Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
均地上気温の前日からの気温差を用いて日スケール気温変動を評価した。これら日別気温差を20世紀末の20年間で月別に集計（月別のサンプル数：約600個）し、期間ごとの統計値（2，5，10パーセンタイル値）を気温低下強度（daily cooling intensity，以後DCIと表記）と定義した。DCIの水平分布やその季節変化に着目して、現在気候再現性を調査した。さらに、DCIの将来変化（将来気候実験（2081-2100年。使用シナリオは、CMIP3：SRES-A1B，CMIP5：RCP4.5およびRCP8.5）と現在気候実験との差）を各モデルで評価し、それらの水平分布・季節性やモデル間のばらつきについて検討した。

## 4 ．結果及び考察

## （１）夏季・冬季平均気候場の再現性

夏季（6–8月）および冬季（12–2月）のアジアモンスーンに関連する気象要素について、季節平均場の現在気候再現性を調査した。季節平均降水および対流圈下層（850 hPa面；高度約1500 mに相当）の地理的分布は、観測値として参照した衛星観測に基づく降水（CMAP）や長期再解析データ（ERA40）による風系とよく対応していた（図(3)−1）。

(a)

(b)

図(3)-1 夏季・冬季の季節平均降水（陰影）および対流圏下層（850-hPa面）水平風（ベクトル）。左：参照値（CMAPおよびERA40）、右：CMIP5全モデル平均。上段が夏季（6-8月）平均、下段が冬季（12-2月）平均。右列の図中枠は、図(3)-2、(3)-3で使用した広域アジアモンスーン地域。

ただし、全モデル平均で見た場合、夏季では南アジア・東南アジアから西太平洋にかけての多雨地域において観測値よりも降水量が過小であった。南アジアモンスーン域や西太平洋を含む広域アジアモンスーン地域（赤道～50° N、30° E～180°）を対象としたTaylorのスキルスコア（図(3)-2）を対象としたTaylorのスキルスコア（
中のSSの等値線の値）をみると、CMIP5（例えば降水のSS=0.70）の方がCMIP3（同じくSS=0.52）よりも改善傾向が見られるものの、降水量の年々変動パターン（CMIP5：SS=0.70。図(3)-2a）は対流圈下層風のそれ（CMIP3，CMIP5ともにSSは0.9以上。図(3)-2b）に比べて再現性が低い。年々変動の空間コントラストの大きさ（Taylorダイアグラムの原点から見て動径方向の大きさ）についても、過大となるモデルも一部にある（I：CNRM-CM5、H：CMCC-CM）ものの、過小評価するモデルも多い。このため、全球結合モデルでは特に多雨地域での降水の再現性向上を目指して今後も継続的な改良発展する必要性がある。

図(3)-2 CMIP5モデルの広域アジアモンスーン地域（赤道～50° N、30° E～180°）の夏季（6-8月）平均気象要素に関する Taylorダイアグラム。（a）降水量、（b）対流圈下層（850-hPa面）水平風。図中アルファベットがCMIP5モデル識別子、丸印がCMIP3平均、四角印がCMIP5平均。横軸上の黒半円（Obs）に近いほど、観測値との類似性が高いことを現す。
図(3)-3 図(3)-2 と同様。ただし冬季平均(a)降水量および(b)対流圈下層水平風のTaylorダイアグラム。

一方、冬季モンスーンについても同様の解析をおこなったところ、夏季と同様にCMIP5の方がCMIP3に比べ再現性が向上した。冬季には熱帯域の多降水地域が南半球にシフトするため、夏季よりもSSが高くなりやすいと考えられる。しかし、降水の年々変動の大きさは、夏季とは逆に観測よりも過大である（図(3)-3）。平均値の過大傾向を反映して、年々変動の大きさも観測に比べ過大である（図(3)-3a）。水平風については、夏季よりも空間変動が過大気味であるものの、降水量に比べれば良好な再現性を示す（CMIP5平均の水平風のSSは0.9以上）。広域アジアモンスーン地域に関する全般的傾向として、CMIP5は降水・水平風ともにCMIP3よりも年々変動の空間パターン再現性は良好となっている（SSが高くなる）ものの、両者ともに観測よりも大きな振幅が出やすい傾向にある。これら季節平均気象要素の年々変動の過大評価の要因は未だ明らかとなっておらず、今後さらなる検討が必要である。

季節平均場に関して、CMIP5ではCMIP3に比べ現在気候の再現性は向上しているが、このことは将来変化傾向の信頼性が増していることと必ずしも直結しない。ここで、空間規模を限定し日本周辺域（30°～45°N、130°E～145°E）での温暖化に伴う将来変化を検討する。図(3)-4は、日本付近の寒候期の寒暖を大きく左右する対流圈下層の南北風の将来変化について、モデル別に評価した例を示す。全モデル平均では、領域平均南北風の将来変化はほぼゼロであるが、比較したCMIP5の24個のモデル間で一貫した傾向が見られるわけではない。正偏差（南風の強化）・負偏差（北風の強化）となるモデル数がほぼ拮抗している。

1節でも述べたように、日本の天候（降水、気温など）の将来変化を検討するには、領域気候モデルによる力学的ダウンスケーリングが有効な研究手段となる。しかし、最新のCMIP5であっても、日本付近における冬季の大気循環場は、将来変化の符号すら判定が困難なほどモデル間でのばらつきが大きい事が明らかとなった。したがって、冬季の日本付近を対象としたダウンスケーリング実験においては、使用する全球モデルの選択如何により結果が大きく異なる可能性が高く、使
用モデルの選択には細心の注意を払う必要がある。

AWM 850hPa V (30-45N, 130-145E)

図(3)-4 日本周辺地域における領域平均南北風の将来変化。図中アルファベットはCMIP5モデルの識別子。最も右側の値は全モデル平均（MME）。

図(3)-5 3月における気温急低下指標(DCI, 日平均気温の前日との差の10パーセンタイル値)。上段左：CMIP3(9モデル平均)、上段右：CMIP5(21モデル平均)、下段：参照値(JRA55)

