２．気候変動と太陽活動の相関	
2.1	  現在の気候変動と太陽活動（観測記録）	

2.1.1	  太陽活動と北半球高緯度成層圏の変動	
2.1.2	  太陽活動と中〜低緯度対流圏の気候変動	
2.1.3	  太陽活動と雲量変動	
2.1.4	  太陽活動と環境変動	  2.2	  古気候変動と太陽活動	

2.2.1	  太陽活動とLIA,	  MWP	
2.2.2	  黒点の11年周期とダストフラックス変動	  2.2.3	  Holoceneにおける100〜1000年スケールの気候変動と太陽活動変動	  2.2.4	  最終氷期における100〜1000年スケールの気候変動と太陽活動変動	
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2.1	  現在の気候変動と太陽活動	  （観測記録から）	

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2.1.1	  太陽活動と北極成層圏の気温・気圧変動	

Labitzkeらの一連の研究	  Labitzke	  (1982)	  JourMetSocJap	  Labitzke	  and	  van	  Loon	  (1988)	  JATP	  20100223-­‐24森羅万象学校	

QBO西風、東風で仕分けした時の	  北極上空23kmの冬の気温とSolar	  Flux	
QBO西向きの時の北極23km上空気温(JF)	

10.7cm Solar flux	

QBO東向きの時の北極23km上空気温(JF)	

(Labitzke and van Loon, 1988)	

1〜2月の20km上空気温とsolar	  ﬂuxの相関	
QBO	  Westerly	

QBO	  Easterly	(Labitzke and van Loon, 1988)	

Labitzke	  (2006)	  SSR,	  Labitzke	  et	  al.	  (2006)	  MZ	• 20年後、FU-­‐Berlin	  data	  setにNCEP/NCAR再解
析データを加え、65年間分のデータセットを基に再度検討	

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2月、7月における	  子午面での温度、geopoten\al	  heightの標準偏差	
２月	

７月	

Temp.	

Geop.	  Height	

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(Labitzke	  ,	  2006	  SSR)	

北極の2月における30-­‐hPa	  geopoten5al	  heightとsolar	  ﬂuxの相関 	

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(Labitzke	  et	  al.,	  2006	  MZ)	

2月における30-­‐hPa	  geopoten5al	  heightとsolar	  ﬂuxの相関 （左）	  太陽活動極大期ー極小期のgeopoten5al	  heightの差（右）	

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(Labitzke	  et	  al.,	  2006	  MZ)	

成層圏の2月における平均温度とSolar	  ﬂuxの相関（左）太陽活動極大期ー極小期の温度差（右）の緯度、高度分布	

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(Labitzke	  et	  al.,	  2006	  MZ)	

成層圏の2月における平均geopoten\al	  heightとSolar	  ﬂuxの相関（左）太陽活動極大期ー極小期のgeopoten\al	  height差（右）の緯度、高度分布	

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(Labitzke	  et	  al.,	  2006	  MZ)	

Labitzke	  らの一連の研究から解ってきたこと	
• QBOの西風、東風のphaseで分けると、	  • 特に北半球高緯度域で、A-­‐Oに類似した変動を示す。	  
– East	  phaseかつ極大期で極域成層圏下部の温度は上がり、気圧は下がる	  – West	  phaseかつ極大期で極域成層圏下部の温度は下がり、気圧は上がる	  20100223-­‐24森羅万象学校	

2.1.2	  太陽活動と中〜低緯度対流圏の気候変動	

van	  Loon	  &	  Meehl	  (2008)	  JASTP	  	  van	  Loon	  et	  al.	  (2004)	  JASTP	
• 太平洋域の夏および冬について、	  • 気温、気圧、降水量、風速の太陽活動極大期と極小期の差の空間分布を、	  • 海面および子午面について調べた。	

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５つの太陽活動極大期の1-­‐2月におけるSL	  Pressure	  Anomaly	

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(van	  Loon	  &	  Meehl,	  2008)	

(Christoforou and Hameed, 1997)	

５つの太陽活動極大期の1-­‐2月におけるSST	  Anomaly	

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(van	  Loon	  &	  Meehl,	  2008)	

経度方向に平均した7-­‐8月における太陽活動極大期ー極小期の温度差	

青色は統計的に有意な部分を示す。	
対流圏ほぼ全域と成層圏の温度が上昇している	
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(van	  Loon	  et	  al.,	  2004	  JASTP)	

7-­‐8月における太陽活動極大期ー極小期の	  
降水量差（上）とOLR差（下）	  20100223-­‐24森羅万象学校	

(van	  Loon	  et	  al.,	  2004	  JASTP)	

