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北 半 球 中 緯 度 海 域 に お け る 海 上 風 長 期 変 動 の 解 析

轡 くつわ 田だ 邦く に夫お ・ 服 部は っ と り 友 則と も の り （ 東 海 大 学 海 洋 学 部 海 洋 科 学 科 ） 要 旨 海 上 風 に 対 す る 数 十 年 以 上 の 時 間 ス ケ ー ル を 対 象 と し た 長 期 変 動 解 析 と そ れ に 伴 う 問 題 点 に つ い て 紹 介 す る 。 統 合 海 洋 気 象 デ ー タ ( C O A D S ) の 欠 測 域 を 神 戸 コ レ ク シ ョ ン デ ー タ ( K o m m e D S ) で 補 充 し た 合 成 デ ー タ セ ッ ト に 基 づ く 冬 季 の 時 系 列 を 用 い て 、 北 太 平 洋 お よ び 北 大 西 洋 中 緯 度 偏 西 風 海 域 に お け る 海 上 風 の 長 期 変 動 特 性 に 注 目 す る 。K o m m e D S に よ り 2 0 世 紀 初 頭 か ら ほ ぼ 1 0 0 年 間 に お よ ぶ 期 間 の 解 析 が 可 能 と な り 、1 9 4 0 年 代 半 ば の 極 小 を 鋏 み 、そ れ 以 前 は 風 速 の 低 下 、 以 降 は 漸 次 強 化 す る ト レ ン ド 傾 向 が 明 瞭 に み ら れ る 。 し か し な が ら 、 数 値 モ デ ル お よ び 衛 星 散 乱 計 に よ る 海 上 風 時 系 列 と の 比 較 解 析 か ら 、ス カ ラ ー 風 速 時 系 列 に お い て 顕 著 に 認 め ら れ る 1 9 5 0 年 代 以 降 の 強 化 傾 向 は 過 大 評 価 で あ る こ と が 示 唆 さ れ る 。そ の 要 因 と し て 、C O A D S ･ K o m me D S 合 成 デ ー タ の 大 半 を 占 め る 船 舶 海 上 風 観 測 に お い て 、 観 測 手 法 の 相 違 が 無 視 で き な い と 考 え ら れ る 。 １ ． は じ め に 「 長 期 変 動 」 と 言 っ て も 、 そ の 時 間 ス ケ ー ル は 対 象 と す る 研 究 者 に よ っ て 必 ず し も 同 一 で は な い 。 し か し な が ら 、 気 象 や 海 洋 の 研 究 者 の 多 く は 十 年 ～ 数 十 年 と い う デ ィ ケ イ ダ ル 或 い は イ ン タ ー デ ィ ケ イ ダ ル ス ケ ー ル の 変 動 を 頭 に 浮 か べ 、 気 候 変 動 に 関 係 す る 変 動 現 象 を イ メ ー ジ す る で あ ろ う 。 近 年 、 多 く の 気 象 ・ 海 洋 研 究 者 に と っ て 客 観 解 析 デ ー タ （ 再 解 析 デ ー タ ） と い う 極 め て 使 い 勝 手 の 良 い デ ー タ セ ッ ト が 頻 繁 に 使 用 さ れ る よ う に な っ た 。 そ の ユ ー ザ ー は 数 値 モ デ ル や 理 論 的 研 究 に お け る 入 力 或 い は 参 照 デ ー タ と し て の 使 用 に 留 ま ら ず 、 デ ー タ 解 析 の 研 究 に お い て も 用 い ら れ る 例 が 少 な く な い 。 そ の 最 大 の 理 由 の 一 つ は 、 欠 測 が な い 上 、 整 然 と 格 子 化 さ れ た デ ー タ セ ッ ト に な っ て い る こ と で あ ろ う 。 我 々 が 解 析 に 用 い る デ ー タ は 、 様 々 な 時 間 ス ケ ー ル の 変 動 現 象 が ラ ン ダ ム に 重 な り 合 っ て い る と 考 え ら れ 、 そ れ ら か ら 対 象 と す る 時 間 ス ケ ー ル の 現 象 の 抽 出 に は 数 値 フ ィ ル タ ー ， ス ペ ク ト ル ， 直 交 関 数 な ど の 手 法 を 駆 使 す る こ と に な る が 、 そ れ に は 均 一 の 解 像 度 （ 時 間 な ら 観 測 時 間 の 差 、 空 間 な ら 格 子 間 隔 ） を も つ 連 続 デ ー タ が 理 想 で あ る 。 上 述 の 客 観 解 析 デ ー タ は 、 こ う し た 条 件 を 備 え た 最 適 の デ ー タ と 言 え る 。 し か も 昨 今 で は We b 上 か ら 手 軽 に ダ ウ ン ロ ー ド 可 能 な デ ー タ が 多 く 、机 上 の パ ソ コ ン で ほ と ん ど 全 て の 作 業 が 完 結 し そ う な 状 況 で あ る 。 し か し な が ら 、 本 来 観