## （２）寒候期の日スケール気温変動

前節では、季節平均の気候場でみれば、CMIP5の方がCMIP3よりも良好な再現性を示した。しかし、季節平均場の再現性だけを基準としてダウンスケーリング研究で使用可能な全球モデルを選択するのは危険である。冬季東アジアモンスーンは、ユーラシア大陸高緯度のシベリア高気圧と
北太平洋のアリューシャン低気圧という2つの作用中心の存在で特徴付けられる。それらの水平気圧傾度により、季節平均で見れば北西季節風が卓越する。しかしながら、周知の通りこのような大気循環場は定常的に存在するものではなく、数日から1週間程度のサイクルで北西風の強弱が生じる。特に、日本付近では、強い寒気の吹き出しに伴う気温の急低下・北西風の強化が日本海側の降水（降雪）と太平洋側での晴天・乾燥という顕著な空間コントラストを生じさせる。

このような冬季東アジアモンスーン活動の再現性評価と信頼性の高いモデル選択のために、寒気吹き出し時の気温急低下に相当する気温低下指標（DCI）について解析をおこなった（CMIP3：9モデル、CMIP5：21モデル）。参照値として使用した気象庁55年再解析データ（JRA55）において、DCIを下回るような気温急低下時の各種気象要素（気温、水平風など）をみたところ、（1）気温急低下地域がシベリアを起源として南東方向の東アジアに進行、（2）気温急低下後の東アジア地域では北寄りの風が卓越、など寒気吹き出し時の特徴をよく捉えていた（図略）。DCIの現在気候再現性について、JRA55と比較したところ、CMIP5の多くのモデルがJRA55のDCIよりも低く、CMIP5平均でも観測値に比べて低いDCI、すなわち気温低下強度を過大評価していた（図(3)-5）。DCI過小評価（気温低下強度の過大評価）は、多くのCMIP5モデルでみられる高緯度大陸上における顕著な低温バイアス（Sillmann et al. 2013 $ ^{4} $ ）の反映と考えられる。ただし、CMIP5とCMIP3とを比較すると、北大西洋から北極海、シベリア北西部でのDCIが観測値に近く、特にノルウェー海からバレンツ海にかけての北極海海水の縁辺部における改善が顕著である。これらはCMIP5において海水の張り出し地域などの再現性が向上したことに起因すると考えられる。東アジアにおいては、長期再解析との乖離が大きくなったCMIP5モデルが多く、結合モデルの冬季の気候再現性を向上させるために、高緯度域での低温バイアス改善が必要であると考えられる。

図(3)-6 3月における寒気活動指標（日平均気温の前日との差の10パーセンタイル値；DCI(10%)の将来変化（将来気候-現在気候。各々2081-2100年、1981-2000年平均）のマルチモデル平均（21モデル）。図中丸印：マルチモデル平均と同符号偏差となるモデル個数が15以上の格子点。

図(3)-6に、DCIの将来変化（・DCI=DCI(21C)-DCI(20C）；21世紀末と20世紀末との差）を示す。北大西洋～ユーラシア北西部の高緯度域やオホーツク海では、全モデル平均で現在気候よりもDCIが正偏差（気温低下幅の縮小）となった。これら地域は、現在気候での海水縁辺部かつ将来気候での海水消失域とよく対応していた。すなわち、北大西洋～ユーラシア北西部における気温低下
図(3)-7 中国東部（25°-40° N、100°-120° E）の領域平均DCIの将来変化（ΔDCI、21世紀末と20世紀末の各20年統計値の差）。寒候期（10月-5月）の月別統計値に基づく。黄（赤）色がRCP4.5（RCP8.5）シナリオ。丸印が個別モデル（21モデル）、×印が全モデル平均。左がΔDCI（10%）、右がΔDCI（2%）。

幅の弱化は、海氷域の高緯度側への後退に伴って海水面が露出するために日々の地上気温の変動性が小さくなったことを反映していると考えられる。極・高緯度域においてDCIが弱化する一方、中緯度域、とりわけ中国東部においては多くのモデルでDCIの強化が予測されていた。DCI強化傾向は、CMIP5モデル平均では1月から4月にかけてみられ、特に初春期(3月)で最大となる(図(3)-7)。DCI強化傾向は選択基準となるパーセンタイル値を変更しても結果に本質的な違いは無く、より極端な気温低下幅を選択した場合（例として2パーセンタイル値。約2年に一度程度の発生頻度に相当）には、将来変化幅が更に拡大した（図(3)-7右）。さらに、より強い温暖化が進行するRCP8.5シナリオの方がRCP4.5シナリオのそれよりもDCI強化が大きい。これらの結果は、温暖化すると初春期の日々の気温変動が大きくなり、特に極端な気温低下イベントの際には現在のそれよりも大きな気温低下となる可能性が高いことを示している。

一方で、DCIの強弱がモデル間で大きくばらつく事に関して、日本付近における冬季平均南北風の将来変化傾向（図(3)-4）と比較したが、南北風の強弱とDCIの強弱とは一貫した対応をしていなかった。この結果は、季節平均場の将来変化傾向が日々の変動性の将来変化と必ずしも対応しないことを意味する。したがって、例えば季節平均大気循環場の再現性が良好なモデルをダウンスケーリング研究に用いた場合であっても、日々の大気変動の再現性が良好とは言えない気象要素が領域気候モデルへの境界条件として取り込まれる可能性がある。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

温暖化により、時期・季節によっては現在気候よりも大きな気温急低下が生じる可能性を示した。ただし、気温低下幅の将来変化はモデル間で大きくばらつき、季節平均などの大気循環場の現在気候再現性とは関連性を見いだすことは困難であった。
“Projected future changes in the Asian Monsoon: A comparison of CMIP3 and CMIP5 model Results”

