1-9） 。 2007/08年 の 後 5年 間 と 前10年間 平 均の 海面 水 温の 有意 な 差（ 図 2.1.1-11d） は 、 北 太 平 洋 中 央 部 の 北 緯 40度 付 近 を 中 心 に 正 、 東 部 の 北 米 大 陸 沿 岸 域 で 負 で あ る 。 有 意 で は な い が 、 日 付 変 更 線 よ り 東 の 太 平 洋 赤 道 域 で 負 で あ り 、 こ れ はPDOが 負 の 時 の パ タ ー ン に 似 て い る 。 図2.1.1-14 は 、 2007/08年 の 前 10年 間 と 後 5年 間 の 冬 季 の 平 均 海 面 気 圧 平 年 差 の 冬 季 平 均 の 差 で あ る 。 こ の 差 は ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 が 弱 ま っ た こ と を 示 し て お り 、1976/77の 変 化 と は 逆 の 大 気 の 変 化 と な っ て い る 。 ま だ5年 程 度 し か 経 っ て い な い こ と も あ り 、 こ の 変 動 が 十 年 規 模 変 動 と し て 持 続 性 が あ る か ど う か 、1976/77年 の 変 化 と 同 じ よ う な 仕 組 み で 説 明 し 得 る 変 化 か 否 か 、 今 後 の 推 移 を み て 判 断 す る 必 要 が あ る 。 ま た 、 太 平 洋 熱 帯 域 に 注 目 す る と 、 1998/99 年 の 変 化 以 後 、 平 均 す る と 中 部 か ら 東 部 で 海 面 水 温 が 負 偏 差 に な っ て い て ラ ニ ー ニ ャ 現 象 的 な 偏 差 で あ る 。 一 方 、 多 く の 地 球 温 暖 化 予 測 実 験 で は 、 地 球 温 暖 化 が 進 行 す る と 21世 紀 後 半 の 太 平 洋 熱 帯 域 の 海 面 水 温 は エ ル ニ ー ニ ョ 現 象 的 な 偏 差 分 布 に 変 化 し て い く と い う 結 果 が 得 ら れ て い る （IPCC, 2007） 。 地 球 温 暖 化 予 測 の 結 果 と は 逆 の 、 近 年 の ラ ニ ー ニ ャ 現 象 的 な 海 面 水 温 偏 差 が 、 十 年 規 模 の 自 然 変 動 に よ る も の か ど う か 、 今 後 、 注 視 し て い き た い 。
図 2.1.1-12 1988/89年 を 境 と し た 冬 季 平 均 （ 12～ 2月 ） の 500hPa高 度 の 変 化 （ （1989～ 1998年 の 冬 平 均 ） － （1980～ 1988年 の 冬 平 均 ） ） （ 単 位 ： m） 。 ハ ッ チ は 両 側95％ で 有 意 な 差 で あ る こ と を 示 す 。 （m） 図 2.1.1-13 1998/99年 を 境 と し た 冬 季 平 均 （ 12～ 2月 ） の 海 面 気 圧 の 変 化 （ （1999～ 2008年 の 冬 平 均 ） － （1989～ 1998年 の 冬 平 均 ） ） （ 単 位 ： hPa） 。 ハ ッ チ は 両 側95％ で 有 意 な 差 で あ る こ と を 示 す 。 （hPa） 図 2.1.1-14 2007/08年 を 境 と し た 冬 季 平 均 （ 12～ 2月 ） の 海 面 気 圧 の 変 化 （ （2008～ 2012年 の 冬 平 均 ） － （1998～ 2007年 の 冬 平 均 ） ） （ 単 位 ： hPa） 。 ハ ッ チ は 両 側95％ で 有 意 な 差 で あ る こ と を 示 す 。 （hPa） 127
３ 表層水温の監視