測 デ ー タ が ほ と ん ど 存 在 し な い 地 域（ 海 域 ）で も 、こ れ ら 客 観 解 析（ 再 解 析 ） デ ー タ が デ ー タ を 提 供 す る 点 に 注 意 す る 必 要 が あ る 。 多 く の 研 究 に 用 い ら れ て い る N C E P 再 解 析 デ ー タ 或 い は G I S S T 海 面 水 温 デ ー タ が こ れ に 該 当 し 、こ れ ら は 数 十 年 以 上 の 記 録 長 を も ち 、 長 期 変 動 の 解 析 に も 頻 繁 に 用 い ら れ て い る が 、 本 来 デ ー タ の 存 在 し な い 海 域 に お け る デ ー タ の 補 充 は あ く ま で も 人 為 的 な 手 法 に 基 づ く 手 法 に 立 脚 し て お り 、 そ の 信 頼 性 を 検 証 す る 手 立 て は 容 易 と は 言 い 難 い 。 一 方 、 歴 史 的 海 上 気 象 デ ー タ と し て の C O A D S ( C o mp r e h e n s i v e O c e a n a n d A t m o s p h e r e D a t a S e t ) ( Wo o d r u f f , 1 9 8 7[ 1 ]) は 、 多 く の 欠 測 域 ・ 期 間 が あ る と は 言 え 、観 測 デ ー タ に 基 づ い て 作 成 さ れ た 格 子 デ ー タ ( M S T G ) で あ り 、人 為 的 な 操 作 に よ る デ ー タ 補 充 が な い こ と が 重 要 で あ る 。 本 来 、 既 存 の 海 上 気 象 デ ー タ は 全 て C O A D S に 包 含 さ れ て い る こ と が 理 想 で あ る が 、 様 々 な 事 情 に よ り 未 だ デ ジ タ ル 化 さ れ な い デ ー タ と し て 残 存 し て い る も の が 少 な く な か っ た 。 そ の 最 大 量 と 見 ら れ た デ ー タ が 神 戸 コ レ ク シ ョ ン デ ー タ に 包 含 さ れ 、 日 本 海 洋 財 団 と 気 象 庁・日 本 気 象 協 会 の 努 力 で 成 さ れ た こ と は 画 期 的 な こ と と 言 え る 。 我 々 は 、 C O A D S 月 平 均 格 子 化 デ ー タ ( M S T G ) と 神 戸 コ レ ク シ ョ ン （ K o M M e D S - N F ） を 併 用 す る こ と に よ っ て 、 可 能 な 限 り 長 期 間 に 及 ぶ 時 系 列 デ ー タ の 作 成 を 試 み た 。 作 成 方 法 の 詳 細 は 、 本 号 の 服 部 ・ 轡 田 に 譲 る が 、 一 定 の 制 限 を 設 け た 内 捜 処 理 に よ っ て 、2 0 世 紀 初 頭 か ら の 冬 季 ３ ヶ 月 平 均 の 時 系 列 が 太 平 洋 ・ 大 西 洋 の 広 域 に お い て 得 ら れ た 。 本 稿 で は 、 そ れ を 用 い た 海 上 風 変 動 に つ い て 得 ら れ た 長 期 変 動 の 特 性 と 解 析 の 信 憑 性 に 関 わ る 問 題 点 に つ い て の 紹 介 を 行 う 。 ２ ． 海 上 風 の 長 期 変 動 特 性 C O A D S + K o M M e D s - N F ( 以 下 C K と 略 す ) 合 成 デ ー タ セ ッ ト に よ っ て 、2 0 世 紀 を ほ ぼ 網 羅 す る 長 期 間 の 時 系 列 が 太 平 洋 ・ 大 西 洋 ( 共 に 2 0 ˚ S - 6 0 ˚ N の 緯 度 帯 ) に 対 し て 作 成 さ れ た 。 本 稿 で は 北 半 球 中 緯 度 偏 西 風 域 に お け る 変 動 に 注 目 す る た め 、 各 年 に お い て 冬 季 の ３ ヶ 月 ( 1 2 - 2 月 ) 平 均 を 求 め 、 そ の 変 動 に 注 目 し た 。 9 8 年 間 ( 1 9 0 0 - 9 7 年 ) に お け る 海 上 風 東 西 成 分 の 変 動 ( 標 準 偏 差 ) 分 布 ( 図 １ ) を 見 る と 、 3 0 ˚ N 以 北 で 高 い 値 を 示 し 、 こ れ は 平 均 場 ( 図 は 略 ) に お け る 西 風 の 強 い 海 域 に 相 当 す る 。 最 初 に 支 配 的 な 変 動 の 抽 出 と し て 、 経 験 的 直 交 関 数 ( E m p i r i c a l O r t h o g o n a l F u n c t i o n : E O F ) の 低 次 モ ー ド の 特 性 に 注 目 す る 。 太 平 洋 ( 2 0 ˚ S - 6 0 ˚ N ) に お け る 東 西 風 の 第 １ モ ー ド ( 寄 与 率 : 1 7 . 5 % ) の 時 間 関 数 ( 図 ２ a ) は 1 9 4 0 年 代 前 半 に 顕 著 な 極 小 を も つ 時 間 変 化 が 見 ら れ る が 、こ れ は 第 二 次 大 戦 中 に 相 当 し 、 デ ー タ 密 度 が 低 い だ け で な く 、 存 在 す る デ ー タ の 信 頼 性 に 問 題 が あ る こ と は 否 定 で き な い ( 見 延 私 信 ) 。 実 際 、 こ の 空 間 関 数 お よ び 同 期 間 に お け る 空 間 分 布 ( 図 は 略 ) は 中 緯 度 中 央 部 で 不 自 然 な 分 布 を 呈 す る 。 一 方 、 第 ２ モ ー ド ( 寄 与 率 : 1 5 . 5 % ) の 空 間 分 布 ( 図 ３ ) は 中 緯 度 中 央 部 で 負 の 海 域 が 拡 が り 、 そ の 周 辺 部 に 正 符 号 海 域 が 存 在 し 、 P N A ( P a c i f i c N o r t h A me r i c a ) パ タ ー ン ( Wa l l a c e , 1 9 8 1[ 2 ]) 或 い は P D O ( P a c i f i c D e c a d a l O s c i l l a t i o n ) ( M a n t u a e t a l . , 図 １ 図 ２ 図 ３

