Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
域に生起する大気海洋結合現象、特に日本の天候に密接に関連する春から夏にかけての季節進行に着目して研究を行った。夏季モンスーンの季節平均場の再現性に関するメトリックを作成し、領域気候モデルを用いた梅雨前線の温暖化予測など、日本周辺域での高精度の温暖化予測に貢献しうる情報を提示した。その上で、温暖化時に見られる広域モンスーンの開始の遅延を、熱帯対流圏の中上層での凝結熱加熱の増加に起因する、北高南低の気温勾配の出現の遅延と関連付けて論じた。また、既存研究で指摘されていた梅雨開けの遅延については、西部北太平洋域で発現する7月中・下旬の対流ジャンプ現象が、現在に比べて10日前後遅れること、また対流活発域が南東方向にシフトすることが原因であることを明らかにし、その背景として温暖化時の海面水温がエルニーニョ型の昇温パターンを呈することを、実験的に示した。以上指摘したような研究成果は、従来のマルチ気候モデルによる温暖化研究に新たな知見を加えるものである。さらに、赤道太平洋の降水量の空間分布やその季節変化の再現性の向上が、ENSOの遷移プロセスにおいて重要であることを示すなど、気候モデルの今後の改良に役立ちうる情報を提供した。

## （２）環境政策への貢献

アジアモンスーンの現在気候再現性について求めたメトリックは、個々のモデルにおけるアジアモンスーンの将来変動に関する信頼度情報として利用でき、温暖化予測情報の不確実性を低減させるための資料として活用できる。今後、投稿論文や学会発表など国内外での情報交換などにより、アジアモンスーン地域における、より不確実性の小さい地球温暖化予測情報や、アジア地域の水資源変動などの影響評価に利用されるよう、成果の広報・普及に努める。

### 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) Inoue, T. and H. Ueda (2009): Evaluation for the seasonal evolution of the summer monsoon over the Asian and western North Pacific sector in the WCRP CMIP3 multi-model experiments. J. Meteor. Soc. Japan, 87, 539–560.

2） 植田宏昭（2009）：気候研究におけるデータ解析の意義と今後の課題．天気，56，434-440.

3) Ohba, M. and H. Ueda (2009): Seasonally different response of the Indian Ocean to the remote forcing of El Niño: Linking the dynamics and thermodynamics. SOLA, 5, 176–179.

4) Kamae, Y. and H. Ueda (2009): Suppressant effect of instantaneous $ CO_{2} $ doubling on global precipitation. Tsukuba Geoenvironmental Sciences, 5, 11–16.

5) Kawase, H., T. Yoshikane, M. Hara, F. Kimura, T. Yasunari, B. Ailikun, H. Ueda, and T. Inoue (2009): Intermodel variability of future changes in the Baiu rainband estimated by the pseudo global warming downscaling method. J. Geophys. Res., 114, D24110. doi:10.1029/2009JD011803.

6) Ohba, M., D. Nohara, and H. Ueda (2010): Simulation of asymmetric ENSO transition in
WCRP CMIP3 multimodel experiments. J. Climate, 23, 6051–6067.

7) Ohba, M. and H. Ueda (2010): A GCM study on effects of continental drift on tropical climate at the early and late Cretaceous. J. Meteor. Soc. Japan, 88, 869-881.

8) Inoue, T. and H. Ueda (2011): Delay of the first transition of Asian summer monsoon under global warming condition. SOLA, 7, 81-84.

9) Yokoi, S., Y. N. Takayabu, K. Nishii, H. Nakamura, H. Endo, H. Ichikawa, T. Inoue, M. Kimoto, Y. Kosaka, T. Miyasaka, K. Oshima, N. Sato, Y. Tsushima, and M. Watanabe (2011): Application of cluster analysis to climate model performance metrics. J. Appl. Meteor. Climatol., 50, 1666–1675.

10) Kamae, Y., H. Ueda and A. Kitoh (2011): Hadley and Walker circulations in the mid-Pliocene warm period simulated by an atmospheric general circulation model. J. Meteor. Soc. Japan, 89, 475-493.

11) Ueda, H., H. Kuroki, M. Ohba, and Y. Kamae (2011): Seasonally asymmetric transition of the Asian monsoon in response to ice age boundary conditions. Clim. Dyn., 37, 2167–2179.

