環境研究総合推進費

事後評価ヒアリング

06/29/2022

課題番号：2-1904
課題名 ：気候変動影響評価のための日本域の異常天候ストーリーラインの構築（JPMEERF20192004）
重点課題：主【重点課題⑧】地球温暖化現象の解明・予測・対策評価
副【重点課題⑦】気候変動への適応策に係る研究・技術開発
研究代表機関・代表者 ： 東京大学大気海洋研究所
研究実施期間： 2019年度～2021年度
累計予算額 ： 12,000千円
サブ①

高薮

縁

東京大学大気海洋研究所（高薮、宮川）・富山大学（濱田）東京大学先端科学技術研究センター（中村、小坂）・九州大学（森）日本周辺域の異常天候に関するストーリーラインのための大気海洋大規模循環の研究（総括班）
サブ② 北海道大学（堀之内）・JAMSTEC（河谷）・学芸大学（佐藤）上部対流圏および成層圏循環と日本周辺域の異常天候との関連についての解析
サブ③ 気象庁気象研究所 （仲江川、遠藤、高谷）・東京都立大学（高橋）日本周辺域の異常天候に関するユーラシア大陸の気候変化の解析
サブ④ 国立環境研究所（江守、塩竈、高橋、花崎、肱岡、石崎）
温暖化に伴う日本域の異常天候に関するストーリーラインの影響評価・適応研究への連携研究１．はじめに（研究背景）• 2018年の「7月豪雨」や「災害級の暑さ」など、近年、異常気象が多発し、その多くには、地球温暖化の影響が指摘されている（IPCC AR6）。
• 地球温暖化は、適応策が必要なステージにあり、日本では2018年12月1日に気候変動適応法が施行された。
• 政策決定者にとって、温暖化の進行と共にその地域で何が起こるかについての具体的なイメージが必要である。
• 近年、温暖化に伴う地域的（極端）現象の将来変化とそのバリエーションを具体的なイメージで伝える「ストーリーライン手法」が注目されている。

2018年7月豪雨

冠水した倉敷市真備町＝7月７日午後(c)共同通信社/アマナイメージズ

ストーリーライン手法• 的確な適応策を策定するためには、確率情報だけでは現実的なイメージが掴みにくく、動きにくい。
• 気候変動によってその地域で何が起こり得るかについての具体的なイメージ（ストーリー）を示すことが有効である（Shepherd et al. 2018)： 「ストーリーライン手法」• オランダなどで、気候変化シナリオを作る際にストーリーライン手法を取り入れている。

本課題への導入• ローカルな異常天候現象の変化を大規模場の変化に帰着させて理解する。
• 将来起こり得る変化について、物理的理解に基づき、そのバリエーションを代表する複数のストーリーとしてわかりやすく伝える。

大気循環パターンの変化• 温暖化に伴うローカルな気候の将来変化予測は、気候モデルによって少しずつ異なる。

(1)オランダKNMI気候シナリオ
気温上昇の大きさと循環パターンで全球モデルを分類↓
それぞれの場合、ローカルに何が起きるかを示す
全球平均気温の上昇(2)オーストラリア

各ストーリーラインに可能性の表現を付与

ビクトリア州の気温と降水量の変化で分類

２．研究開発目的• 豪雨、猛暑、干ばつ、豪雪、強風など、評価・適応研究に求められる日本域の異常天候をターゲットとして、CMIP5/CMIP6マルチモデルによる将来予測から気候シナリオのストーリーラインを構築する。
• 物理的理解に基づくストーリーラインのため、最新の高機能衛星観測などの観測データ、全球気象再解析データ、CMIP、d4PDF数値実験データなどを活用し、地域的な異常天候と大規模場とを関係づけるプロセスを明らかにする。
• 統計的モデル選択手法を開発し、CMIP6
予測のばらつきを代表できる少数の気候モデルを選択する。影響評価・適応研究プログラムの共通シナリオとして、代表モデルによるストーリーラインと共に情報提供する。