経度方向に平均した7-­‐8月における	  太陽活動極大期ー極小期の鉛直方向の速度差	

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(van	  Loon	  et	  al.,	  2004	  JASTP)	

Gleisner	  &	  Thejll	  (2003)	  GRL	• NCEP/NCARの再解析データ(1958-­‐2001)を用いて、	  • 特にGeopoten\al	  height,	  temperature,	  ver\cal	  velocityについて、	  • ENSOと火山噴火の影響を取り除いた上で、	  • 太陽活動との相関のグローバルな空間分布を調べた。	  

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成層圏上部、下部の厚さと太陽活動(F10.7)との相関	

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(Gleisner	  &	  Thejll,	  2003	  GRL)	

経度方向に平均した気温とF10.7の相関の子午面分布（左）、とその太陽活動極大期極小期の差（右）	

ca.	  12	  km	

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(Gleisner	  &	  Thejll,	  2003	  GRL)	

赤道域(12.5	  S-­‐12.5N)における鉛直方向の風速とF10.7の相関の経度方向分布	

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(Gleisner	  &	  Thejll,	  2003	  GRL)	

500	  hPaでの鉛直方向風速とF10.7の相関の緯度方向変化	

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(Gleisner	  &	  Thejll,	  2003	  GRL)	

中〜低緯度域について	11年周期の太陽活動が、	  • 子午面循環(Hadley,	  Farrel循環）および経度方向の循環に、影響を与えていること、	  • 太陽活動極大期にHadley循環、Farrel循環が強化すると共に高緯度側に拡大	  • その結果の変動が、赤道域および中緯度域（40度付近）に顕著に出ていること、	  が明らかになってきた。	
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2.1.3	  太陽活動と雲量変動	
Svensmarkらの一連の研究	  • Svensmark	  &	  Friis-­‐Christensen	  (1997)	  JASTP	  	  • Svensmark	  (1998)	  PRL	  • Marsh	  &	  Svensmark	  (2000)	  PRL	  • Svensmark	  (2007)	  A	  &G	  20100223-­‐24森羅万象学校	

Fig. 5. Changes in cloud cover compared with the variation in cosmic ray fluxes (solid curve) and 10.7 cmsolar flux (brokencurve). Data is from Nimbus 7 and Defense Meteorogical Satellite Program (DMSP) (SHover oceans) and International
Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) over oceans with the tropics�excluded. All data smoothed with a 12-monthrunning mean.	

H. Svensmark, Phys. Rev. Lett. 81, 5027 (1998) 	

赤道域では、cosmic	  ray	  ﬂuxとcloud	  coverの相関が低い	

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(Svensmark	  &	  Friis-­‐Christensen,	  1997)	

• 静止衛星のデータのみ使用（４つの衛星のcomposite)	  • 海上のデータのみ使用	  • １２か月のフィルターでスムージング	  • 赤道域（22.5N>	  >22.5S)は除外	  20100223-­‐24森羅万象学校	

(Svensmark	  &	  Friis-­‐Christensen,	  1997	  JASTP)	

>6.5	  km	6.5	  km	  >	  	  >	  3.2	  km	<3.2	  km	

低層（<	  3.2	  km）でのみ良い相関がみられる	
(Svensmark,	  2007	  A&G)	

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何故、下層大気でのみGCRと雲量が相関するのか？	
エアロゾルと反応してイオンを作り、雲の形成を促進する働きをする
muonは、高エネルギーのGCRに多く含まれ、その影響は、大気低層まで到達する。一方、中から低エネルギーのGCRは、大気上層部でイオンを生み出しつつ減衰する。その結果、大気中〜上層では、イオンは過剰に存在するようになるが、下層では、不足状態が続く。	
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(Svensmark,	  2007	  A&G)	

Low	  IR	  cloud	  cover	

Low	  IR	  cloud	  top	  temperature	

中・低緯度域でGCRとの正相関が強い。北半球高緯度域で逆相関が見える。	
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(Marsh	  &	  Svensmark,	  2000)

Low	  cloud	  	  <3.2	  km)	Huancayo	  Sta\on	   neutron	  count	20100223-­‐24森羅万象学校	

(Svensmark,	  2007	  A&G)	

雲量の変動は、Solar	  irradianceの変化とも良く合っている	

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(Carslaw et al., 2002 Science)	

Svensmarkらが示したこと	
• 対流圏低層のCloud	  cover変動は、GCRの変動と一番相関が強い（但し、総放射量変動とも相関）	  • 中〜低緯度でCloud	  coverとの相関が高い。高緯度域
ではどちらかと言えば逆相関	  • 太陽活動大 → GCR小 → cloud	  cover小 → 温度上昇	  • Cloud	  cover変動の振幅は、2%程度。相対変動幅として、7%前後	  • これは、Svensmark	  (2007)によると、1.2	  w/m2の変化に相当（ただし、どの様に推定されたか、詳細は不明）	  20100223-­‐24森羅万象学校	

2.1.4 太陽活動と環境変動	
北大西洋高緯度海域における夏の海氷量と	太陽黒点周期の長さおよび北半球平均気温との関係	

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(Friss-­‐Christensen	  and	  Lassen,	  1991)	  太陽活動とAsian	  Winter	  Monsoon	Solar Activity
higher	

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(Tada, 2004 AGU Monogr.)	