1 9 9 7[ 3 ]) パ タ ー ン に 関 係 づ け ら れ る 。 ま た 時 間 変 動 ( 図 2 b ) を 見 る と 、 約 2 0 年 の 時 間 ス ケ ー ル を も つ 変 動 が 支 配 的 で あ り 、 過 去 の 研 究 結 果 と の 関 係 が 注 目 さ れ る ( M i n o b e , 2 0 0 0[ 4 ] ) 。大 西 洋 で も 同 様 な 期 間 に 対 す る E O F を 求 め る と 、そ の 第 １ モ ー ド ( 寄 与 率 : 3 3 . 7 % ) の 時 間 関 数 に も 2 0 年 程 度 の 時 間 ス ケ ー ル を も つ 変 動 が 認 め ら れ 、 太 平 洋 に お け る 変 動 と の 関 係 が 注 目 さ れ る 。 E O F 解 析 を ス カ ラ ー 風 速 に 対 し て も 太 平 洋 ・ 大 西 洋 に 対 し て 行 っ た 。 そ の 第 １ E O F モ ー ド の 時 間 関 数 ( 図 ４ ) を 見 る と 、互 い に 逆 位 相 で 相 関 が 高 い こ と が 分 か る 。 対 応 す る 空 間 関 数 ( 図 は 略 ) は 大 半 の 海 域 で そ れ ぞ れ 負 ・ 正 符 号 を も つ こ と か ら 、類 似 し た 変 動 傾 向 を も つ こ と を 意 味 し 、1 9 4 0 年 代 前 半 に お け る 極 小 、 そ れ 以 前 は 風 速 の 低 下 傾 向 、 以 降 は 幾 分 増 加 す る 傾 向 が 支 配 的 で あ る 。と は い え 、双 方 の 時 間 関 数 が 共 に 1 9 4 0 年 代 前 半 に 顕 著 に 極 値 を も つ こ と は 、 東 西 成 分 に お け る 問 題 と 同 様 に 同 時 期 に お け る C K デ ー タ の 信 頼 度 検 証 の 必 要 性 を 示 唆 す る 。 ３ . 異 な る デ ー タ セ ッ ト を 用 い た 長 期 変 動 特 性 の 相 互 比 較 冒 頭 で 述 べ た よ う に 、 近 年 は 気 象 予 報 数 値 モ デ ル に よ っ て 欠 測 域 ・ 時 期 が 補 充 さ れ た デ ー タ セ ッ ト に よ っ て 5 0 年 を 上 回 る プ ロ ダ ク ト が 容 易 に 入 手 可 能 で あ る 。代 表 的 な 米 国 N O A A の 国 立 環 境 予 報 セ ン タ ー ( N C E P ) 作 成 の 再 解 析 デ ー タ は 、 現 在 1 9 4 8 年 か ら 現 在 ま で の デ ー タ が We b 上 か ら 取 得 可 能 で あ る ( K i s t l e r e t a l . , 2 0 0 1[ 5 ]) 。 本 稿 で は こ れ と 共 に 、 気 象 庁 編 集 の 国 際 海 洋 気 象 デ ー タ ( I M M T ) に 対 し て 風 速 計 高 度 の 補 正 を 行 っ た デ ー タ セ ッ ト （ 手 法 は 轡 田 , 1 9 9 7[ 6 ]_{を 参 照 ）、 更 に は 人 工 衛 星 搭 載 の マ イ ク ロ 波 散 乱 計 に よ っ て 得 ら れ} る 海 上 風 デ ー タ セ ッ ト ( 作 成 方 法 は K u t s u w a d a , 1 9 9 8[ 7 ] ; 轡 田 , 1 9 9 9[ 8 ]; K u b o t a e t a l . , 2 0 0 2[ 9 ]を 参 照 ) 時 系 列 と の 比 較 を 行 っ た 。 北 太 平 洋 の 中 緯 度 偏 西 風 海 域 に お け る 東 西 ・ 南 北 風 に 対 す る 時 系 列（ 図 ５ a , b ）を 見 る と 、2 0 世 紀 後 半 に お け る N C E P と C K 合 成 デ ー タ と の 相 違 は 顕 著 で な い 。 実 際 、 両 者 の 平 均 差 お よ び R M S ( R o o t - M e a n - S q u a r e ) 差 は そ れ ぞ れ 0 . 7 4 , 0 . 4 4 m s- 1_{の 値 を 示 す 。ま た 、} I M M T お よ び 衛 星 散 乱 計 デ ー タ と の 差 も 有 意 に は 認 め ら れ な い 。 一 方 南 北 成 分 に お け る 比 較 図 ( 図 5 b ) を 見 る と 、N C E P と C K 合 成 デ ー タ と の 間 に は 明 ら か に 継 続 し た 差 が 認 め ら れ る 。 他 の ２ つ の デ ー タ は 共 に C K 合 成 デ ー タ と ほ ぼ 同 様 の 値 を 示 し て い る こ と か ら 、 N C E P デ ー タ に バ イ ア ス が 存 在 す る と 考 え ら れ る 。 実 際 、 C K デ ー タ と の 間 の 平 均 差 は 1 . 1 7 m s- 1 _{に 達 し て お り 、 同 様 な} 傾 向 は 北 大 西 洋 偏 西 風 域 に お い て も 認 め ら れ た （ 図 は 略 ）。 こ う し た N C E P デ ー タ に 予 想 さ れ る バ イ ア ス が 如 何 な る 海 域 特 性 を も つ か な ど に つ い て 、 今 後 よ り 詳 細 な 比 較 解 析 が 必 要 と 考 え ら れ る 。 以 上 の ベ ク ト ル 平 均 に よ る ２ 成 分 に 対 し て 、 次 に ス カ ラ ー 平 均 風 速 に 対 す る 同 様 な 時 系 列 に 目 を 向 け て み る 。 図 ６ は 図 ５ と 同 じ 北 太 平 洋 と 共 に 北 大 西 洋 の 中 緯 度 偏 西 風 海 域 に お け る 時 系 列 も 示 し て い る 。 こ れ ら を 見 る と 、 E O F の 低 次 モ ー ド と 同 様 な 1 9 4 0 年 代 以 前 は 風 速 の 低 下 傾 向 、 4 0 年 代 後 半 以 降 は 上 昇 傾 向 が 両 海 域 共 に 顕 著 で あ る こ と が 分 か る 。1 9 4 0 年 代 前 半 に お け る 極 値 図 ４ 図 ５ 図 ６