３．研究目標
適切な気候変動適応策が可能となるよう、日本域の異常天候に注目して、気候シナリオのばらつきを加味したストーリーラインの構築を目指す。すなわち、多数の気候モデルによる予測実験（CMIP5及びCMIP6）から、注目すべき異常天候と大規模大気循環場を紐づけ、将来変化のばらつきを代表できる少数のモデルを選択する。そして代表的な気候シナリオに伴う異常天候の変化について、不確実性を含め、影響評価研究者や政策決定者等のユーザーにわかりやすいストーリーラインとして情報提供を行う。また、日本域全域を対象とした影響評価・適応研究プロジェクトや地域適応コンソーシアム事業で従来使われてきた気候シナリオをCMIP予測のばらつきの上にマッピングし、影響評価の不確実性評価の偏りや要因を検証すると共に、今後の影響評価・適応研究での気候シナリオの選択・開発への指針を提案する。各サブ課題は以下を受け持つ。
• サブ１：課題全体と協力し、以下を目標に総括する。注目する日本域の異常天候を選択する。異常天候と大規模気候場の変動パターンを紐づけ、CMIPモデルでのストーリーラインを構築する。従来利用されてきた気候シナリオのマッピングなど、成果を今後の影響評価・適応研究へ繋げる。
• サブ２：対流圏上部から成層圏に注目し、日本域の天候の変化に効果的な大規模場要素を抽出する。他サブテーマと協力してストーリーラインを構築し、気候変動に伴う変化の仕組みを明らかにする。
• サブ３：ユーラシア大陸やチベット気候に注目し、ターゲットの変化に効果的な大規模場要素を抽出する。全体と協力してストーリーラインを構築し、気候変動に伴う変化の仕組みを明らかにする。
• サブ４：影響評価研究者へのヒアリング等を通じて、日本域の適応策検討において優先的なターゲット現象の抽出を行い、ストーリーラインの構築に貢献する。既存の気候シナリオをストーリーラインにマッピングして妥当性について検証するとともに、今後の影響評価・適応研究での気候シナリオの選択・開発について指針を提案する。

４．研究開発内容• 影響評価研究者へのヒアリングを行い、日本域で注目すべき異常天候現象や気候変数を抽出した。
• 既存の影響評価モデル研究で標準気候シナリオとして利用されてきた4つの代表GCMに大きな偏りがあることを示した。
• 新しい統計的手法を開発し、CMIP6モデル群から、影響評価モデルの入力データとなる気候変数のばらつきを適切にカバーできる５つの代表GCMを選択した。代表GCMの気候シナリオデータが推進費S-18等で共通気候シナリオとして採用された。
• 豪雨、猛暑、干ばつ、豪雪、強風など、評価・適応研究に求められる日本域の異常天候をターゲットとして、将来変化のストーリーラインを作成するため、高機能衛星観測などの観測データ、全球気象再解析デー
タ、全球・地域気候モデル実験データなどを活用し、それぞれの地域的な異常天候と大規模場とを関係づけるプロセスを明らかにした。
• CMIP6マルチモデルによる将来予測から日本域の異常天候のストーリーラインを構築した。特に、新しい共通気候シナリオの元となった5つの代表GCMによるストーリーラインも構築し、共通気候シナリオの特性として影響評価研究者に渡した。

影響評価の共通気候シナリオ（統計DS）作成のために5-1.成果 （サブ４ハイライト）CMIP６モデル群から5モデルを客観的に選ぶ手法を開発
日平均気温変化

日平均降水量変化

下向き短波放射変化

地表風速変化

東日本平均変化1. S-18、NIES適応プログラムの影響評価研究者と連携。
2. 排出シナリオは、SSP1-2.6(低), SSP2-4.5(中), SSP5-8.5(高)。
3. 影響評価に良く用いられる8変数(平均・最高・最低気温、降水量、短波、長波、湿度、風速)に関して、 CMIP6のばらつきを均等にカバーしながら、現在気候のバイアスも少ない5モデルを選択。
4. NIES適応プロで5モデルの統計DSデータを作成、A-Plat-proで公開。
→S-18＋NIES適応プロ（参加者は約300名）の共通気候シナリオ→文科省・気象庁の気候予測データセット2022の重要な要素→気候変動影響評価報告書2025(仮)の主要な根拠となる見込み。

西日本平均変化Shiogama et al. (2021, SOLA)5-1.成果（サブ１ハイライト）①42年間の観測データから広域豪雨に共通する気象パターンを調べた。ユーラシア大
陸上空の大気波動によるエネルギー伝播と中国南部の対流活動との相乗効果を指摘。
将来変化の議論には、水蒸気量増加と前線の強化度合を把握することが必要である。