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

寒気吹き出し時の気温低下幅が、東アジアの初春期で特に強くなることを初めて示した。この知見は、温暖化緩和策・適応策を考える際に重要な知見となる。これまで、温暖化時の気温に関する将来変化は、期間平均気温や極端な低温・高温頻度などの指標で比較されてきた。これらの評価方法では、温暖化時の日々の気温変動幅がどう変化するのかを評価出来ない。将来気候で現在より急激な気温低下が生じるならば、例えば農業に関していうと、温暖化時の高温状態に適応した農作物を栽培した場合、寒冷障害による被害を受けやすくなる可能性がある。さらに、日々の気温低下幅の増幅は、寒気吹き出し先端部における寒冷前線強度（水平温度傾度）の強化に対応する。このため、初春期の寒気吹き出し時に多発する砂塵嵐の強さや発生頻度にも影響が現れる可能性がある。砂塵嵐は下流域への大規模黄砂輸送をもたらし、近年特に関心が持たれている。この結果は、将来的な温暖化への緩和策・適応策を東アジア諸国全体で考える必要があることを示しており、国際的な協議の場においても重要視されるべき知見であると言える。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない。

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) H. UEDA, T. INOUE, A. KIBE and M. SAITO: Int. J. Climatol., DOI: 10.1002/joc.4032 (2013) "Snowfall variations in Japan and its linkage with tropical forcing"

2) T. OGATA, H. UEDA, T. INOUE, M. HAYASAKI, A. YOSHIDA, S. WATANABE, M. KIRA, M. OOSHIRO and A. KUMAI: J. Meteorol. Soc. Jpn., 92, 207-225 (2014)

## <査読付論文に準ずる成果発表>

特に記載すべき事項はない。

## くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。

## （2） 口頭発表（学会等）

1）植田宏昭、尾形友道、井上知栄、吉田あい、渡邊茂、吉良真由子、大城萌美、熊井暖陽：日本気象学会2013年度春季大会（2013）
「CMIP3/CMIP5 における夏季・冬季アジアモンスーンの再現性と将来予測」

2）植田宏昭：日本地球惑星科学連合 2013 年大会（2013）「グローバルモンスーンの形成 -過去と未来の対比-」

3）植田宏昭：2013年度日本海洋学会秋季大会（2013）「新たな学際的視点としての大気海洋相互作用」

4）早崎将光、植田宏昭：日本気象学会2013年度秋季大会（2013）

「CMIP5による東アジア冬季モンスーン活動の再現性とその将来変化」

8）三木友梨紗、植田宏昭：日本気象学会2013年度秋季大会（2013）「地球温暖化に伴う熱帯域の降水特性変化」

9）渡邊茂、植田宏昭：日本気象学会2013年度秋季大会（2013）「温暖化時の南アジア域冬季降水量変動要因」

10) M. Haysaki and H. Ueda: The 2nd International Workshop on CMIP5 Model Intercomparisons for Future Projections of Precipitation and Climate in Asia, Tokyo, Japan, 2014

“Future projections of winter monsoon activities in East Asia using CMIP5”

12）大城萌美、植田宏昭：総合地球環境学研究所高分解能古気候学と歴史・考古学の連携による気候変動に強い社会システムの探索（2014）

「中世温暖期および小氷期における夏季アジアモンスーン」

13）早崎将光，植田宏昭：日本気象学会2014年春季大会(2014)「東アジア冬季モンスーン活動および低気圧活動の将来変化」

14) Ueda, H.: Murakami Memorial Symposium (Honolulu, USA, 2014)

“Important factors for the development of the Asian-Northwest Pacific summer monsoon”

15) Hayasaki, M. and H. Ueda: AOGS 11th annual meeting, Sapporo, Japan, 2014, "Future projections of cyclone and cold surge activities over East Asia"

16）植田宏昭：日本地理学会秋季学術大会（2014）「冬季日本の降雪変動と熱帯からの遠隔強制」.

17）植田宏昭，早崎将光，釜江陽一，鬼頭昭雄，三木友梨紗，熊井暖陽，渡邊茂：日本気象学会2014年秋季大会（2014）

「モンスーン循環に見られる近年の気候ハイエイタスと温暖化予測」

18）渡邊茂，植田宏昭：日本気象学会2014年秋季大会（2014）
「南アジア夏季モンスーンの将来予測における CMIP3-CMIP5 間の不確実性に寄与する要因」

19）早崎将光，植田宏昭：日本気象学会2014年秋季大会(2014)

「CMIP5 で再現された東アジア冬季モンスーンの季節進行とその将来変化」

20）熊井暖陽・植田宏昭：日本気象学会2014年秋季大会(2014)

「積雲対流スキームに起因する夏季アジアモンスーン気候再現の差異」

21）三木友梨紗・植田宏昭：日本気象学会2014年秋季大会(2014)

「地球温暖化に伴う熱帯域の対流特性変化」

22）早崎将光，野木友里香，植田宏昭：急発達する低気圧の実態・予測・災害軽減に関する研究集会（京都，2014）

「日本海低気圧・南岸低気圧の将来変化」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）「国民との科学・技術対話」の実施

1）兵庫県立龍野高校模擬授業 （2013年8月6日、筑波大）、地球温暖化に関する模擬授業と研究プロジェクト紹介

## （５）マスコミ等への公表・報道等

1）NHK スペシャル「巨大災害」第1集「異常気象」取材協力、2014年8月30日

2）TBS ニュース 23（2014 年 12 月 15 日放送、電話取材にて急発達する低気圧に関するコメント）

## （6） その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

1) Ueda, H. and T. Yasunari and R. Kawamura (1995): Abrupt seasonal change of large-scale convective activity over the western Pacific in the northern summer. J. Meteor. Soc. Japan, 73, 795-809.

2) Kitch, A. and T. Uchiyama (2006): Changes in onset and withdrawal of the East Asian summer rainy season by multi-model global warming experiments. J. Meteor. Soc. Japan, 84, 247–258.