12) Nishii, K., T. Miyasaka, H. Nakamura, Y. Kosaka, S. Yokoi, Y.N. Takayabu, H. Endo, H. Ichikawa, T. Inoue, K. Oshima, N. Sato, and Y. Tsushima (2012): Relationship of the reproducibility of multiple variables among global climate models. J. Meteor. Soc. Japan, in press.

13) Adachi, S.A., F. Kimura, H. Kusaka, T. Inoue, and H. Ueda (2012): Comparison of the impact of global climate changes and urbanization on summertime future climate in the Tokyo metropolitan area. J. Appl. Meteor. Climatol, in press.

<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) 釜江陽一，植田宏昭：夏季アジアモンスーン域における降水効率の変動予測．日本気象学会2007年度秋季大会，札幌，2007年10月.

2）井上知栄，植田宏昭：アジアモンスーン地域における気候変動とその将来予測．気候影響・利用研究会，つくば，2007年11月.

3）井上知栄，植田宏昭：CMIP3マルチ気候モデルにおけるアジアモンスーンの再現性比較．日本気象学会2008年度春季大会，横浜，2008年5月.

4）井上知栄，植田宏昭：CMIP3マルチ気候モデルにおける夏季アジアモンスーン季節進行の再現性比較，日本気象学会2008年度秋季大会，仙台，2008年11月.

5) 釜江陽一，植田宏昭： $ CO_{2} $ 倍増による全球降水抑制効果．日本気象学会2008年度秋季大会，仙
台，2008年11月.

6) 富永晶子，植田宏昭：地球温暖化に伴う西部北太平洋モンスーンと梅雨明けの変化．日本気象学会2008年度秋季大会，仙台，2008年11月.

7) Inoue, T. and H. Ueda: Comparison of the seasonal evolution of the summer monsoon over the Asian and western north Pacific sector in the WCRP CMIP3 multi-model experiments. International Workshop on Global Change Projection: Modeling, Intercomparison, and Impact Assessment jointly with 2nd International Workshop on KAKUSHIN Program, Yokohama, Japan, February 2009.

8) 井上知栄，植田宏昭：IPCC-AR4マルチモデルにおけるアジア・西部北太平洋域の夏季モンスーン季節進行の再現性比較．2009年日本地理学会秋季学術大会，沖縄県中頭郡西原町，2009年10月.

9) 井上知栄，植田宏昭：CMIP3マルチ気候モデルにおける夏季アジアモンスーン循環の季節変化再現性とその将来変化．日本気象学会2009年度秋季大会，福岡，2009年11月.

10）植田宏昭：モンスーンの形成と変動における山岳と陸面の役割．日本気象学会2010年度春季大会，東京，2010年5月.

11）足立幸穂，木村富士男，日下博幸，植田宏昭，井上知栄：2070年代における首都圈夏季の将来都市気候予測．日本気象学会2010年度春季大会，東京，2010年5月.

12) Adachi, S.A., F. Kimura, H. Kusaka, T. Inoue, and H. Ueda: Comparison of impacts between global climate change and urbanization on future urban climate in Tokyo metropolitan area. International Workshop on Urban Climate Projection for better Adaptation Plan, Tsukuba, Japan, June 2010.

13) Adachi, S.A., F. Kimura, H. Kusaka, H. Ueda, and T. Inoue: Comparison of impacts between global climate change and urbanization on future urban climate in Tokyo metropolitan area. The Ninth Symposium on the Urban Environment, Keystone, USA, August 2010.

14）井上知栄，植田宏昭：温暖化時の梅雨明けと広域SST昇温パターンとの関係．日本気象学会2010年度秋季大会，京都，2010年10月.

15）植田宏昭：アジアモンスーンの成立と変動における熱帯の役割．日本気象学会2011年度春季大会，東京，2011年5月.

16) Ueda, H.: Similarities and differences in driving force of the monsoon with a 'past and future' lens. The 25th International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) General Assembly, Melbourne, Australia, June 2011.

17) Inoue, T. and H. Ueda: Changes of the seasonal evolution of the Asian summer monsoon under global warming condition in the CMIP3 multi-model experiments. The 25th International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) General Assembly, Melbourne, Australia, June 2011.

18）植田宏昭：モンスーンの将来予測と古気候モデルングの接点．日本地理学会2011年秋季学術大会，大分，2011年9月.

19) Ueda, H.: A comparison look at driving forces of the Asian monsoon between colder and warmer climate. The fifth Korea-Japan-China joint conference on meteorology, Busan,
Korea, October 2011.