の 信 頼 性 の 問 題 は あ る と は 言 え 、こ う し た ト レ ン ド 傾 向 が レ ジ ー ム シ フ ト（ 花 輪 ， 1 9 9 7[ 1 0 ] ; 安 中 ・ 花 輪 , 2 0 0 1[ 1 1 ]; Ya s u n a k a & H a n a w a , 2 0 0 2[ 1 2 ]） や 5 0 - 7 0 年 ス ケ ー ル の 変 動 （ M i n o b e , 1 9 9 7[ 1 3 ]_{） に 関 係 づ け ら れ る の か 興 味 深 い 。 も う 一} つ 図 ５ で 注 意 す べ き 点 は 、1 9 4 0 年 代 以 降 に 見 ら れ る 風 速 強 化 傾 向 が 用 い る デ ー タ セ ッ ト に よ っ て 相 違 が 認 め ら れ る こ と で あ る 。1 9 5 0 年 代 初 頭 は 何 れ の 風 速 値 も ほ ぼ 同 一 の 値 を 示 し て い る の に 対 し て 、 1 9 6 0 年 代 後 半 以 降 C K 合 成 デ ー タ は 2 0 年 当 た り 約 1 m s- 1 _{に 達 す る 顕 著 な 増 加 傾 向 を 示 し 、 N C E P お よ び} I M M T デ ー タ と は 明 ら か に 異 な る 。 こ れ ら 異 な る 風 速 値 の ど れ が 真 値 に 近 い の か を 知 る に は 、 現 場 観 測 値 と の 比 較 検 証 が 必 要 で あ る こ と は 言 う ま で も な い 。 太 平 洋 で は 長 期 係 留 さ れ た ブ イ に よ る 海 上 風 デ ー タ が 多 く 存 在 す る が 、 こ れ ら の 大 半 は 熱 帯 赤 道 付 近 と 米 国 西 岸 な ど の 沿 岸 域 に 限 定 さ れ 、 中 緯 度 の 外 洋 域 上 に は 皆 無 と い っ て も 過 言 で は な く 、 現 場 観 測 に よ る 精 度 検 証 は 不 可 能 と い っ て よ い 。一 方 、1 9 9 0 年 代 に な っ て 船 舶 観 測 と は 全 く 独 立 な 手 法 と 言 え る 人 工 衛 星 搭 載 の マ イ ク ロ 波 散 乱 計 に よ っ て 海 上 風 の 高 密 度 デ ー タ が 得 ら れ る よ う に な っ た 。こ れ ら の 存 在 期 間 は 1 9 9 0 年 代 以 降 と 長 く は な い が 、相 互 比 較 を 通 し て の 信 頼 度 検 証 に 有 用 と 言 え る 。 図 ６ に は 欧 州 宇 宙 機 構 に よ る 散 乱 計 搭 載 衛 星 E R S - 1 , 2 か ら 作 成 さ れ た 海 上 風 デ ー タ に よ る 時 系 列 も 示 さ れ て い る が 、 両 海 域 共 に N C E P お よ び I M M T デ ー タ に 近 い 値 を 示 し て い る 。 こ の こ と は 、 C K 合 成 デ ー タ が ス カ ラ ー 風 速 に 対 し て は 正 の バ イ ア ス を も つ こ と を 示 唆 す る 。 こ の 要 因 と し て 第 一 に 考 え ら れ る こ と は 、 船 舶 観 測 に お け る 風 速 計 高 度 の 上 昇 傾 向 で あ る 。 轡 田 ( 1 9 9 7 ) [ 6 ]_{に 詳 述 さ れ る が 、 海 上 風 デ ー タ は 本 来 海 上 1 0} ｍ 高 度 の 風 速 値 と し て 認 識 さ れ て い る 。 こ れ は 旧 来 の 船 舶 に お け る デ ッ キ 高 度 が ほ ぼ 1 0 ｍ で あ っ た こ と に 基 づ い て お り 、海 面 応 力 を 算 出 す る バ ル ク 式 も 海 上 1 0 ｍ 高 度 の 風 速 に 適 用 さ れ る 。し か し な が ら 、船 舶 の 大 型 化 と 共 に 通 常 マ ス ト の 上 部 に 設 置 さ れ る 風 速 計 に よ っ て 測 定 さ れ た 風 速 は 1 0 ｍ よ り も 遙 か に 高 い 高 度 で 観 測 さ れ る よ う に な っ て き た こ と が 予 想 さ れ る 。 海 上 か ら 数 十 ｍ 高 度 ま で の 風 速 は 接 地 境 界 層 内 に お け る 高 度 と 共 に 対 数 関 数 で 増 加 傾 向 を も つ こ と が 考 え ら れ る 。 こ れ を 念 頭 に お け ば 、 近 年 大 型 船 舶 に よ っ て 観 測 さ れ る 風 速 値 は 1 0 ｍ 高 度 の 風 速 に 対 し て 正 の バ イ ア ス を も つ と 考 え ら れ る 。 図 ５ に 示 さ れ る I M M T 風 速 値 は 船 舶 観 測 に よ る 風 速 値 を 1 0 ｍ 高 度 に 補 正 す る 手 法 が 施 さ れ て お り 、 こ れ と C K 合 成 デ ー タ 風 速 値 と の 相 違 は 風 速 計 高 度 の 相 違 に 起 因 す る バ イ ア ス 誤 差 で あ る と 考 え ら れ る 。 図 ５ に お い て 、 I M M T 高 度 補 正 風 速 と N C E P 風 速 が 1 9 6 0 年 代 後 半 ～ 8 0 年 代 末 に お い て ほ ぼ 一 致 し た 値 を 示 し て お り 、9 0 年 代 に お い て は 衛 星 観 測 風 速 が N C E P 風 速 に 近 い 値 で あ る こ と を 示 し て い る 。衛 星 観 測 風 速 が 海 上 1 0 ｍ に お け る 風 速 値 と し て 導 出 さ れ て い る こ と を 考 え れ ば 、 C K 合 成 デ ー タ に お け る ス カ ラ ー 風 速 は 、 風 速 計 高 度 に 起 因 す る バ イ ア ス を も つ と い う 轡 田 ( 1 9 9 7 ) に よ る 指 摘 と 矛 盾 な い 。 な お 、 風 速 計 高 度 の 補 正 が 施 さ れ た I M M T デ ー タ お よ び N C E P デ ー タ に お い て も 、 1 9 5 0 年 代 以 降 4 0 年 間 に お い て 依 然 と し て 約 1 m s- 1 _{に 達 す る 正 の ト}