3) Taylor, K. E. (2001): Summarizing multiple aspects of model performance in a single diagram. J. Geophys. Res., 106, 7183–7192.

4) Sillmann, J. and Kharin, V. V. and Zhang, X. and Zwiers, F. W. and Bronaugh, D. (2013): Climate extremes indices in the CMIP5 multimodel ensemble: Part 1. Model evaluation in the present climate. J. Geophys. Res., 118D, 1716–1733.
## （４）熱帯域現象が東アジアの降水活動に与える影響の解明とその将来変化の研究

独立行政法人 海洋研究開発機構 大気海洋相互作用研究分野 城岡竜一

横井 覚

佐藤尚毅

安永数明

<研究協力者>

独立行政法人 海洋研究開発機構 大気海洋相互作用研究分野 高橋千陽

平成 24(開始年度)～26 年度累計予算額：27,652 千円

（うち、平成26年度予算額：9,400千円）予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

熱帯域の対流活動が東アジアに及ぼす影響に関して、熱帯で顕著な現象でありながら、気候モデルにおける再現が難しい季節内変動や台風に注目し、現象そのものの再現性、テレコネクション等による中緯度への影響、将来気候における変化等を評価した。

熱帯域における代表的な季節内変動として MJO に着目し、CMIP5 マルチ気候モデルにおける再現性を評価したところ、全体的にみて MJO の再現性は CMIP3 よりも改善されていることがわかった。再現性の良いモデルによる MJO の空間構造においても改善がみられているが、いまだに系統的な誤差も残っていることが明らかになった。また、MJO が東アジアに及ぼすテレコネクションとして、冬季 MJO に伴う東アジア～北太平洋域におけるストームトラック活動、降水変動、温帯低気圧発達率の将来変化を調べた。MJO 再現性の良いモデルの平均では、冬季 MJO の降水振幅は中・東部インド洋と太平洋域で増加し、MJO 降水に起因する中緯度ロスビー波応答として北太平洋域の循環・気温偏差振幅が増加していた。MJO がインド洋で活発な時は、総観規模擾乱の運動エネルギーと南北熱フラックスがより増大し、東アジア域での季節内振動周期の水蒸気フラックス収束が増加する事により、擾乱の南北水蒸気フラックスと降水振幅も増加していた。これらにより、MJO による東アジア～北太平洋域への影響は、将来気候ではより増大すると考えられる。西太平洋域における台風発生頻度の将来予測に関しても、現在気候における発生頻度の再現性の良いモデルを選定し、それらの将来予測実験との比較を行った。それら全てのモデルにおいて、現在はフィリピン東海上に位置する台風最多発生域が、将来は東に移動するとの予測が得られた。この変化は、台風発生の好環境であるモンスーン低压帯が東方に伸長するという予測に起因すると考えられる。

## [キーワード]

熱帯大気海洋相互作用、季節内変動、MJO、台風発生、テレコネクション
### 1. はじめに

赤道域における主要な降水システムである MJO は日本を含む東アジア域の気候にも影響を与えていることが予想される。しかし、一方で、CMIP3 マルチモデルデータの解析結果によると、気候モデルにおける MJO の再現性は全体的には十分ではないとされていることから、まず、CMIP5 マルチ気候モデルにおける MJO の再現性を評価する必要がある。

また、熱帯における対流活動が中緯度東アジア域に及ぼす影響として、北半球冬季にみられる、東アジア域から北太平洋域における温帯低気圧活動（ストームトラック活動）の、MJOの影響を受けた活発化が知られている。MJO降水活動は北半球冬季に最も活発となり、インド洋から西太平洋域に東方伝播する。MJO降水活発域がインド洋にある時、ストームトラック活動が活発化し、西太平洋に移動するとストームトラック活動は抑制される。将来気候において、MJO活動がどのように変化し、それに伴って中緯度域のストームトラック活動がいかに変動するかを調べることは、熱帯中緯度相互作用の観点からも気候変動予測にとって重要である。

台風は我が国をはじめ東南アジアや東アジアの沿岸諸国に豪雨や暴風、高潮などの災害をもたらすとともに、社会に必須な水資源の供給源でもあるため、各国に接近・上陸する台風の個数が将来どのように変化するかを予測することは社会的にも重要である。接近頻度の地域的な予測を行う際には、地球全体や海盆全体での発生頻度の変化のみならず、海盆内での発生頻度の空間分布の変化を予測することが必要になってくる。CMIP3マルチモデルを用いた解析では、台風発生頻度分布を良く再現する5種のモデルを用いた結果として、現在はフィリピン東海上に位置する台風最多発生域が、将来はやや東方に移動するとの予測がなされていた。これらの結果に関して、さらに多くのモデルの気候実験データを解析し、予測の不確実性を評価する必要がある。

## 2 ．研究開発目的

CMIP5 マルチ気候モデルデータを用いて MJO の再現性評価を行い、特に、再現性のスコアが比較的高いモデルにおいて、どのような系統的誤差があるかを検討する。中緯度への影響評価として、冬季 MJO に伴う東アジア域～北太平洋域におけるストームトラック活動、降水活動、温帯低気圧発達率の将来変化について調査する。また、西太平洋域における台風発生頻度分布の将来変化について、CMIP3 と CMIP5 での比較を行う。

### 3. 研究開発方法

はじめに、CMIP5 の各モデルについて MJO の再現性のスコアを計算し、MJO 再現性の比較的高いモデルを抽出した。ここでは、赤道域の日降水量データに、時間、東西方向にフィルターをかけることによって MJO 成分を抽出している。MJO 成分に対する降水分布の回帰を計算し、観測との類似性の大小からスコアを計算した。次に、スコアの高いモデルを選んで、モデルが再現した MJO の空間構造を調べた。ここでは、降水、海面気圧、東西風、比湿、海面水温などの赤道上での断面に注目した。