20）井上知栄，植田宏昭：温暖化時の梅雨明けとSST昇温パターンに関するAGCM実験．日本気象学会2011年度秋季大会，名古屋，2011年11月.

21）風間沙都美，植田宏昭，釜江陽一：温暖化に伴う南アジア域における冬季降水量の減少要因.日本気象学会2011年度秋季大会，名古屋，2011年11月.

22）植田宏昭：寒冷・温暖な気候条件下におけるモンスーン循環の駆動力．日本気象学会2011年度秋季大会，名古屋，2011年11月.

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない。

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## (6) その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

1) 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.

2) Li, C. and M. Yanai (1996): The onset and interannual variability of the Asian summer monsoon in relation to land-sea thermal contrast. J. Climate, 9, 358-375.

3) Ohba, M. and H. Ueda (2009): Role of nonlinear atmospheric response to SST on the asymmetric transition process of ENSO. J. Climate, 22, 177–192.

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

5) Ueda, H., A. Iwai, K. Kuwako, and M. E. Hori (2006): Impact of anthropogenic forcing on Asian summer monsoon as simulated by eight GCMs. Geophys. Res. Lett., 33, L06703. doi:10.1029/2005GL025336.

6) Ueda, H., M. Ohba, and S.-P. Xie (2009): Important factors for the development of the Asian-Northwest Pacific summer monsoon. J. Climate, 22, 649-669.
S-5 地球温暖化に係る政策支援と普及啓発のための気候変動シナリオに関する総合的研究

2. マルチ気候モデルにおける諸現象の再現性比較とその将来変化に関する研究

(6) 熱帯大気海洋相互作用現象の再現性とその将来変化に関する研究

（独）海洋研究開発機構地球環境変動領域

熱帯気候変動研究プログラム

城岡竜一・米山邦夫・佐藤尚毅・清木亜矢子

<研究協力者>

（独）海洋研究開発機構地球環境変動領域

熱帯気候変動研究プログラム

高橋千陽

平成19～23年度累計予算額：53,358千円

（うち、平成23年度予算額：9,200千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 気候モデルにおける、熱帯域の大気海洋相互作用現象の再現性を定量的に評価することを目的とし、熱帯域の大気海洋結合系の現象として特徴的な、エルニーニョに密接な関係がある西風バースト（WWB）や季節内振動（MJO）に着目し、観測データとの比較及び現在気候モデル間、温暖化シナリオ実験間の比較を行った。WWBに関しては、現在気候実験において西太平洋のWWBがエルニーニョ前に適切に発生しているモデルで、背景風の経年変動やエルニーニョの再現性が高いことがわかった。また、温暖化実験では、東部太平洋でのWWBが増えるモデルでは温暖化の傾向が強いことが示された。MJOに関しては、気候平均の海面水温（SST）の再現性の良し悪しが、MJOの再現性に有意に相関することが示され、MJOの再現における基本場や大気海洋結合の重要性が示唆された。熱帯域と東アジア域の対流活動との関連は、MJOが比較的良く再現されているモデルで顕著であり、温暖化時にも遠隔効果がみられたが、MJOそのものの再現において、全体的に見れば十分な精度を持っているとは言えなかった。これらは、東アジア域の気候変動予測にとっては、MJO等、熱帯域現象の将来変化が適切に予測されることの重要性を意味していた。

[キーワード] 温暖化、マルチモデル比較、熱帯大気海洋相互作用、季節内振動、西風バースト

### 1. はじめに

地球温暖化に伴う環境変化が具体的にどのような現象として発現し得るかを知ることは重要な課題である。そのため、数多くの気候モデルを用いたシミュレーションが行われ、政府間気候変動パネル（IPCC）の第4次報告書（AR4）にも新しい知見が集約された。しかし、気候モデルには、物理プロセスの表現などに、観測できないために未知である要素や原理的に表現しきれない要素が含まれるため、必ずしも十分なシミュレーションができている訳ではなく、モデル間のばらつきが存在する。
この課題では、熱帯域の大気海洋相互作用に着目し、これまでに実践してきた集中観測等のデータに加え、衛星観測や全球気象データの解析から、熱帯域の大気海洋相互作用に本質的な季節内振動（MJ0）の再現性を評価する際のメトリック（スキルスコア）の作成法を考案し、MJ0に関連する諸現象の再現性と将来変化予測の検討を行った。また、日本を含む東アジア域への影響にも着目し、アジアメトリックの作成に貢献すると共に、熱帯域から東アジア域への遠隔影響（テレコネクション）についても調査した。