（ １ ） 診 断 に 用 い る デ ー タ 気 象 庁 で は 、 観 測 船 、 一 般 船 舶 、 ア ル ゴ フ ロ ー ト 、 定 置 ブ イ な ど に よ る 現 場 観 測 デ ー タ を も と に 世 界 の 海 洋 に つ い て 、1950年 以 降 の 海 面 か ら 深 さ700mま で の 水 温 の 月 平 均 格 子 点 デ ー タ セ ッ ト を 作 成 し て い る （ 「1.1.1世界 の 海 面 水 温 ・ 表 層 水 温 」 参 照 ） 。 こ こ で は 海 面 か ら 深 さ700mの 平 均 水 温 を 用 い て 海 洋 内 部 の 水 温 変 動 を 解 析 す る 。 な お 、 表 層 水 温 の 観 測 は 海 面 水 温 の 観 測 に 比 べ て 観 測 数 が 少 な い た め 、1950年以降について解析を行った。 （ ２ ） 表 層 水 温 の 変 動 海 面 水 温 で み ら れ た 十 年 規 模 の 変 動 が 、 海 洋 内 部 の 表 層 で ど の よ う に 現 れ て い る か を 調 べ る た め 、 海 面 水 温 と 同 様 に 北 緯20度 以北 の 領 域 で 主 成 分 分 析 を 行 っ た 。 地 球 温 暖 化 に よ る ト レ ン ド を 取 り 除 く た め 各 格 子 点 の 値 か ら 世 界 全 体 の 平 均 値 を 引 く の も 同 様 に 行 っ て い る 。 得 ら れ た 時 係 数 を 図2.1.1-15に 示 す 。 第 1 主 成 分 の 寄 与 率 は16.7％ 、 第 2主 成 分 の 寄 与 率 は9.6 ％ だ っ た 。 海 面 水 温 の 主 成 分 分 析 （ 図2.1.1-7） と 比 べ る と 、 表 層 水 温 は 時 係 数 の 時 間 変 動 で 短 周 期 成 分 が 小 さ く 、 数 年 か ら 数 十 年 ス ケ ー ル の 変 動 が よ り 明 瞭 に み ら れ て お り 、 十 年 規 模 の 変 動 を み る の に 適 し て い る こ と が わ か る 。 海 洋 表 層 は 大 気 に 比 べ て 熱 容 量 が 大 き い た め 、 大 気 の 短 周 期 変 動 の 影 響 を 受 け や す い 海 面 水 温 よ り も ゆ っ く り と 変 動 し て い る た め で あ る 。 ま た 、 客 観 解 析 で 、 海 面 水 温 に 比 べ て 短 周 期 変 動 の 平 滑 化 が 強 く な さ れ て い る た め で も あ る 。 第1主成分 と 第 2主成 分 の変 動に 特 徴的 な表 層 水 温 の 分 布 と し て 、 そ れ ぞ れ の 時 係 数 か ら 図 2.1.1-15 北 太 平 洋 の 十 年 規 模 変 動 に み ら れ る 月 平 均 表 層 水 温 偏 差 か ら 求 め た 時 係 数 の 経 年 変 動 北 緯20度 以 北 の 北 太 平 洋 域 の 月 平 均 表 層 水 温 （ 海 面 か ら 深 さ 700mの 平 均 ） 偏 差 （ 1950～ 2012年 ） か ら 全 球 平 均 を 引 い た の ち 主 成 分 分 析 し て 得 ら れ た 第1主 成 分 （ 上 ） 及 び 第 2主 成 分 （ 下 ） の 時 係 数 の 経 年 変 動 を 示 す 。 本 文 で 着 目 し た 北 太 平 洋 の 気 候 に 大 き な 変 化 が あ っ た 年 を 赤 点 線 で 示 す 。回 帰 し た 表 層 水 温 偏 差 の 回 帰 係 数 を 図 2.1.1-16に 示す 。第 １ 主成 分の 回 帰係 数は 北 太平 洋 中 央 部 で 負 、 ア ラ ス カ 湾 か ら カ リ フ ォ ル ニ ア 沖 に か け て の 北 米 大 陸 沿 岸 で 正 で あ り 、 北 太 平 洋 で はPDOに よ る 海 面 水 温 の 回 帰 係 数 と 同 じ 分 布 を し て い る 。 