中緯度ストームトラック活動に影響する MJO 活動度の指標（MJO index）としては、20～80 日周期、波数 1～5 で時空間フィルターをかけた日降水偏差の時系列を計算した。インド洋域（85-90E, 10S-10N）、西太平洋域（155-170E, 10S-10N）で領域平均した index をそれぞれ MJO-IO index、MJO-WP index として回帰係数を計算した。ストームトラック活動度は、総観規模擾乱（2～8 日周
期成分）の鉛直平均運動エネルギー（EKE）と南北熱・水蒸気フラックスを指標として用いた。急発達する温帯低気圧として、1 hPa/hr 以上の発達率を示す低気圧を抽出した。計算期間は、現在気候は1981-2000年、将来気候は2081-2100年の20年間の冬季（12,1,2月）である。将来変化は、将来気候から現在気候を引いた差分を用いた。

台風に関しては、CMIP5に参画した気候モデル群のうち、大気の水平解像度が2度よりも細かく、研究開始時点で台風型渦擾乱の検出に必要な三次元大気場の日別値が公開されていた7モデルを対象とした。まず、40年分（1965-2004年に相当）の現在気候実験データを解析し、Yokoi and Takayabu（2009） $ ^{1)} $ で用いられている台風型渦擾乱の定義を各モデルに合わせて調整した。調整済の定義を用いて台風型渦擾乱を抽出し、その発生頻度の空間分布を観測と比較して再現性能の高いモデルを選別した。続いて、選別されたモデルの40年分（2061-2100年に相当）のRCP4.5将来予測実験データについても同様に台風型渦擾乱を抽出し、発生頻度を現在気候実験の結果と比較することでマルチモデル将来予測を行った。

## 4 ．結果及び考察

MJO の再現性に関して、観測およびCMIP5マルチ気候モデルにおける降水分布のMJO成分を図(4)-1に示す。観測においては、東部インド洋や西部太平洋でMJO成分が大きくなっていることが確かめられる。再現性のスコアの高い4つのモデルが再現したMJO成分には、観測との一定の類似性が認められる。インド洋での再現性に注目すると、モデルでは西部インド洋におけるMJO成分が過大に再現され、逆に東部インド洋でのMJO成分は観測より過小になっている。このような系統的

図(4)-1 降水の MJ0 成分。上から、観測、再現性の高いモデル、すべてのモデルの平均。

誤差は CMIP3 においてもみられたが、CMIP5 においては観測との相違は小さくなっており、この点では CMIP5 モデルは CMIP3 と比べて改善されているといえる。しかし、全モデルの平均においては、依然として MJO は観測と比べて大幅な過小評価となっている。このことは、依然として多数のモデルにおいて MJO の再現性が著しく低いことを意味している。MJO の影響を受けるような気候要素の予測において、単純な全モデル平均を用いることは CMIP5 においても適切ではないと
考えられる。次に、赤道、東経85度における降水変動のMJO成分に対して、降水、地上風の回帰を計算し、観測とスコアの高いモデルについて結果を示した(図(4)-2)。観測においては、地上風の収束は、降水の極大よりもかなり東まで広がっており、モデルにおいては、地上風の収束は、観測よりも降水極大の近くに位置している。

CMIP5では日別SSTが利用可能となったので、MJO成分に対するSSTの回帰を計算した（図(4)-3）。観測では、降水の極大付近やその西側でSSTが低下している。それに対して、モデルでは、SSTの負偏差が西に後退し、降水極大のすぐ東側においてSST偏差が正になっている。観測では、西風偏差が生じるよりも前にSSTの低下が始まっているが、モデルでは、強い西風偏差がみられるようになってからSSTが低下している。別の見方として、観測では、SSTが低下してもMJOに伴う正の降水偏差は持続するが、モデルにおいては、SSTの低下が始まると降水がすぐに弱くなると言うこともできる。このような傾向は個々のモデルにおいて共通してみられる傾向であり、SST偏差の成因や、SST偏差が降水活動に与える影響という観点から詳細に検討していく必要がある。

図(4)-2 赤道、東経85度における降水変動のMJO成分に対する、降水量(太い実線)と地上風(矢印)、地上風の発散（色実線）の回帰。上は観測、下は上位3モデル。等値線間隔は1mm/dayと0.2×10^{-6}/s、ゼロの等値線は省略、負の値は点線と青線。

次に、赤道、東経85度における降水変動の

MJ0 成分に対する、降水量、下層の東西風、海面気圧、比湿、SST の回帰をモデルごとに計算し、南緯 10° から北緯 10° の平均を図 (4)-4 に示した。観測では、降水の正偏差に比べて、海面気圧の負偏差が東に広がっている。これは、図 (4)-2 で水平収束域が東に広がっていることと対応していると考えられる。それに対して、モデルでは海面気圧の負偏差が降水の正偏差域と同程度の広がりになっていて、東への拡大は明瞭ではない。東西風に関しても同様の傾向がみられる。下層の水蒸気量の極大は、観測においては、降水の極大よりもかなり東に位置しているが、モデルでは降水極大の付近にみられる。また、SST と比湿との関係に注目すると、観測では、比湿の極大は水蒸気量の極大よりも東に位置し、時間的に先行しているといえる。しかし、モデルでは、比湿の極大は水蒸気量の極大よりも西にずれていて、降水極大の付近に位置する。モデルにおいては、SST の上昇、水蒸気量の増加、降水の増加という順に時間進行しているといえる。これは、高い SST が水蒸気の増加をもたらし、結果として降水が増えるという単純な考察に合致するが、現実の大気ではそのような時間進行は成り立っておらず、観測とモデルの間には根本的な相違があることを示唆する。
全体的にみて、CMIP3 と比べて、CMIP5 気候モデルにおいては MJO 再現性のスコアは向上している。しかし、スコアの高いモデルに限定しても、いまだに系統的な誤差が残っているといえる。これらの誤差は MJO の本質的なメカニズムに関係している可能性があり、気候モデルの結果を利用するときには注意が必要である。