レ ン ド が 存 在 す る こ と を 記 憶 に 留 め て お く べ き で あ る 。 4 ． B e a u f o r t 風 力 階 級 の 不 確 定 性 に 基 づ く 風 速 誤 差 C O A D S デ ー タ 中 の 海 上 気 象 要 素 が 篤 志 観 測 に お け る 観 測 手 法 の 相 違 に 起 因 す る バ イ ア ス を も つ こ と は 、 既 に 多 く の 研 究 に よ っ て 議 論 さ れ て お り 、 海 面 水 温 に 対 し て は そ の 補 正 方 法 の 提 案 も 成 さ れ て い る ( 花 輪 ，1 9 9 7[ 1 0 ]_{；F o l l a n d} a n d P a r k e r, 1 9 9 5[ 1 4 ]) 。 海 上 風 デ ー タ に 関 す る 代 表 的 な 例 と し て 1 9 9 4 年 に ド イ ツ の キ ー ル で 行 わ れ た 国 際 会 議 I n t e r n a t i o n a l C O A D S Wi n d s Wo r k s h o p が あ げ ら れ 、 本 稿 で は そ の 一 部 を 紹 介 す る 。 I s e m e r ( 1 9 9 5 ) [ 1 5 ]_{は 、 北 太 平 洋 ・ 北 大 西} 洋 上 に 存 在 す る O c e a n We a t h e r St a t i o n ( O W S ) 数 点 に お け る 風 速 の 長 期 時 系 列 と 同 海 域 に お け る C O A D S - M S T G デ ー タ に よ る 時 系 列 と の 比 較 を 行 っ た 。 比 較 期 間 は 測 点 に よ っ て 幾 分 異 な る が 、 主 に 1 9 4 0 年 代 ～ 7 0 年 代 に お け る ス カ ラ ー 風 速 の リ ニ ア ト レ ン ド を 求 め 、 各 測 点 で の 比 較 を 行 っ た 。 一 例 と し て 北 太 平 洋 北 東 部 に あ る O WS - P に お け る 比 較 を 見 る と ( 図 ７ ) 、測 点 に お け る 風 速 変 化 に は 明 確 な ト レ ン ド は 認 め ら れ ず 、最 小 二 乗 法 に よ る 値 は 1 0 年 間 当 た り - 0 . 0 2 m s- 1の 負 の ト レ ン ド を 示 し て い る の に 対 し て 、 C O A D S 風 速 は 1 9 5 0 年 代 末 以 降 顕 著 な 正 の ト レ ン ド が 見 ら れ 、そ の 大 き さ は 1 0 年 間 当 た り 0 . 1 - 0 . 2 m s- 1に 達 す る 。 同 様 な 比 較 を 他 の 測 点 で も 行 っ た 結 果 、 大 部 分 の 測 点 に お い て C O A D S 風 速 は 顕 著 な 正 の ト レ ン ド を 示 し て い る の に 対 し て 、 O W S で の 観 測 風 速 に よ る 時 系 列 か ら 同 様 な 傾 向 は 検 出 出 来 な い 。 I s e m e r は こ の 要 因 に 対 し て 篤 志 観 測 船 に お け る 風 速 導 出 法 の 相 違 、 具 体 的 に は 目 視 観 測 に お い て 用 い ら れ る 基 準 風 速 － B e a u f o r t 風 力 階 級 の 国 際 的 な 不 統 一 で あ る こ と を 指 摘 し て い る 。 L i n d a u ( 1 9 9 5 ) [ 1 6 ]は 北 大 西 洋 に お け る C O A D S 風 速 と 海 面 気 圧 デ ー タ か ら 地 衡 風 に よ っ て 求 め た 風 速 の 時 系 列 同 士 を 比 較 し た 上 で 、C O A D S 風 速 の 問 題 点 を 提 示 し た 。 こ れ は 北 太 平 洋 に お け る H a n a w a a n d Ya s u d a ( 2 0 0 0 ) [ 1 7 ]_{の 研 究 と} 対 を 成 す と い え 、 対 象 期 間 も 2 0 世 紀 を ほ ぼ 網 羅 す る 。 L i n d a u は 地 衡 風 速 と C O A D S 風 速 の 相 違 が 年 々 推 移 す る の に 対 し て 、B e a u f o r t 風 力 階 級 の 時 間 依 存 性 を 指 摘 す る と 共 に 、 両 風 速 間 に お け る 回 帰 関 係 よ り 補 正 風 速 値 の 導 出 手 法 を 提 案 し て い る 。 実 際 、 北 大 西 洋 中 ・ 高 緯 度 海 域 ( 2 0 ˚ N - 6 0 ˚ N ) に お け る 時 系 列 は 補 正 前 と 補 正 後 の 顕 著 な 相 違 を 示 し 、1 9 4 0 年 代 半 ば 以 前 に 見 ら れ た 負 の ト レ ン ド （ １ 年 当 た り 約 1 c m s- 1_{） が 補 正 に よ っ て 正 の ト レ ン ド に 逆 転 す る 。 ま} た 、1 9 4 0 年 代 以 降 に 見 ら れ た 正 の ト レ ン ド 傾 向 も 明 瞭 で な く な り 、こ れ は 図 ５ b の 結 果 と 必 ず し も 対 応 し な い 。L i n d a u の 補 正 手 法 は 、C O A D S 風 速 が 全 て B e a u f o r t 風 力 観 測 に 基 づ く こ と 、 海 上 風 速 が 地 衡 風 速 で あ る こ と な ど の 前 提 は あ る が 、 C K 合 成 デ ー タ に 対 し て 同 様 な 検 証 作 業 が 今 後 成 さ れ る べ き で あ ろ う 。 図 ７