## 2 ．研究開発目的

熱帯域における主要な大気海洋相互作用現象として、エルニーニョ・南方振動（ENSO）があげられるが、このエルニーニョに影響を与える大気擾乱のひとつとして、西風バースト（WWB）と呼ばれる現象がある。WWBは赤道上に強い西風が数日〜数週間にわたって吹く総観規模の現象であるが、その風応力が海洋波を励起することから、長周期現象であるエルニーニョの開始・維持に影響を与えることが指摘されている。本研究では、まず現在気候におけるWWBの再現性とENSO・MJOとの関係について解析し、WWB発生の将来変化について調査する。

一方、MJ0自体も熱帯海洋上での数10日スケールでの対流活動の変動であり、熱帯域の気象場の主要な変動モードであるが、中緯度域で卓越する温帯低気圧に比べると、そのメカニズムの解明は十分ではなく、多くの気候モデルにおいてMJ0の再現性が不十分であることが報告されている(Lin et al. 2006) $ ^{3)} $ 。よって、気候予測モデルにおけるMJ0の再現性を定量的に検証し、温暖化の強さとの相関を調べる。

また、北半球冬季にはMJOの東進に伴って日本を含む東アジア域の対流活動も変化することが知られている(Kim et al. 2006 $ ^{2} $ )など）。MJOが熱帯インド洋に存在するとき、東アジア域の対流活動は活発化し、海大陸～西太平洋に存在するときは不活発になる。このような熱帯域と東アジア域のテレコネクションについても再現性と将来変化を調査する。

これら、熱帯域の大気海洋相互作用現象の解析により、気候モデルによる現在気候再現性の評価と検証を行い、温暖化予測の信頼性向上につなげることを目的とする。

### 3. 研究開発方法

WWB の現在気候における再現性と将来変化を調査するために、IPCC AR4 において各国が大気海洋結合モデルを用いて計算したデータを用いた。その中でも、日別地上風データと月別海面水温データのある18個のモデルを調査した。現在気候のデータとして20世紀再現実験データを、将来気候のデータとして温暖化実験（A1B）データを用いた。解析期間は、現在気候については1979年～2000年、将来気候は2081年～2100年までとした。また、比較するデータとして、気象庁の客観解析データ（JRA-25，1.25度グリッド）と米国海洋大気庁（NOAA）の最適内挿海面水温（OISST，1.0度グリッド）、外向き長波放射（OLR，2.5度グリッド：対流活動の指標）を用いた。

先行研究(Seiki and Takayabu, 2007) $ ^{4)} $ におけるWWBは、組織的に広がる強い西風域を捕らえるために、季節変動気候値からの西風偏差が $ 5ms^{-1} $ 以上の領域が経度10度以上、2日以上持続するものとして定義された。しかし、各モデルの東西風偏差の標準偏差は、多くのモデルにおいて客観解析よりも値が小さいため、各モデルにおけるWWBの閾値は、JRA-25から算出された標準偏差を元に標準化された値を用いた。温暖化実験データにおいても、将来気候における季節変動気候値
からの偏差を用いた各モデルにおける標準偏差を基に WWB を定義した。また、MJO 対流との関係をみるために、OLR には季節内規模（20−100 日）を対象としたバンドパスフィルターを施した。

MJOの再現性に関しては、日別の降水量の観測データを用いて、赤道上における東西-時間スペクトルを解析し、東西波数1-3、周期32-64日付近に赤道ケルビン波とは分離された東進成分の極大が現れることを確かめた。そのうえで、数値モデルにおいて再現された、MJOに対応する降水の変動を、観測との比較、MJO再現性の高いモデルと低いモデルの比較という観点で解析した。はじめに、Lin et al. (2006) $ ^{3)} $ に従って、各モデルに関して、赤道域における降水の東西-時間スペクトルを解析した。Wheeler and Weickmann (2001) $ ^{6)} $ などを参考に、東西波数1-6、周期30-70日の成分をMJO成分と定義した。このように定義した、降水のMJO成分の東経85°における値に対して、降水、地上風、気温、湿度場の回帰を計算した。ここでは、MJOに伴う偏差場の空間構造に注目し、観測と整合的な結果が得られているか検証した。まず、日降水量データにおいて、MJO成分の水平分布を調べた。こうして得られたMJO成分の強さと分布形に関して、Taylor (2001) $ ^{5)} $ の方法でスキルスコアを計算した。次に、MJOに伴う地上風や、その収束・発散の水平分布、非断熱加熱の鉛直分布を調べた。さらに、MJOの再現性と、海面水温(SST)などの基本場の再現性との関係を調査した。