暖候期の広域豪雨のメカニズムを解明②広域豪雨に関連する大規模環境場を表す気象変数を２つの変数群（前線の強さの指標、水蒸気量の指標）として低次元化することができた。
大規模環境場の低次元化は、今後、環境場と豪雨との時空間変動を統計的に捉えるための調査で有効活用できる。

③大雨の前後の大気水蒸気収支解析から、広域豪雨をもたらす対流が、局地的な雷雨とは異なるメソスケールの「湿潤絶対不安定層」のメカニズムで生じていることを初めて統計的に指摘した。

局地的な雷雨

広域豪雨
湿潤絶対不安定層（MAUL)

Shibuya et al. (2021, J. Climate)

Shibuya et al. (2021, SOLA)

Tsuji et al. (2021, GRL)

5-1.成果 （サブ１ハイライト）西日本・東日本の暖候期豪雨のストーリーライン作成
A. 小面積タイプ

小面積タイプ将来変化

西日本 vs 東日本④ 日本域暖候期の大雨の将
来変化は、東日本と西日本で異なる。衛星データを利用して広域豪雨と局地的豪雨の違いを表現。

例：局地的豪雨

組織化タイプ将来変化 西日本 vs 東日本

B. 組織化タイプ

MME

例：梅雨末期の集中豪雨

西日本

CMIP6

ACCESS-CM2
MPI-ESM1-2-HR
MRI-ESM2-0
IPSL-CM6A-LR
MIROC6
全19モデル平均

代表５モデル

増
加減
少

東日本

集中豪雨

局地的豪雨

集中豪雨

局地的豪雨

増加
増加
微増
微減
減少
変化小増加
増加
増加
増加
増加
増加

増加
増加
増加
増加
増加
増加

増加
増加
増加
増加
増加
増加

CMIP6モデル群＋衛星◎局地的豪雨（小面積）
日本全域・全モデルで増加◎広域豪雨（組織化）
東日本は全モデルで増加
西日本は半々
代表５モデル（△）はCMIP6のばらつきをカバー➡ ストーリーラインを構築

Yokoyama et al. (2019, J. Climate)他

5-1.成果（サブ１ハイライト） シルクロードパターンの温暖化に伴う弱化: CMIP6解析
MRI-ESM2-0historical (1951-2000) v200 anom

EOF1

アジアジェット域上部対流圏における夏季季節平均南北風速の経年変動に対する経験的直交関数（EOF）解析

EOF2
p > 0.05[m s–1]EOF12+EOF22で説明される分散の変化

代表５モデル(ssp370 vs historical)⑤ シルクロードパターン
夏季アジアジェットの蛇行
東アジアにおける夏季異常気象の主要因の一つ
6-8月平均場の経年変動を解析し、シルクロードパターンの将来変化についてストーリーラインを構築

代表5モデルを含むほとんどのCMIP6モデルで、シルクロードパターンに伴う上空の大気循環偏差は温暖化に伴い弱化
しかし、シルクロードパターンがもたらす日本付近の地表気温・降水変動は必ずしも弱化しない

5-1.成果 （サブ２ハイライト）日本域冬季・夏季の降水への成層圏・上部対流圏の遠隔影響ストーリーライン①成層圏・上部対流圏の変化によるストーリーラインを作成。 ②リモートドライバが梅雨に及ぼす影響のストー
リモートドライバが日本の冬季の気象に及ぼす影響を調べた。 リーラインを作成。
・Tropical warming 熱帯上部対流圏温度変化
高度300hPa, 15S-15N平均のΔT: 正ほど温度が高・Stratospheric vortex strength 成層圏極渦変化
高度10hPa, ΔU (60N-70N) －(50N-60N)、正：極渦が高緯度でより強化• 縦軸：梅雨降水の将来変化（全球昇温1Kあたりの％）：平均的には増だが減るものも• 横軸：日本の南の海上の水蒸気フラックスの変化（ほぼ下層の南風の変化と対応）：降水の将来変化と良く対応。温暖化による降水増が増幅されるかの鍵(Storylineの軸）

東西風の変化 （緯度―高度断面）（Story 2）（Story 1）高 ΔT300 & 強Δ成層圏極渦
成層圏-対流圏結合が強い(25N-60N)
Story 1
降水変化