5 ． お わ り に 本 稿 で は 、 数 十 年 以 上 の 時 間 ス ケ ー ル を も つ 海 上 風 の 長 期 変 動 特 性 が 対 象 と な っ た が 、 変 動 の 時 空 間 特 性 よ り は む し ろ 現 行 の デ ー タ セ ッ ト に よ っ て 導 出 さ れ る 現 象 の 信 頼 性 や 資 料 の 精 度 検 証 に 焦 点 が 当 て ら れ た 。 当 該 時 間 ス ケ ー ル の 変 動 現 象 が 地 球 規 模 の 気 候 変 動 予 測 と 表 裏 一 体 で あ る こ と は 言 う ま で も な い こ と で あ る が 、 既 存 デ ー タ か ら 検 出 さ れ た 変 動 特 性 が 観 測 デ ー タ の 誤 差 評 価 に よ っ て は そ の 定 性 的 特 性 ま で を も 一 転 さ せ か ね な い と し た ら 、 解 析 結 果 の 解 釈 以 上 に 用 い ら れ た 資 料 の 精 度 検 証 が 重 要 な 意 味 を も つ と 言 え る 。 そ の 検 証 作 業 の 一 環 と し て 、 第 ３ 章 で は 他 の デ ー タ セ ッ ト と の 相 互 比 較 を 行 な っ た 。 数 値 予 報 モ デ ル に よ る 再 解 析 デ ー タ は 、 観 測 デ ー タ を 同 化 し て い る 点 か ら C K デ ー タ と 必 ず し も 独 立 と は 言 え な い が 、 ス カ ラ ー 風 速 に お い て 1 9 6 0 年 代 以 降 顕 著 な 差 が 認 め ら れ た 。 更 に 1 9 9 0 年 代 に お い て 実 用 化 さ れ た 衛 星 観 測 デ ー タ と の 比 較 に お い て も 同 様 な 差 が 見 ら れ 、 C K デ ー タ 中 の ス カ ラ ー 風 速 に お け る 正 バ イ ア ス の 存 在 は 疑 う 余 地 が な い と 言 え よ う 。 ス カ ラ ー 風 速 の 時 系 列 に は 、 北 太 平 洋 ・ 北 大 西 洋 共 に 中 緯 度 偏 西 風 海 域 に お い て 、 1 9 4 0 年 代 半 ば を 極 小 と し 、 そ れ 以 前 の 風 速 低 下 、 以 後 の 強 化 と い う ２ つ の ト レ ン ド が 顕 著 に 見 ら れ た 。 し か し な が ら 、 船 舶 観 測 に お け る 風 速 計 高 度 の 変 化 、 目 視 観 測 に 用 い ら れ る B e a u f o r t 風 力 階 級 の 不 統 一 が 風 速 変 動 に お け る み か け の ト レ ン ド 傾 向 を 生 む 要 因 と し て 無 視 で き な い こ と も 示 唆 さ れ た 。 今 後 こ れ ら の 問 題 を 踏 ま え た 海 上 風 長 期 変 動 の 解 析 の 進 展 が 望 ま れ る 。 と は い え 、 C O A D S ・ 神 戸 コ レ ク シ ョ ン 合 成 デ ー タ セ ッ ト は 2 0 世 紀 を ほ ぼ カ バ ー す る 長 期 間 の 時 系 列 デ ー タ を 我 々 に 提 供 し た 。 未 だ デ ジ タ ル 化 さ れ て い な い 海 上 気 象 デ ー タ の 発 掘 と 共 に 、 そ れ ら を 含 め た 統 合 デ ー タ セ ッ ト の 確 立 を 期 待 し た い 。 参 考 文 献 [ 1 ] W o o d r u f f , S . D . , R . J . S l u t s , R . L . J e n n e a n d P . M . S t e u r e ( 1 9 8 7 ) : A c o m p r e - h e n s i v e o c e a n - a t m o s p h e r e d a t a s e t , B u l l . A m e r . M e t e o r . S o c . , 6 8 , 1 2 3 9 - 1 2 5 0 . [ 2 ] W a l l a c e , J . M . a n d D . S . G u t z l e r ( 1 9 8 1 ) : T e l e c o n n e c t i o n s i n g e o p o t e n t i a l h e i g h t f i e l d d u r i n g t h e N o r t h e r n H e m i s p h e r e w i n t e r . M o n . W e a . R e v . , 1 0 9 , 7 8 4 - 8 1 2 . [ 3 ] M a n t u a , N . , S . R . H a r e , Y . Z h a n g , J . M . W a l l a c e a n d R . C . F r a n c i s ( 1 9 9 7 ) : A P a c i f i c i n t e r d e c a d a l c l i m a t e o s c i l l a t i o n w i t h i m p a c t s o n s a l m o n p r o d u c t i o n . B u l l . A m e r . M e t . S o c . , 7 8 , 1 0 6 9 - 1 0 7 9 . [ 4 ] M i n o b e , S . ( 2 0 0 0 ) : S p a t i o - T e m p o r a l S t r u c t u r e o f t h e P e n t a d e c a d a l V a r i a b i l i t y o v e r t h e N o r t h P a c i f i c , P r o g . O c e a n o g r , 4 7 , 3 8 1 - 4 0 8 . [ 5 ] K i s t l e r , R . , W . C o l l i n s , S . S a h a , G . W h i t e , J . W o o l l e n , M . C h e l l i a h , W . E b i s u z a k i , M . K a n a m i t s u , V . K o u s k y , H . D o o l , R . J e n n e a n d M . F i o r i n o ( 2 0 0 1 ) : T h e N C E P – N C A R 5 0 - Y e a r R e a n a l y s i s : M o n t h l y M e a n s C D – R O M a n d D o c u m e n t a t i o n , B u l l .