また、MJ0の再現性とA1Bシナリオにおける温暖化の強さとの相関も調べ、MJ0に関係するインド洋および西太平洋域の対流活動の変動と冬季東アジアモンスーンの変動との関連も解析した。冬季東アジアモンスーンの変動として、温度場、寒気の吹き出し、降水などに注目したが、冬季の降水はおもに低気圧活動によってもたらされることを考慮し、短周期じょう乱に伴う熱輸送や気圧場の変動も解析し、低気圧活動の強さの変動にも注目した。

MJOと東アジア域との関係については、MJOの卓越周期・東西波数でフィルターした日別OLR値をMJO対流シグナルとし、Taylor（2001） $ ^{5)} $ に基づいて、北半球冬期における熱帯域(南緯10°～北緯10°，東経50～200°）でのMJO対流シグナルのスキルスコアを求めた。MJO対流シグナルを、熱帯インド洋(南緯10°～北緯10°，東経50～100°）で平均した値をMJO indexと定義した。MJO indexに対する大気日別データのラグ回帰解析を行った。中緯度帯の波活動フラックスを抽出するために、周期10～80日でフィルターをかけた300hPa流線関数を用いた。MJOとENSO将来変化の関係を調べる為に、エルニーニョ発生のひとつの指標であるNiño 3領域(南緯10°～北緯10°，西経150～90°）で平均したSST偏差の5ヶ月移動平均値で定義したENSO index（ENSO振幅）を用いた。

## 4 ．結果及び考察

## （１）WWBの再現性と将来変化について

AR4で報告された各モデルにおけるENSOの振幅はばらついており、全てにおいて忠実に再現できているモデルはみられないことが報告されている。そのENSOへ影響を与えるWWBの分布については、大まかにはどのモデルでも1年を通して暖水の存在するインド洋から太平洋の間で検出され、客観解析と整合的な結果が得られた。しかし、海面水温の空間分布や、WWBが頻発するENSO位相に関して、各モデル間で大きな差がみられた（図(6)-1）。

客観解析において、西太平洋でのWWB頻度はエルニーニョの数ヶ月前の位相において上昇し、このWWBがエルニーニョのきっかけとなる可能性があることが知られている。そのため、WWB発生頻度はENSOと有意なラグ相関があり、西太平洋WWBはエルニーニョに数ヶ月先行して、東部太平洋WWB
はエルニーニョと同時期に高い値を持つことが報告されている。このようなラグ相関の地域差は、WWB発生域がエルニーニョの発達に伴って西から東へ移動していく特徴を示している（図(6)-1a参照）。モデルの中には客観解析と似た特徴を表すものもあったが、ほとんどのモデルでは全く相関がないか、相関が出ても西太平洋WWBのみで、しかもENSO位相との有意なラグ（時間差）のみられないものが多かった。

(a)観測（客観解析）

(b)再現性の良いモデル

(c)再現性の悪いモデル

図(6)-1 観測とモデルにおける海面水温の年々変動。○はWWBが発生した日時と経度を示す。

この結果は、モデル内でのENSOの再現性とも一部関係している。全く相関の出ないモデルでは、ENSOに伴うSSTの振幅が観測に比べて著しく小さいものがみられ、また、西太平洋での同時相関のみ（エルニーニョに先行しない）というモデルでは、観測のようにエルニーニョ時の暖水域が日付変更線まで伸張していないものがみられた。一方で、WWBの再現性の良いモデルでも、ENSOの振幅が大きすぎたり周期が短かったりと一様ではなかった。このラグ相関係数を基に作成したWWB指標とENSO再現性指標との間の相関係数は0.80であり、99%の有意水準を超えている。つまり、西太平洋におけるWWBがエルニーニョ前の位相で適切に発生しているモデルは、ENSOの再現性が良いということである。このように、WWBの再現性はENSOの再現性に大きく影響を与えていることがわかる。一方で、WWB発生には背景風の変動が影響しており、西風背景場において頻発することが知られている。先に述べたWWB指標と、西太平洋における背景東西風の変動とNiño3領域のSST偏差との間のラグ相関係数から導き出した背景風指数との相関係数は0.54であり、95%の有意水準を大きく超える。つまり、西太平洋における背景風がNiño3領域のSSTに伴って現実的に変動しているモデルでは、WWBが適切な時間・場所で発生し、エルニーニョに対して効果的に影響を与えていることを示唆している。