図(4)-3 赤道、東経85度における降水変動のMJO成分に対する、降水量(太い実線)と地上風(印)、SST（色実線）の回帰。上は観測、下は上位3モデル。等値線間隔は1mm/day 0.02K、ゼロの等値線は省略、負の値は点線と青線。
(°E)

(°E)

図(4)-4 赤道、東経85度における降水変動の、MJO成分に対する、降水量、下層の東西風、海面気圧、比湿、SSTの回帰（南緯10度から北緯10度の平均）。太い実線は観測、細い実線は再現性の高いモデル、点線は再現性がやや高いモデル。
中緯度ストームトラック活動への影響に関しては、CMIP5の33個のモデル群から40E-200E領域のMJO降水再現性の比較的良い5つのモデルを抽出した。これらのモデル（BESTモデル）で平均した冬季MJO降水振幅とその将来変化を図(4)-5に示す。モデルは、観測と比較して西部インド洋域と海大陸域で正の降水バイアス、東部インド洋域と西インド洋域で負の降水バイアスが存在する。冬季MJO降水活動は、中部インド洋と太平洋域で将来増加を示した。インド洋域のMJOに対する大気応答と中緯度降水変動を図(4)-6に示す。インド洋域のMJO降水による非断熱加熱に起因し、亜熱帯ジェット帯で増幅し、北東へ伝播する中緯度ロスビー波列が東アジア～北太平洋域に形成される（図(4)-6a,b）。この時、北西太平洋域は、高気圧性循環偏差かつ高温偏差となる。将来気候では、インド洋の降水正偏差、太平洋域の降水負偏差がより強まる（降水振幅が増加する）ため、ロスビー波列応答として北太平洋域の循環・気温偏差の振幅が増大する（図(4)-6c,d）。

MJ0 がインド洋で活発な時は、北太平洋域のストームトラック活動度（擾乱の運動エネルギー、南北熱フラックス）は強化する（図(4)-7a）。これは、主に高温偏差形成による傾圧エネルギー変換効率の増大及び、潜熱加熱による擾乱エネルギー生成に起因する（図(4)-7b）。MJ0 振幅の将来増加に伴い、特に北西太平洋域では傾圧エネルギー変換の増加により、ストームトラック活動が増加すると予測される（図(4)-7c,d）。一方、MJ0 が西太平洋域で活発な時は、ストームトラック活動は将来、より抑制される。

擾乱の南北水蒸気フラックス増減は、擾乱に伴う降水の増減を伴う（図(4)-8a,b）。MJOがインド洋域（西太平洋域）で活発な時、擾乱の北向き水蒸気フラックスと降水振幅は、将来、より増加（より減少）する（図(4)-8c,d）。これは、東アジア～北西太平洋域の季節内振動周期の水蒸気フラックス収束偏差の振幅がより北で増加する事に起因する。さらに温暖化した将来、爆弾低気圧型の急発達する低気圧の発達率は、MJOがインド洋（西太平洋域）で活発な時、より増加（減少）すると予測される（図(4)-9）。これは、擾乱の南北熱フラックス変動の変化と良く一致している。

MJO 降水がある程度再現されている 17 個の CMIP5 モデルにおいて、MJO に伴うストームトラック活動の将来変化は、MJO に伴う亜熱帯北太平洋域の循環偏差の将来変化と正の相関を示した（図(4)-10）。モデルによりばらつきは見られるが、BEST モデル平均だけではなく、17 個のモデル平均でも MJO とストームトラック活動の将来増加を示している。まとめると、温暖化した将来、冬季 MJO に伴う熱帯域降水振幅が増加し、北太平洋中緯度域の総観規模擾乱活動、降水活動、急発達する低気圧の振幅増加が起こると予想される
図(4)-5 冬季 MJO の降水振幅と将来変化。（a）観測（GPCP），(b)現在気候（実線、1.2 mm day-1 から 0.6 mm day-1 間隔）、将来変化（色）。(b)は 5 つの BEST モデル平均値を示す。

( a )

(b)

(c)

(d)

図(4)-6 MJO-IO index に対する季節内振動周期の(a)，(c) 降水偏差（色）、250-150hPa 平均の速度ポテンシャル偏差（線、(a)3×105 m²s⁻¹，(c)105 m²s⁻¹ 間隔）、(b)，(d)850-500hPa 平均の気温偏差（色）、250hPa 流線関数偏差（線、(b)6×105 m²s⁻¹，(d)4×間隔）の回帰場。実線が正值。5つの BEST モデル平均値で、(a)，(b)は現在気候、(c)，(d)は将来変化を示す。
(a)

(c)

図(4)-7 MJO-IO index に対する季節内振動周期の(a)，(c) 850-250hPa 平均 EKE 偏差（色）、850-500hPa 平均の擾乱の南北熱フラックス偏差（線，(a) $ 0.2 \times K m s^{-1} $ ，(c) $ 0.15 \times K m s^{-1} $ ）、(b)，(d) 850-250hPa 平均の傾圧エネルギー変換効率偏差（色）、850-250hPa 平均の潜熱加熱に伴う擾乱のポテンシャルエネルギー生成率偏差（線，1,2,4,6,…×m2 s-2 day-1 間隔）の回帰場。実線が正值。5つの BEST モデル平均値で、(a)，(b) は現在気候、(c)，(d) は将来変化を示す。

図(4)-8 MJO index に対する総観規模擾乱に伴う降水の標準偏差（色）、1000-500hPa 平均の擾乱の南北水蒸気フラックス偏差（線、(a)，(b) 5×10-5m s-1，(c)，(d) 4×10-5m s-1 間隔）の回帰場。（a)，(c) は、MJO-IO index、(b)，(d) は MJO-WP index に対する回帰場。実線が正值。5つの BEST モデル平均値で、(a)，(b) は現在気候、(c)，(d) は将来変化を示す。
(a)

(b)

(c)

(d)