A m e r . M e t e o r . S o c . , 8 2 ( 2 ) , 2 4 7 – 2 6 8 . [ 6 ] 轡 田 邦 夫 ( 1 9 9 7 ) : 北 太 平 洋 に お け る 海 上 風 の 長 期 変 動 － 船 舶 資 料 の 有 効 性 － ， 月 刊 海 洋 ， 29(11)， 659－ 665． [ 7 ] K u t s u w a d a , K . ( 1 9 9 8 ) : I m p a c t o f w i n d / w i n d - s t r e s s f i e l d i n t h e N o r t h P a c i f i c c o n s t r u c t e d b y A D E O S / N S C A T d a t a , J o u r n a l o f O c e a n o g r a p h y , 5 4 ( 2 ) , 3 0 1 - 3 1 4 . [ 8 ] 轡 田 邦 夫 ( 1 9 9 9 ) : 衛 星 散 乱 計 デ ー タ に よ る 海 面 運 動 量 フ ラ ッ ク ス の 評 価 , 月 刊 海 洋 ， 31(9)， 560-566. [ 9 ] K u b o t a , M . , N . I w a s a k a , S . K i z u , M . K o n d a a n d K . K u t s u w a d a ( 2 0 0 2 ) : J a p a n e s e O c e a n F l u x D a t a S e t s w i t h U s e o f R e m o t e S e n s i n g O b s e r v a t i o n s ( J - O F U R O ) , J . O c e a n o g r . , 5 8 ( 1 ) , 2 1 3 - 2 2 5 . [ 1 0 ] 花 輪 公 雄 ( 1 9 9 7 ) : 北 太 平 洋 に 見 出 さ れ た 約 1 0 年 / 数 十 年 ス ケ ー ル 変 動 ， 月 刊 海 洋 ， 29(11), 637－ 639. [ 1 1 ] 安 中 さ や か ・ 花 輪 公 雄 ( 2 0 0 1 ) : 北 半 球 海 面 水 温 場 の 長 期 変 動 特 性 , 月 刊 海 洋 号 外 , 2 4 , 1 4 9 - 1 5 6 . [ 1 2 ] Y a s u n a k a , S . a n d K . H a n a w a ( 2 0 0 2 ) : R e g i m e S h i f t s F o u n d i n t h e N o r t h e r n H e m i s p h e r e S S T F i e l d , J . M e t e o r . S o c . J a p a n , 7 4 , 1 1 9 - 1 3 5 . [ 1 3 ] M i n o b e S . ( 1 9 9 7 ) : 5 0 - 7 0 y e a r c l i m a t i c o s c i l l a t i o n o v e r t h e N o r t h P a c i f i c a n d N o r t h A m e r i c a , G e o p h y s i c s . R e s . L e t t . , 2 4 , 6 8 3 - 6 8 6 . [ 1 4 ] F o l l a n d , C . K . a n d D . E . P a r k e r ( 1 9 9 5 ) : C o r r e c t i o n o f i n s t r u m e n t a l b i a s e s i n h i s t o r i c a l s e a s u r f a c e t e m p e r a t u r e d a t a , Q . J . R . M e t e o r . S o c . , 1 2 1 , 3 1 9 - 3 6 7 . [ 1 5 ] I s e m e r , H . - J . ( 1 9 9 5 ) : T r e n d s i n m a r i n e s u r f a c e w i n d s p e e d : O c e a n W e a t h e r S t a t i o n s v e r s u s v o l u n t a r y o b s e r v i n g s h i p s . P r o c . I n t e r n a t i o n a l C O A D S W i n d s W o r k s h o p , M a y 1 9 9 5 , 6 8 - 8 4 . [ 1 6 ] L i n d a u , R . ( 1 9 9 5 ) : T i m e d e p e n d e n t c a l i b r a t i o n o f m a r i n e B e a u f o r t e s t i m a t e s u s i n g i n d i v i d u a l p r e s s u r e d i f f e r e n c e s . P r o c . I n t e r n a t i o n a l C O A D S W i n d s W o r k s h o p , M a y 1 9 9 5 , 2 5 3 - 2 6 9 . [ 1 7 ] H a n a w a , K . a n d T . Y a s u d a ( 2 0 0 0 ) : R e c o n s t r u c t i o n o f s e a s u r f a c e w i n d f i e l d s o v e r t h e N o r t h P a c i f i c u s i n g s e a l e v e l p r e s s u r e f i e l d s d u r i n g t h e p e r i o d o f 1 8 9 9 - 1 9 9 5 . J . M e t e o r . S o c . J a p a n , 7 8 ( 6 ) , 7 3 1 - 7 5 1 .

図 の 説 明 図 １ : 1 9 0 0 - 9 7 年 に お け る 海 上 風 東 西 成 分 に 対 す る 標 準 偏 差 の 分 布 （ 等 値 線 の 間 隔 は 0 . 2 m s- 1_） 図 ２ : 太 平 洋 ( 2 0 ˚ S - 6 0 ˚ N ) に お け る 東 西 風 の 第 １ モ ー ド ( a ) ( 寄 与 率 : 1 7 . 5 % ) と 第 ２ モ ー ド ( b ) ( 寄 与 率 : 1 5 . 5 % ) と の 時 間 関 数 図 ３ ： 太 平 洋 ( 2 0 ˚ S - 6 0 ˚ N ) に お け る 東 西 風 の 第 ２ モ ー ド の 空 間 分 布 図 ４ ： 太 平 洋 ( 2 0 ˚ S - 6 0 ˚ N ) ( a ) お よ び 大 西 洋 ( 2 0 ˚ S - 6 0 ˚ N ) ( b ) に お け る ス カ ラ ー 風 速 の 第 １ モ ー ド ( 寄 与 率 : 2 5 . 0 % お よ び 3 1 . 6 % ) の 時 間 関 数 図 ５ ： 北 太 平 洋 中 緯 度 偏 西 風 海 域 ( 3 5 ˚ N - 4 5 ˚ N , 1 6 0 ˚ E - 1 4 0 ˚ W ) に お け る 海 上 風 の 東 西 ( a )・ 南 北 ( b ) 成 分 に 対 す る 時 系 列 （ 太 実 線 : C O A D S + K o m m e D S 合 成 デ ー タ ， 太 破 線 ： N C E P 再 解 析 デ ー タ ， 細 実 線 ： I M M T 高 度 補 正 デ ー タ ， 細 破 線 ： 衛 星 散 乱 計 デ ー タ ） 図 ６：北 太 平 洋 ( a ) お よ び 北 大 西 洋 ( b ) の 中 緯 度 偏 西 風 海 域 に お け る ス カ ラ ー 風 速 の 時 系 列 （ 海 域 は そ れ ぞ れ 3 5 ˚ N - 4 5 ˚ N , 1 6 0 ˚ E - 1 4 0 ˚ W お よ び 3 5 ˚ N - 5 5 ˚ N , 5 0 ˚ W - 2 0 ˚ W ； 各 線 は 図 ５ と 同 じ デ ー タ に よ る ） 図 ７ ： O c e a n W e a t h e r S t a t i o n P に お け る O c e a n S t a t i o n V e s s e l か ら 得 ら れ た ス カ ラ ー 風 速 の 時 系 列（ a ）と 同 海 域 に お け る C O A D S 月 平 均 デ ー タ に よ る 同 時 系 列 ( b ) （ I s e m e r , 1 9 9 5 か ら 引 用 ）