時 係 数 の 経 年 変 動 も 海 面 水 温 と 一 致 し て お り 、 表 層 水 温 の 第1主 成 分 はPDOを 反 映 し て い る 。 た だ し 、 表 層 水 温 で は 、 北 太 平 洋 の 北 緯20度 に 沿っ て東 西 に細 長 く 正 の 係 数 が 分 布 し て い る と い う 特 徴 が あ る 。 ま た 、 太 平 洋 熱 帯 域 で は 係 数 が 北 太 平 洋 に 比 べ て 小 さ く 、 特 に 東 部 の 正 の 係 数 が 顕 著 で は な い こ と が 海 面 水 温 と 異 な っ て い る 。 も と も と 熱 帯 域 で の 表 層 水 温 の 変 動 は 中 高 緯 度 に 比 べ て 大 き く な い た め と 考 え ら れ る 。 第2主 成 分 の 時 係 数 は 海 面 水 温 の 時 係 数 と 整 合 的 で あ る が 、 よ り 長 周 期 の 変 動 が は っ き り し て お り 、 NPGOの指数（Di Lorenzo et al., 2008）との対 応 も よ い 。 北 太 平 洋 の 回 帰 係 数 は 北 緯40度 を 挟 ん で 南 北 逆 符 号 と な る 分 布 が 現 れ て い て 、 海 面 水 温 の 第2主 成 分 と 同 じ 変 動 を み て い る と い え る 。 た だ し 、 北 緯40度 以 南に み られ る 正 の 回 帰 係 数 は 、 も と も と 変 動 の 大 き い 黒 潮 続 流 域 で 大 き い 値 と な っ て い て 、 分 布 が や や 西 に 偏 っ て い る 。 時 係 数 を 詳 細 に 比 較 す る と 、 表 層 水 温 の 時 係 数 は 海 面 水 温 の 時 係 数 の 変 動 に 数 年 遅 れ て お り 、 海 面 水 温 で み ら れ た 変 動 が 海 洋 内 部 を 伝 播 し て 表 層 水 温 の 変 動 と し て 現 れ て い る 可 能 性 が 考 え ら れ る 。 ま た 、 熱 帯 域 で は 変 動 が も と も と 大 き く な い た め 、 回 帰 図 2.1.1-16 表 層 水 温 の 第 1主 成 分 と 第 2主 成 分 の 時 係 数 か ら 回 帰 し た 表 層 水 温 の 回 帰 係 数 第1主 成 分 の 時 係 数 か ら 回 帰 し た 回 帰 係 数 （ 上 ） と 第 2主 成 分 の 時 係 数 か ら 回 帰 し た 回 帰 係 数 （ 下 ） 。 そ れ ぞ れ 、 時 係 数 が 正 の と き の 典 型 的 な パ タ ー ン を 示 す 。 時 係 数 が 負 の と き は こ れ と 正 負 が 逆 に な っ た パ タ ー ン に な り や す い 。 統 計 期 間 は1950年 か ら 2012年 。 単 位 は ℃ 。
係 数 の 分 布 に 目 立 っ た 特 徴 は み ら れ な い 。 海 面 水 温 で 着 目 し た 、1976/77年 、 1988/89 年 、1998/99年 、 2007/08年 の 変 化 が 表 層 水 温 に ど の よ う に 現 れ て い る か を 調 べ る た め に 、 図2.1.1-11と 同 様 に そ れ ぞ れ の 境 に つ い て 、 後 ろ10 年 （ た だ し 、 2007/08 年 に つ い て は デ ー タ の あ る2012年 ま で の 5年 ） の 平 均 表 層 水 温 か ら 前10年 の平 均表 層 水温 を引 い た差 を 調 べ た （ 図2.1.1-17）。 