図(4)-9 MJO index に対する温帯低気圧発達率（色）、850-500hPa 平均の擾乱の南北熱フラックス偏差（線、(a)，(b)2×10-1 K m-1，(c)，(d)10-1 K m-1 間隔）の回帰場。海面気圧が1 hPa/hr 以上の急発達率を示す低気圧のみを抽出。（a），(c）は、MJO-IO index、(b)，(d)は MJO-WP index に対する回帰場。実線が正值。5つの BEST モデル平均値で、(a)，(b)は現在気候、(c)，(d)は将来変化を示す。

図(4)-10 17個のCMIP5モデルにおけるMJO-IO indexに対する亜熱帯西太平洋域上層循環場（250hPa流線関数偏差、130-180E, 10-35N平均）とストームトラック活動度（850-250hPa平均EKE偏差、130-180E, 30-60N平均）。5つのBESTモデル番号は、3, 16, 17, 18, 54である。17つのモデル平均は星印で示す。実線は回帰線。
台風発生頻度空間分布の現在気候再現性を評価し、再現性の良い5モデルを用いた解析を行った。図(4)-11に、5モデルで平均した発生頻度の時空間分布と観測値との比較を示す。東シナ海とフィリピン東海上の最多発生域や中部太平洋ほど発生頻度が低い点、5～8月に発生域が北上し、その後12月にかけて軟化する季節変化といった特性が現実的に再現されていることがわかる。海盆全体の発生頻度の将来変化は、5モデル平均では8%の増加が予測されていた。しかし、モデル間で予測の傾向が一致していないことから、この変化予測の不確実性は依然高いといえる。図(4)-12に5モデルで平均した年間発生頻度空間分布の将来変化予測（将来気候実験－現在気候実験）を示す。西太平洋域内の多くの地域で増加が予測されている。特に東経160度以東では5モデルすべてが増加を予測しており、他の地域と比べても不確実性が小さいことが示唆される。また、フィリピン東海上では現象が予測されている。これらを総合すると、フィリピン東海上から東に延びる台風最多発生域が将来はやや東方に伸長・移動することが予測される。また、台風の発生しやすさを測る環境場の指標である対流圈下層の相対渦度場や対流圈上層と下層の風速差を解析し、発生頻度将来変化の原因を検討した。その結果、台風発生の好環境場であるモンスーン低压帯の将来変化が関係していることが分かった。現在気候では低压帯はフィリピン東海上から東南東方向に延びているが、これが将来はさらに東方に伸長すると予測されており、東経160度以東での発生頻度の増加と整合的である。一方で、フィリピン東海上では、台風の卵となる熱帯低気圧擾乱の活動度が低下する予測されており、これがこの地域での発生数減少の原因であると考えられる。以上の結果は、基本的にはCMIP3モデルを用いたYokoi and Takayabu（2009）¹と整合的である。

(a) 年間発生頻度

(b) 発生頻度の時間緯度断面 (100°E−180°)

図(4)-11 （a）台風年間発生頻度（単位：40年間に緯度経度2.5度格子内で発生する個数）と（b）東経100度から180度で平均した発生頻度の時間（月）緯度断面（単位：40年間の各月に緯度2.5度経度80度の矩形内で発生する個数）についての、（カラー）5モデル平均と（等値線）観測値の比較。
図(4)-12 台風年間発生頻度の将来変化（将来気候－現在気候）。単位は図(4)－11aと同じ。藤色の丸印（×印）は、5モデル全てが増加（減少）を予測した場所を示す。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

これまでに再現が難しいとされてきた MJO に関して、各モデルの再現性を評価する方法を開発して、信頼性の高い気候モデルを抽出した。また、最新の観測データを活用して MJO の構造の再現性を詳細に解析し、系統的誤差を明らかにした。MJO が循環場に与える影響に関して信頼性の高い情報を抽出するための知見を得ることができた。特に、モデル間において MJO 再現性の差が大きく、MJO の影響を受ける気候要素の予測においては MJO 再現性のスコアの高いモデルのみを抽出すべきである点が重要である。

東アジア域を含む中緯度域の気候変動予測精度向上のために、熱帯域季節内変動のモデル再現性向上の重要性を提示した。温暖化時、熱帯季節内振動による中緯度域への影響がより増大する可能性を示した。

台風発生頻度の将来予測は強度に比べて不確実性が高いとされ、さらに全球平均に比べて地域的な発生頻度の将来変化予測はさらに不確実性が高く、一般には困難であると考えられている（Knutson et al. 2010 $ ^{2} $ ）；横井と吉村 2014 $ ^{3} $ ）。このような状況の中で、フィリピン東海上の台風最多発生域が東方移動するという、多くのCMIP3/5参画気候モデルで意見が一致し、不確実性が低いと考えられる将来予測情報を抽出できたことは意義深い。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

特に記載すべき事項はない。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない。
## 7 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) S. YOKOI, C. TAKAHASHI, K. YASUNAGA, and R. SHIROOKA: SOLA, 8, 137–140 (2012)

“Multi-model projection of tropical cyclone genesis frequency over the western North Pacific: CMIP5 results”

2) S. YOKOI and Y. N. TAKAYABU: J. Climate, 26, 973–987 (2013)

“Attribution of decadal variability in tropical cyclone passage frequency over the western North Pacific: A new approach emphasizing the genesis place of cyclones”

3) S. YOKOI, Y. N. TAKAYABU, and H. MURAKAMI: J. Climate, 26, 4096–4101 (2013)

“Attribution of projected future changes in tropical cyclone passage frequency over the western North Pacific”

4) K. YASUNAGA, T. NASUNO, H. Miura, Y. N. TAKAYABU, and M. YOSHIZAKI: J. Meteor. Soc. Japan, 91A, 217–229 (2013)

“Afternoon precipitation peak simulated in an aqua-planet global non-hydrostatic model (aqua-planet-NICAM)”

5) T. MIYAKAWA, S. YOKOI, N. HIROTA, S. HIRAHARA, T. INOUE, and Y. N. TAKAYABU: J. Meteor. Soc. Japan, 91, 305–321 (2013)