また、客観解析においてWWBはMJOのような東進する大規模対流から発生することが多い。モデルにおける対流活動とWWBとの関係を調べるため、WWBが発生した経度・時間を基準としたコンポジット解析を行った。その結果、各モデルにおけるWWBは活発な対流活動とともに発生していた。しかし一方で、その対流をもたらす季節内規模擾乱は様々であった。図(6)-2は季節内周期のバンドパスフィルターをかけたOLRの時間－経度断面図を示す。横軸はWWB発生経度からの相対経度を、
縦軸はWWB発生日からの相対日を示す。衛星観測(図(6)-2a)からわかるように、WWBの発生日(縦軸の0)前には、WWB発生域（横軸の0）に向かって東進する活発な対流域が、その後には対流抑制域が東進している様子がみられる。一部のモデルでは観測データと似た特徴を表すものもあるが（図(6)-2b）、東進速度が速すぎるもの、西進擾乱と関連しているもの(図(6)-2c)、そもそも波動擾乱がみられないもの(図(6)-2d)など様々であった。このようなモデル間のばらつきは、WWB発生頻度とENSOとの関係でもみられたが、その際再現性のよかったモデルとは必ずしも一致しない。そのひとつの要因として、MJO－WWB関係において再現性のよかった一部のモデルは一方でSSTの絶対値が明らかに低くENSOがよく再現できていないなど、再現性の良し悪しには大気海洋の様々な要因が混在していることが示唆された。

(a)衛星観測

(b)東進対流モデル

(c)西進対流モデル

(d)波動擾乱無しモデル

図(6)-2 OLR（カラー）と季節内規模のフィルターをかけたOLR（コンター）のコンポジット図。実線（破線）は負（正）の値を示し、対流活動が活発である（抑制されている）ことを示す。カラーは95%以上の有意水準を満たすもののみ表示している。横軸はWWB発生経度からの相対経度を、縦軸はWWB発生日からの相対日を示す。

これまで行ってきた20世紀再現実験を用いた研究では、西太平洋におけるWWBがエルニーニョ前の位相において適切に発生しているモデルでは、背景風の経年変動の再現性が良く、またエルニーニョの再現性も高いことがわかった。その一方で、WWB擾乱の源となる積雲群をもたらすMJOの再現性とエルニーニョ前に発生するWWBの再現性との間に有意な関係はみられなかった。

WWB と ENSO との関係の将来変化を調べるため、次に温暖化実験データの解析を行った。その結果、多くのモデルで東部太平洋上の WWB が増えることがわかった。これには、温暖化によりエルニーニョ時のような東部太平洋の海面水温上昇がおこり、現在気候よりも活発な対流活動が促進されたためであると考察される。また、現在気候において WWB の再現性が良かった 7 モデルにおける、温暖化後の東部太平洋 WWB の増減とエルニーニョ振幅の増減との間には関連性がみられた。つまり、東部太平洋 WWB の頻度が増加（減少）するモデルではエルニーニョの振幅も増大（減少）する傾向がある。これにより、温暖化時に東部太平洋で増加する WWB がエルニーニョの発達を促進している可能性が示唆された。
## （２）MJ0の再現性と将来変化について

図(6)-3に各モデル（aからwの23個）のMJ0の再現性スコアを示す。モデルによってかなりの差があることが分かる。全体的には気候モデルにおけるMJ0の再現性はよいとはいえないが、いくつかのモデルにおいては一定の再現性があることが分かる。モデルの設定とMJ0再現性を比較した結果、水蒸気収束型の対流スキームを用いたモデルで降水のMJ0成分の再現性がよいことが分かった。

MJO scores

図6−3 各モデルにおけるMJ0の再現性スコア。

次に、赤道、東経85°における降水変動のMJO成分に対する、降水、地上風の回帰場を、モデルごとに計算した。図(6)-4に観測(上)とモデル(s:マックス・プランク研究所のECHAM5)(下)における回帰場を示す。このモデルは、赤道域の日降水量の時間、東西スペクトルにおいて、MJO成分が特によく再現されていたモデルである。降水域やその西側で西風偏差が見られ、WWBなどのMJOに伴う構造を示していると考えられる。地上風の収束は、降水の極大よりも東側に見られる。これらの結果は、過去のいくつかの研究の結果と整合的であり、観測結果とも類似しているといえる。MJO成分が再現されているモデルにおいては、これらの傾向はある程度共通して見られる。全体に見れば、水蒸気収束型の対流スキームを用いたモデルは降水のMJO成分をよく再現している。しかし、再現されたMJOの構造を解析した結果、モデルでは地上風の収束が大きすぎることも分かった。