1976/77年 を 境 と す る 差 は 、 第 1主 成 分 の 分 布 と よ く 似 て お り 、 時 係 数 も1976/77年 を 境 に 負 か ら 正 へ と 変 化 し て い る こ と か ら 、PDO に よ っ て 表 さ れ る 十 年 規 模 変 動 が 表 層 水 温 に も 現 れ て い る こ と が わ か る 。 1988/89年 の 変 化 で は 海 面 水 温 と 同 様 に 北 太 平 洋 中 央 部 の 昇 温 は 北 緯40度 以北 に 限定 さ れ て い る 。 北 緯20度 に沿 っ た水 温の 低 下は み ら れ る も の の 、 北 米 大 陸 沿 岸 で は 水 温 低 下 が み ら れ な い 。 第1主 成 分 の 時 係 数 の 変 化 も 一 時 的 で あ り 、 海 面 水 温 の 変 化 を 考 え る と 、 こ の 年 の 変 化 は 熱 帯 の 海 面 水 温 の 影 響 に よ る PDOの 変 動 と は 考 え に く い 。 第 1主 成 分 と 第 2 主 成 分 を 重 ね 合 わ せ た こ の 期 間 の 変 動 を 図 2.1.1-18に 示 す 。 北 太 平 洋 中 央 部 の 昇 温 域 が 北 緯40度 以 北 に 偏 る な ど の 特 徴 は 第 1主 成 分 に 第2主 成 分 を 重 ね る こ と で あ る 程 度 再 現 で き る が 、 日 本 の 南 の 顕 著 な 昇 温 な ど は 再 現 で き な い 。PDO や 第 2 主 成 分 の 変 動 の 影 響 が あ っ た と し て も 、 そ れ だ け で は 説 明 で き な い 変 動 で あ っ た と い え る 。 ま た 、 第1主 成 分 も 第2主 成 分 も 時 係 数 の 変 化 が 持 続 し て い な い た め 、 海 洋 内 部 に お い て も 変 化 は 一 時 的 で あ っ た 。 1998/99年 は 、 北 太 平 洋 中 央 部 の 北 部 で 水 温 が 低 下 、 南 部 で 水 温 が 上 昇 し た 。 ま た 、 カ リ フ ォ ル ニ ア 沖 で 水 温 が 低 下 し て い る な ど 、 図 2.1.1-17 1976/77年 、 1988/89年 、 1998/99年 、 2007/08年 前 後 の 表 層 水 温 の 変 化 そ れ ぞ れ の 境 の 後 ろ10年 の 平 均 表 層 水 温 偏 差 か ら 前 10年 の 平 均 表 層 水 温 偏 差 を 引 い た 差 。 た だ し 、 2007/08 年 に つ い て は 2008 年 か ら 2012 年 ま で の 平 均 か ら 2007 年 ま で の 10 年 平 均 値 を 引 い た 差 。 単 位 は ℃ 。 差 が 年 々 変 動 に 対 し て 信 頼 度95％ で 統 計 的 に 有 意 で あ る 海 域 を ハ ッ チ で 示 す 。
131 第2主 成 分 の 回 帰 係 数 の 分 布 と 特 徴 が 似 て い る 。 第1 主 成 分 の 時 係 数 は 1998 年 ま で 正 で あ っ た が 、1999年 に 一 旦 0近 く ま で 値 が 小 さ く な っ た 。 し か し 、 再 び 徐 々 に 正 の 値 を と る よ う に な り 、1998/99年 を 境 と し た 大 き な 変 化 は み ら れ な い 。 そ れ に 対 し て 第2主 成 分 の 時 係 数 は 負 か ら 正 へ と 大 き く 変 化 し て お り 、 第2主 成 分 の 変 動 に 伴 っ た 変 化 で あ っ た こ と が わ か る 。 