MIROC6，ACCESS

Story 3
降水変化

IPSL,MRI

マルチモデル平均• 梅雨の変化を左右するシルクロードパター
ン：（ジェット上の停滞波動の変化の重要性）（Story ４）

MPI

冬の日本域の降水変化にも差
環境研究総合推進費

事後評価ヒアリング（Story 3）低ΔT300 & 弱Δ成層圏極渦 成層圏-対流圏結合が弱い

06/29/2022

5-1.成果 （サブ３ハイライト）日本域異常天候におよぼすアジアモンスーン気候パターンのストーリーライン（Ose et al. 2022, JMSJ）

パターン2

パターン3

■5つのcmip6将来変化平均：各パターンの38cmip6モデル平均を適切に表現■5つのcmip6 将来変化： 正負を含めて、多様なモデルが選択されている□38のcmip6モデルの各将来変化■38のcmip6モデルの将来変化の平均

尾瀬減

いずれも、６～９月平均、全球１℃昇温相当

CMIP5に比べCMIP6でユーラシア大陸の昇温量が増大
海陸温度差の増大→ 陸上降水増大
アジア陸上モンスーン領
域の降水量変化(mm/d)

パターン1増(mm/d)38CMIP6各モデルの夏季海面気圧将来変化のEOF係数(K)
CMIP6平均とCMIP5平均の差
降水気温

38CMIP6モデルの東アジア(10-50N, 110-160E)夏季海面気圧将来変化の統計解析②夏季東アジア降水量のCMIP5/6予測の違い：東アジアではおおむね増加傾向が予測される点は共通だが、CMIP6予測では大陸上で降水量増加が明瞭化する一方、海洋上（日本付近を含む）では降水量増加が抑制されていた。この背景要因としてユーラシア大陸の大きな昇温の影響が示唆された。すな
わち、CMIP6予測ではユーラシア大陸昇温による海陸温度コントラストの増大により、アジアのモンスーン循環が相対的に強化され、その結果、東アジアでは降水量増加域の中心が大陸上にシフトしたと考えられる。

アジア海陸温度差変化からの回帰係数①循環場からのモデル選択評価：CMIP6多数気候モデルによる地球温暖化予測に対して統計解析を実施
し、21世紀末の夏季東アジア海面気圧配置について確かな将来変化パターンと不確実なパターンおよびこれらの要因について明らかにした。影響評価モデルで用いる目的で選択された５つのCMIP6気候モデルが、日本付近の将来変化の観点で、多数モデルによる平均気圧配置パターンおよびそのまわりの不確実性の幅を適切に表現していることがわかった。

65アジア海陸温度差変化(K)遠藤5-2. 環境政策等への貢献（施策へ活用できる知見１）

1. 影響評価・適応策研究では、多数の気候モデルの予測データを全て使うことは難しい。そこで、多数の気候モデルの間の予測のばらつきを偏りなくカバーする少数の代表モデルを客観的に選ぶ手法を開発し、CMIP6モデル群から5つの代表気候モデルを選択した。代表モデルの予測データが、S-18プロジェクトをはじめ日本の多くの影響評価・適応研究の共通気候シナリオとして活用されている。
2. 日本域の広域豪雨の仕組みは局地的な雷雨と異なり、大気上空までの深い層の水蒸気収束をモニターし大気の湿潤絶対不安定を検出することが重要であることを指摘した。これは、防災施策の適切な策定に活用できる。
3. 集中豪雨発生の将来変化について、東日本と西日本とで異なるストーリーラインが示された。
従来、集中豪雨が比較的少なかった東日本で、全てのモデルが一致して西日本並みの増加を警告している。西日本については、増加・減少を予測するモデルが半々であった。西日本の豪雨の変化は近傍の上空西風ジェットの変化に依存する。代表5モデルは、CMIP6全体のばらつきをよく捉えている。
東日本における広域豪雨の増加に備える施策の必要を示すと同時に、西日本の変化いては、大循環の変化をより精確に表現する気候モデル開発の重要性を示した。につ4. 気候変動に伴う降水の変化の精確な把握は非常に困難であるが、継続的な衛星降雨レーダ観測は、長期変動を適切に捉えることができるため重要である。