さらに、モデルにおいては、インド洋におけるMJO成分の極大が、海洋大陸や西太平洋における極大よりも相対的に小さく、また西にずれていた。これらの不整合はSSTのバイアスに対応している。MJO再現性の良し悪しが、気候平均SSTの再現性の良し悪しに有意に相関することも示された。最近の研究例においては、MJOのゆっくりとした東進に大気海洋結合がなんらかの形で関係していることが提案されている（たとえば、Flatau et al. 1997）¹。本研究のマルチモデル解析においても、MJOの再現における基本場や大気海洋結合の重要性が示唆された。なお、大気海洋結合の、ゆっくりした東進への寄与に関する理論的なメカニズムについては、これまで研究例がなかったが、本研究では浅水波方程式に大気海洋結合を線形化して組み込むことによって理論的な説明を試みている。

また、20世紀再現実験におけるMJO再現性と温暖化実験における昇温トレンドとの間には統計的に有意な正の相関が見られた(図(6)-5)。このことは、MJO再現性のよかったモデルだけを選択的に採用して温暖化予測を行なうと、すべてのモデルを用いた場合よりも、温暖化がより強くなることを意味している。しかし、MJO再現性と昇温トレンドとの間に相関が生じる原因については明らかにできていない。非断熱加熱の鉛直分布や大気海洋結合が関係している可能性が考えられるので、今後検証を進めていく必要がある。
図(6)-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(太線)と海上風(矢印)の回帰。上は観測(Global Precipitation Index (GPI)と気象庁JRA25客観解析)、中と下はMJO再現性が比較的良いモデル（r:ドイツECHO-Gとs:マックス・プランク研究所のECMH5）。等値線間隔は1mm/day、ゼロの等値線は省略。赤(青)線は発散(収束)を表し、等値線間隔は $ 0.2\times10^{-7}/s $ 。

図(6)-5 20世紀再現実験における各気候モデル（aからw）のMJ0の再現性スコア(横軸)と温暖化実験における低緯度域での昇温トレンド(縦軸)との関係。スコアの良い3モデルを大文字で示した。
## （３）熱帯対流と東アジア域との関係について

16個のマルチ気候モデルの20世紀再現実験データセットを用いて、北半球冬季の東アジアにおけるMJOのテレコネクション再現性を評価した。5モデル(BESTモデル)が、MJOによる東アジア域の対流活動のテレコネクションを高スキルで再現しており、他モデルよりMJO対流シグナルの強さを良く再現していることが分かった（図(6)-6）。波活動フラックスとロスビー波ソースの解析から、MJO対流によって励起された中緯度上層波列は、増幅しながらアジアジェットに沿って北東へ伝播し、東アジアの対流活動の変動に影響を与えることが示された。全てのモデルは、アジアジェット上の気候学的絶対渦度を良く再現しているが、中緯度波列とロスビー波ソースは、BESTモデルでのみ再現性が良かった。さらにBESTモデルのみが、熱帯から東アジア域への下層の水蒸気輸送を良く再現していた。これは特に、熱帯太平洋上のMJO対流抑制域において、冷却偏差に対するロスビー応答として形成される北太平洋高気圧性循環偏差が、BESTモデルでのみ良く再現されていることに起因する。

将来変化に関しては、MJO対流シグナルのスコアが比較的高い12モデルの温暖化実験データセットを用いて、北半球冬期におけるMJO及び、東アジアと北西太平洋域におけるMJOテレコネクションを調べた。インド洋域で平均したMJO対流シグナル振幅は、7モデル（MJO-plus モデル）で増加し、他の5モデル（MJO-minus モデル）で減少を示した。現在気候ではMJO対流シグナルと熱帯域のSSTパターン相関には有意な正の相関があることから、将来気候においてSST変化との関係を調べた。MJO-plusモデルは、ENSO振幅の増加を示した。MJO-plusモデルにおける冬期SST変化は、MJO-minusモデルよりもよりEl Nino的な変化を示しており、かつ正のインド洋ダイポールモードに似た増加パターンを示した。MJO-plus モデルでは、熱帯インド洋西部～中部のMJO対流シグナルの増加により、東アジアの対流活動も増加すると予測される。さらにMJO-plusモデルでは、中緯度域の亜熱帯ジェットに沿って波列をなす上層循環偏差が、熱帯インド洋西部～中部域のMJO対流と上層発散風強化に伴って、より増幅する（図(6)-7）。MJO-plusモデルでは、さらに熱帯から日本の南域へかけての下層の熱・水蒸気輸送の増加を示す（図(6)-8）。これらの増加は、結果として東アジア域の対流活動強化に繋がることが示された。上記のような変化は、MJO-minusモデルでは見られなかった。