2008年 以 降 、 表 層水温 は そ れまで の 10年 間 の 平 均 に 比 べ て 北 太 平 洋 中 央 部 で 上 昇 し 、 ア ラ ス カ 湾 や 北 緯20度 に沿 っ た海 域で 下 降し て い て 、 第1主 成 分 の 空 間 パ タ ー ン を 正 負 逆 転 さ せ た パ タ ー ン と 似 た 分 布 と な っ て い る 。 し か し 、 変 化 し て か ら5年 程 度 の 観 測 し か な い た め 、 こ れ がPDOに よ る 十 年 規 模 変 動 と い え る か 否 か 、 今 後 継 続 し た 監 視 が 必 要 で あ る 。 以 上 、 海 面 水 温 で み ら れ た 十 年 規 模 の 変 動 が 、 表 層 水 温 で も 同 様 に か つ 明 瞭 に み ら れ 、 こ れ ら の 変 動 に 伴 っ て 海 洋 内 部 も 変 化 し て い る こ と が わ か っ た 。 最 後 に 、 こ れ ら の 変 動 に 伴 っ て 実 際 の 表 層 水 温 が ど の よ う に 変 動 し た か を み て お く 。 図2.1.1-19に 第 1主 成 分 及 び 第 2主 成 分 に 関 連 し て 変 動 が 大 き な 海 域 の 平 均 表 層 水 温 の 時 系 列 を 示 す 。 図2.1.1-19上 に み ら れ る よ う に 、 北 太 平 洋 中 央 部 の 表 層 水 温 は 第1主 成 分 の 変 動 と よ く 対 応 し て 変 動 し て い る 。 図2.1.1-19下 を み る と 、 第 2主 成 分 に 関 連 し た 南 北 で 正 負 逆 に 変 化 す る 変 動 は 、1990年 頃 ま で は は っ き り し な い が 、1990 年 代 か ら 2000 年 代 前 半 に か け て 明 瞭 と な り 、 2007/08 年 か ら 再 び 不 明 瞭 と な っ て い る 。 こ の こ と か ら も 、1990年 頃 ま で は 第 1主 成 分 に 関 連 し た 北 太 平 洋 中 央 部 の 広 い 範 囲 で 起 こ る 水 温 変 動 が 主 要 な 変 動 で あ っ た が 、1998/99 年 を 中 心 に1990年 代か ら 2000年 代 は 南 北 で対 称 的 な 水 温 変 化 が 主 要 な 変 動 で あ っ た こ と が わ か る 。 2007/08 年 以 降 、 北 緯 40 度 を 挟 ん だ 南 北 で 表 層 水 温 が 再 び 同 符 号 傾 向 で 変 動 し つ つ あ る が 、 こ れ が 継 続 す る か 否 か 、 今 後 の 推 移 を み て 判 断 す る 必 要 が あ る 。 図 2.1.1-18 第 1主 成 分 、 第 2主 成 分 に よ っ て 説 明 さ れ る 1988/89年 の 表 層 水 温 の 変 化 表 層 水 温 の 変 動 の う ち 、 第1主 成 分 に よ っ て 説 明 さ れ る も の と 第 2主 成 分 に よ っ て 説 明 さ れ る も の を 抽 出 し た の ち 、 図2.1.1-17（ b） と 同 様 に 1989年 か ら 1998年 の 平 均 値 と 1979年 か ら 1988年 の 平 均 値 の 差 を と っ た も の 。 単 位 は ℃ 。 （ ℃ ）
４ 診断