5-2. 環境政策等への貢献（施策へ活用できる知見２）

5. 我が国に暑夏・渇水や冷夏・コメ不作等をもたらす大気変動の遠隔影響のひとつに「シルクロードパターン」がある。これは欧州と我が国の夏季異常気象の連関を表し、ユーラシア大陸上空の偏西風の持続的蛇行で特徴付けられる。温暖化が進んだ世界ではこの偏西風蛇行自体は弱まる一方、それが日本の天候に与える影響は弱化せず、降水への影響は寧ろ強まることを指摘した。
6. 日本の夏季の降水、冬季の降水それぞれに対して、成層圏の極渦や上部対流圏の昇温の大規模な南北構造、上部対流圏の亜熱帯ジェットやその上の停滞波動などが、重要な役割を果たしていることがわかり、それぞれいくつかのストーリーラインに整理された。我が国の異常天候の将来変化に備える際に、成層圏や上部対流圏の循環をきちんと再現できるモデル選択の重要性が指摘された。
7. 冬季のバレンツ・カラ海の海氷減少に伴い冬季日本に異常寒波をもたらす「WACE（WarmAntarctic/Cold Eurasia）パターン」が世界のほぼ全ての気候モデルで過小評価されていることを指摘した。世界の気候モデルは、このような大規模場のバイアス解消のため、さらなる研究開発が必要である。
8. アジア気候の将来変化について、アジア域の気圧変動パターンを指標とすると、モデルの将来変化を適切にグループ分けできることが示された。

5-2.

一般向けパンフレット発行

新規課題2-2202「極端気象の将来変化に関する物理的理解に基づく予測不確実性を低減した情報伝達」

5-3. 研究目標の達成状況（全体）「目標を大きく上回る成果を上げた」 下記のように政策と科学双方に貢献した。
• 課題遂行中の比較的早い段階でCMIP6モデル群からモデル間のばらつきをカバーする5つの代表モデルを数理統計的に選択し、情報を影響評価研究者に渡した。
• これに基づく気候シナリオが推進費S-18等で共通気候シナリオとして採用され、多くの影響評価・適用研究で利用されるものとなった。
• 様々な異常天候の将来予測に関して、5代表モデルのばらつきについて物理プロセスを調査・解明しストーリーラインを構築・提供できた。
• 科学的成果を62報の査読誌に発表。報道発表109。一般向けのパンフレットを作成・公開した。
サブ１：「目標を大きく上回る成果をあげた」 豪雨、猛暑・干ばつ、異常寒波の将来変化についてストーリーラインを構築。課題を効果的に総括して影響評価研究者等に成果を繋げるための貢献をした。
サブ２：「目標を上回る成果をあげた」対流圏上部や成層圏の循環の変化が日本の夏季・冬季の降水に与える遠隔影響についてCMIP6モデルのストーリーラインを構築。課題の総括に協力した。
サブ３：「目標を上回る成果をあげた」 ユーラシア大陸やチベット気候に注目し、気候シナリオおよび影響評価に差をもたらす不確実性の大きい気候場の温暖化応答パターンを明らかにしてストーリーラインを構築。課題の総括に協力した。
サブ４：「目標を大きく上回る成果をあげた」 課題遂行中の早い段階でCMIP6 を代表する5モデルを数理統計的に選択し、これに基づく気候シナリオがS-18等で共通気候シナリオとして採択された。影響評価研究者との連携に主要な役割を果たし、課題の総括に貢献した。

•6. 活動報告・研究成果の発表状況

研究会議開催◎研究打ち合わせ会議 2019/4/16, 2019/7/18, 2020/3/19, 2020/3/31, 2021/6/25◎アドバイザリー会合 2019/11/13, 2020/11/12, 2021/9/9◎環境省との意見交換会 2021/7/13◎国内会議主催
・2021.12.6 三重大学 日本気象学会2021年度秋季大会 専門分科会「気候変動に伴う異常天候のストーリーライン構築について」◎国際会議主催

・2020.7.12-7.16 JpGU-AGU Joint Meeting 2020, Virtual, A-AS02 Session“Abnormal weathers and disasters in urban environments in East Asia related to climate change”
・2021.2.22, 2.24 Online International Workshop 2021（7か国、56名参加）“Storyline Approach on Regional Extreme Weather and Their Future Change for Better Adaptations to the Climate Change”•

アウトリーチ活動（一般向け講演他）「国民との対話」82件＋パンフレット発行•

マスコミ等への公表・報道等•

研究成果発表◎査読付国際学術誌論文

新聞・テレビ報道

62報 /3年

109件

豪雨、猛暑など異常天候、および気候変動について

Impact Factor>5.0誌 23報◎口頭発表（学会等） 156件
• IPCC AR6 引用 6報 （参画メンバー論文の総引用数：106報）• 受賞 5件