“A summer Eastern Asian metric for CMIP3 climate models: an iterative selection method”

6) C. TAKAHASHI and R. SHIROOKA: J. Geophys. Res., 119, 10663–10683 (2014)

“Storm track activity over the North Pacific associated with the Madden-Julian Oscillation under ENSO conditions during boreal winter”

7) S. YOKOI: J. Climate, 28, 793–808 (2015)

“Multireanalysis comparison of variability in column water vapor and its analysis increment associated with Madden-Julian oscillation”

## くその他誌上発表（査読なし）>

1）横井覚、吉村純：日本に近づく台風の変化、公益社団法人日本気象学会地球環境問題委員会編、91-92（2014）

「地球温暖化ーそのメカニズムと不確実性ー」

## （2） 口頭発表（学会等）

1) S. Yokoi, Y. N. Takayabu, and H. Murakami: AOGS-AGU Joint Assembly 2012, Singapore, 2012

“Attribution of multi-model future projection of tropical cyclone passage frequency over the western North Pacific basin”

2) C. Takahashi, K. Yoneyama, and R. Shirooka: AOGS-AGU Joint Assembly 2012, Singapore, 2012

“Ocean impact on the MJO observed in the south Indian Ocean for the fall and winter of 2011”
3) K. Yasunaga: AOGS-AGU Joint Assembly 2012, Singapore, 2012

“Cross-equatorial Disturbances Observed Over the Tropical Indian Ocean During CINDY”

5）佐藤尚毅、城岡竜一：日本気象学会2012年秋季大会（2012）

7）安永数明、日本気象学会 2012 年度秋季大会（2012）

8) C. Takahashi and R. Shirooka: 2012 AGU Fall Meeting, San Francisco, 2012

“ENSO dependency of the North Pacific synoptic eddy activity associated with MJO during the boreal winter”

9) K. Yasunaga: 2012 AGU Fall Meeting, San Francisco, 2012

10) C. Takahashi, K. Yoneyama, and R. Shirooka, MJO Field Data and Science Workshop, Hawaii, USA, 2013

“Characteristics of meso-synoptic scale convective systems associated with the MJO observed in CINDY /DYNAMO 2011”

11) K. Yasunaga, MJO Field Data and Science Workshop, Hawaii, USA, 2013

“Formation and Development of Transient Eddies within an MJO”

Intercomparisons for Future Projections of Precipitation and Climate in Asia, Tsukuba, Japan, 2013

“An evaluation of the reproducibility of the Madden-Julian oscillation in the CMIP5 multi-models.”

13) S. Yokoi, Y. N. Takayabu, and H. Murakami, International Workshop on CMIP5 Model Intercomparisons for Future Projections of Precipitation and Climate in Asia, Tsukuba, Japan, 2013

“Attribution of projected future changes in tropical cyclone passage frequency over the western North Pacific”

14) C. Takahashi and R. Shirooka, International Workshop on CMIP5 Model Intercomparisons for Future Projections of Precipitation and Climate in Asia, Tsukuba, Japan, 2013

“Intraseasonal variability of the North Pacific storm track associated with the MJO during the boreal winter in CMIP5 models”

15）佐藤尚毅：日本気象学会2013年度春季大会（2013）

「台風の中心付近での海面水温の低下が台風に与える影響」

16）佐藤尚毅、城岡竜一：日本気象学会2013年度春季大会（2013）「CMIP5マルチ気候モデルデータにおけるMJ0の再現性」
17）高橋千陽、城岡竜一：日本気象学会2013年度春季大会（2013）

「冬季 MJO に伴う北太平洋域ストームトラック変動の CMIP5 マルチ気候モデル再現性と将来変化予測」

18）佐藤尚毅、城岡竜一：日本海洋学会2013年度秋季大会（2013）

「台風の中心付近での海面水温の低下が台風に与える影響」

「JRA-55 再解析を用いた熱帯季節内変動の水蒸気収支解析」

20）高橋千陽、城岡竜一：日本気象学会2013年度秋季大会（2013）「冬季東アジア域における降水量変動に対するMJOの影響」

21）佐藤尚毅、城岡竜一：日本気象学会2013年度秋季大会（2013）

22）安永数明：日本気象学会2013年度秋季大会（2013）

「CINDY期間中のHSRLとCALIPSO搭載ライダーによる観測プロファイルの比較」

23）安永数明：日本気象学会2013年度秋季大会（2013）

「MJO 内部の総観規模スケールの渦擾乱による水蒸気輸送」

24) S. Yokoi: 2013 AGU Fall Meeting, San Francisco, USA, 2013

“Precipitable water vapor budget associated with MJO represented in newly-released JRA-55 reanalysis data”

25) C. Takahashi and R. Shirooka: 2013 AGU Fall Meeting, San Francisco, USA, 2013

Pacific related to the MJO during boreal winter under global warming"

26) K. Yasunaga: 2013 AGU Fall Meeting, San Francisco, USA, 2013

“Moisture Transport by Transient Eddies within an MJO”

27) S. Yokoi, Y. N. Takayabu, and H. Murakami: The 2nd International Workshop on CMIP5 Model Intercomparisons for Future Projections of Precipitation and Climate in Asia, Tokyo, Japan, 2014

“Attribution of projected future changes in tropical cyclone passage frequency over the western North Pacific”

28) C. Takahashi and R. Shirooka: The 2nd International Workshop on CMIP5 Model Intercomparisons for Future Projections of Precipitation and Climate in Asia, Tokyo, Japan, 2014

“Changes in storm activity in North Pacific related to the MJO during boreal winter under global warming.”

29) N. Sato and R. Shirooka: The 2nd International Workshop on CMIP5 Model Intercomparisons for Future Projections of Precipitation and Climate in Asia, Tokyo, Japan, 2014

“An evaluation of the reproducibility of the Madden-Julian oscillation in the CMIP5 multi-models.”

30) S. Yokoi: AMS 31st Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology, San Diego, USA, 2014