北 太 平 洋 中 高 緯 度 で は 、 冬 平 均 （12 ～ 2 月 ） の 海 面 水 温 が 、1976/77年 に 北 緯 40度 付 近 を 中 心 に 広 い 範 囲 で 低 下 、1988/89年 に 北 緯40度 以 北 を 中 心 に 広 範 囲 に 上 昇 、 1998/99 年 に 北 緯40度 を 境に 北側 で 広範 囲に 低 下、 南 側 で 広 範 囲 に 上 昇 し た 。 ま た 、2007/08年 に は 北 緯40度付 近 を中 心に 上 昇し た。 こ れら の 年 に は 年 平 均 の 表 層 水 温 も 同 様 に 変 化 し た 。 1976/77 年 の 変 化 後 は 、 水 温 が 低 い 状 態 が 北 太 平 洋 中 高 緯 度 で10年 程 度持 続し た 。こ の 期 間 、 大 気 で は ア リ ュ ー シ ャ ン 低 気 圧 が 強 ま っ た 。 こ の 状 態 は 、 正 の 太 平 洋 十 年 規 模 変 動 （PDO） と し て 北 太 平 洋 の 海 面 水 温 偏 差 の 第1主 成 分 に よ り 説 明 さ れ る 。 一 方 、 1988/89 年 の 変 化 に よ る 北 太 平 洋 中 央 部 で 水 温 が 高 い 状 態 は3年 程 度 持 続 し た の み で あ っ た 。 こ の 変 化 は 、1976/77年 の 変 動 と は 違 い 、 北 極 域 に 寒 気 が 蓄 積 さ れ る 位 相 の 正 の 北 極 振 動 に 関 連 し た 主 に 中 緯 度 以 北 で 起 こ っ た 一 時 的 な 変 動 で あ っ た 。1998/99年 の 変 化 後 は 、 北 緯 40 度 を 境 に 北 側 で 水 温 が 低 く 、 南 側 で 高 い 状 態 が 、 途 中 で 一 旦 解 消 し た も の の10年 程 度持 続 し た 。 こ の 変 化 は 、PDOと は 海 面 水 温 分 布 が や や 異 な る も の の 、 海 面 水 温 偏 差 の 第2主 成 分 に よ り 主 に 説 明 さ れ る 北 太 平 洋 の 十 年 規 模 の 変 動 で あ っ た と 考 え ら れ る 。2007/08年 の 変 化 後 は 、 北 緯40度 付近 で 海面 水温 が 高い 状 態 が 5年 程 度 持 続 し て お り 、 北 米 沿 岸 な ど 他 図 2.1.1-19 第 1主 成 分 、 第 2主 成 分 に 関 連 す る 変 動 が 大 き な 海 域 の 表 層 水 温 偏 差 の 経 年 変 化 第1主 成 分 に 関 連 す る 変 動 が 大 き い 海 域 の 平 均 表 層 水 温 （ 上 ） と 第 2主 成 分 に 関 連 す る 変 動 が 大 き い 海 域 の 平 均 表 層 水 温 （ 下 ） 。 上 図 は 北 緯30度 か ら 北 緯 50度 、 東 経 160度 か ら 西 経 150度 （ 図 2.1.1-16上 で 破 線 で 囲 っ た 海 域 ） の 平 均 表 層 水 温 偏 差 、 下 図 は 黒 線 が 北 緯30度 か ら 北 緯 37度 、 東 経 140度 か ら 日 付 変 更 線 （ 図2.1.1-16下 で 黒 破 線 で 囲 っ た 海 域 ） の 平 均 表 層 水 温 偏 差 で 、 赤 点 線 が 北 緯 40度 か ら 北 緯 50 度 、 東 経170 度 か ら 西 経 150 度 （ 図 2.1.1-16 下 で 赤 破 線 で 囲 っ た 海 域 ） の 平 均 表 層 水 温 偏 差 。 単 位 は ℃ 。 本 文 で 着 目 し た 大 き な 変 化 の あ っ た 年 を 赤 点 線 で 示 す 。の 海 域 の 海 面 水 温 分 布 を 含 め て 負 の PDOの 状 態 と な っ て い る 。 た だ し 、 こ の 変 動 が 十 年 規 模 変 動 に 該 当 す る 持 続 性 を も つ か ど う か は 、 今 後 の 推 移 を み て 判 断 す る 必 要 が あ る 。
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