図 １ : 1 9 0 0 - 9 7 年 に お け る 海 上 風 東 西 成 分 に 対 す る 標 準 偏 差 の 分 布 （ 等 値 線 の 間 隔 は 0 . 2 m s- 1_）

Mode=2 for Zonal Wind in North Pacific (15.5%)

-15

-10

-5

0

5

10

15

1910

1930

1950

1970

1990

Mode=2(15.5%)

year

EOF modes for Zonal Wind in North Pacific

-20

-10

0

10

20

1910

1930

1950

1970

1990

Mode=1(17.5%)

year

EOF modes for Zonal Wind in North Pacific

(b)

(a)

図 ２ : 太 平 洋 ( 2 0 ˚ S - 6 0 ˚ N ) に お け る 東 西 風 の 第 １ モ ー ド ( a ) ( 寄 与 率 : 1 7 . 5 % ) と 第 ２ モ ー ド ( b ) ( 寄 与 率 : 1 5 . 5 % ) と の 時 間 関 数

-15

-10

-5

0

5

10

1910

1930

1950

1970

1990

Mode=1(31.6%)

year

EOF modes for Wind Speed in the Atlantic

-20

-10

0

10

20

1910

1930

1950

1970

1990

Mode=1(25.0%)

year

EOF modes for Wind Speed in the Pacific

(b)

(a)

図 ４ ： 太 平 洋 ( 2 0 ˚ S - 6 0 ˚ N ) ( a ) お よ び 大 西 洋 ( 2 0 ˚ S - 6 0 ˚ N ) ( b ) に お け る ス カ ラ ー 風 速 の 第 １ モ ー ド ( 寄 与 率 : 2 5 . 0 % お よ び 3 1 . 6 % ) の 時 間 関 数

-2

-1

0

1

2

3

4

1900

1920

1940

1960

1980

2000

COADS+KommeDS NCEP IMMT(Corrected) Satellite(ERS)

Year

Time Series of Meridional Wind in N. Pac (35-45

o

N, 160

o

E-140

o

W)

0

2

4

6

8

1900

1920

1940

1960

1980

2000

COADS+KommeDS NCEP IMMT(corrected) Satellite (ERS)

Year

Time Series of Zonal Wind in N. Pac (35-45

o

N, 160

o

E-140

o

W)

(b)

(a)

(m/s)

(m/s)

図 ５ ： 北 太 平 洋 中 緯 度 偏 西 風 海 域 ( 3 5 ˚ N - 4 5 ˚ N , 1 6 0 ˚ E - 1 4 0 ˚ W ) に お け る 海 上 風 の 東 西 ( a )・ 南 北 ( b ) 成 分 に 対 す る 時 系 列（ 太 実 線 : C O A D S + K o m m e D S 合 成 デ ー タ ， 太 破 線 ： N C E P 再 解 析 デ ー タ ， 細 実 線 ： I M M T 高 度 補 正 デ ー タ ， 細 破 線 ： 衛 星 散 乱 計 デ ー タ ）

8

9

10

11

12

13

1900

1920

1940

1960

1980

2000

COADS+KommeDS NCEP ERS

Year

Time Series of Wind-speed in N. Atlantic (35-55

o

N, 50

o

W-20

o

W)

8

9

10

11

12

13

1900

1920

1940

1960

1980

2000

COADS+KommeDS NCEP IMMT (corrected) Satellite (ERS)

Year

Time Series of Wind-speed in N. Pacific (35-45

o

N, 160

o

E-140

o

W)

(b)

(a)

(m/s)

(m/s)

図 ６ ： 北 太 平 洋 ( a ) お よ び 北 大 西 洋 ( b ) の 中 緯 度 偏 西 風 海 域 に お け る ス カ ラ ー 風 速 の 時 系 列 （ 海 域 は そ れ ぞ れ 3 5 ˚ N - 4 5 ˚ N , 1 6 0 ˚ E - 1 4 0 ˚ W お よ び 3 5 ˚ N - 5 5 ˚ N , 5 0 ˚ W - 2 0 ˚ W ； 各 線 は 図 ５ と 同 じ デ ー タ に よ る ）

Wind Speed: OWS P

(m/s)

1 1 0 0 -1 -1

(m/s)

1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 Wind Speed: COADS (MSTG) at OWS P

year

year

図 ７ ： O c e a n W e a t h e r S t a t i o n P に お け る O c e a n S t a t i o n V e s s e l か ら 得 ら れ た ス カ ラ ー 風 速 の 時 系 列（ a ）と 同 海 域 に お け る C O A D S 月 平 均 デ ー タ に よ る 同 時 系 列 ( b ) （ I s e m e r , 1 9 9 5 か ら 引 用 ）