まとめ	
1. 赤道域および中緯度域の対流圏（および成層圏）において、太陽活動に伴った気温、気圧、降水量などの変動が起こっている。	  
2. こうした変動は、ハドレー、ファレル循環の強度や幅の変動、ウォーカー循環の変動を反映していると考えられる。	  
3. 北半球高緯度域の成層圏（および対流圏上部）においては、QBOのphaseで仕分けすると、ＡＯに似たパターンの気温や気圧の変動が見えてくる。	  
4. また、アリューシャン低気圧の位置や強度を通じて、その影響は海面にまで達している。	  
5. 低層雲量も太陽活動に伴って変動しているが、その変動は、中緯度に限られる。	  
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20100223-­‐24森羅万象学校	

参考	

成層圏の7-­‐8月における平均温度とSolar	  ﬂuxの相関（左）太陽活動極大期ー極小期の温度差（右）の緯度、高度分布	

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(Labitzke,	  2006	  SSR)	

参考	

7月における太陽活動極大期ー極小期の	  geopoten\al	  heightの差	

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(Labitzke,	  2006	  SSR)	

参考	

30	  hPaにおける年平均温度（左）およびgeopoten\al	  height	  （右）の太陽活動極大期ー極小期の差の子午面分布	

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(Labitzke,	  2006	  SSR)	

参考	(Christoforou and Hameed, 1997)	

参考文献	
Labitzke and van Loon, 1988: Associations between the 11-year solar cycle,
the QBO and the atmosphere. I - The troposphere and stratosphere in theNorthern Hemisphere in winter, Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics(ISSN 0021-9169), vol. 50, pp. 197-206
Labitzke, 2006: Influence of the Solar Cycle on the General Circulation of theStratosphere and Upper Troposphere
Salby, M. L.; Callaghan, P. F., Influence of the Solar Cycle on the General
Circulation of the Stratosphere and Upper Troposphere., Space Science
Reviews, Volume 125, Issue 1-4, pp. 287-303
van Loon and Meehl, 2008: The response in the Pacific to the sun's decadal
peaks and contrasts to cold events in the Southern Oscillation., Journal ofAtmospheric and Solar-Terrestrial Physics, vol. 70, issue 7, pp. 1046-1055
Christoforou and Hameed, 1997: Solar cycle and the Pacific `centers of action'.,Geophysical Research Letters, Volume 24, Issue 3, pp. 293-296
20100223-­‐24森羅万象学校	

van Loon, Harry, Meehl, Gerald A., 2004: Arblaster, Julie M., A decadal solar
effect in the tropics in July-August., Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial
Physics, Volume 66, Issue 18, pp. 1767-1778
Gleisner and Thejll, 2003: Patterns of tropospheric response to solar variability.,
Geophysical Research Letters, Volume 30, Issue 13, pp. 44Svensmark.,1998: Influence of Cosmic Rays on Earth's Climate., PhysicalReview Letters, Volume 81, Issue 22, November 30, 1998, pp.5027-5030
Svensmark and Friis-Christensen, 1997: Variation of cosmic ray flux and global
cloud coverage-a missing link in solar-climate relationships., Journal ofAtmospheric and Terrestrial Physics, Volume. 59, pp. 1225-1232
Svensmark., 2007: Cosmoclimatology: a new theory emerges., Astronomy &Geophysics, Volume 48, Issue 1, pp. 1.18-1.24

20100223-­‐24森羅万象学校	

Marsh and Svensmark, 2000: Low Cloud Properties Influenced by Cosmic
Rays., Physical Review Letters, Volume. 85, Issue 23, pp. 5004-5007
Carslaw et al., 2002: Cosmic Rays, Clouds, and Climate., Science, Volume298, Issue 5599, pp. 1732-1737
Friis-Christensen and Lassen, 1991: Length of the Solar Cycle: An Indicator ofSolar Activity Closely Associated with Climat, Science, Volume 254, Issue
5032, pp. 698-700

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