(a) 観測

(b) 現在気候実験

図(6)-6 熱帯インド洋MJ0-東アジア域の対流テレコネクションの再現性。(a)観測、(b)5つのBEST モデル合成図を示す。
図(6)-7 MJO-plusモデルにおける、200hPa 発散偏差(カラー)、300hPa流線関数偏差（コンター）と波活動フラックス（ベクトル）の MJO indexに対する回帰。(a)観測、(b)現在気候、(c)将来気候。

図(6)-8 図(6)-7と同様。ただし、850hPa 比湿偏差(カラー)、流線関数偏差（コンター）、水平風偏差（ベクトル）。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

気候予測モデルにおける熱帯域の大気海洋相互作用現象再現性を定量的に評価し、再現性の高いモデルに共通する特徴や、再現された現象が持つ系統的な誤差を明らかにした。この誤差の中には、SST分布や下層風の収束等、熱帯域の対流活動にとって本質的に重要な要素も含まれており、MJO等の将来変化を知るためにはMJO再現性の高いモデルを用いる必要がある一方で、見掛け上、MJOの再現性が高くても、完全な信頼性を持っているとは言えないことが示された。また、中緯度東アジア域の気候変動予測にとって、熱帯域の現象の再現性と将来予測の重要性が確認された。

## （２）環境政策への貢献

熱帯域の大気海洋相互作用現象の再現性を評価することにより、マルチモデルの相互比較を客観的に行い、東アジア域においても、より信頼性の高い将来予測を提示することが可能とな
る。今後、他のテーマと共同して、より一層の成果の広報・普及に努める。

## 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) Seiki, A., Y. N. Takayabu, K. Yoneyama, N. Sato, and M. Yoshizaki (2009): The oceanic response to the Madden-Julian Oscillation and ENSO. SOLA, 5, 93-96.

2) Sato, N., C. Takahashi, A. Seiki, K. Yoneyama, R. Shirooka, and Y. N. Takayabu (2009): An evaluation of the reproducibility of the Madden-Julian oscillation in the CMIP3 multi-models. J. Meteor. Soc. Japan, 87(4), 791-805.

3) Sato, N., K. Yoneyama, Y.N. Takayabu, R. Shirooka, and M. Yoshizaki (2010): Variability of oceanic surface and subsurface layers associated with the northward-propagating intraseasonal variability. Deep-Sea Res. II, 57, 1201-1211.

4) Seiki, A., Y. N. Takayabu, K. Yoneyama, and R. Shirooka (2010): The impact of trade surges on the Madden-Julian Oscillation under different ENSO conditions. SOLA, 6, 49–52.

5) Seiki, A., Y. N. Takayabu, T. Yasuda, N. Sato, C. Takahashi, K. Yoneyama, and R. Shirooka (2011): Westerly wind bursts and their relationship with ENSO in CMIP3 models. J. Geophys. Res., 116, D03303.

6) Yokoi, S., Y. N. Takayabu, K. Nishii, H. Nakamura, H. Endo, H. Ichikawa, T. Inoue, M. Kimoto, Y. Kosaka, T. Miyasaka, K. Oshima, N. Sato, Y. Tsushima, and M. Watanabe (2011): Application of cluster analysis to climate model performance metrics. J. Appl. Meteor. and Clim., 50, 1666–1675.

7) Takahashi, C., N. Sato, A. Seiki, K. Yoneyama, and R. Shirooka (2011): Projected future change of MJO and its extratropical teleconnection in East Asia during the northern winter simulated in IPCC AR4 models. SOLA, 7, 201-204.

8) Takahashi, C., K. Yoneyama, N. Sato, A. Seiki, R. Shirooka, and Y.N. Takayabu (2012): The Madden-Julian Oscillation and extratropical teleconnection over East Asia during the Northern winter in IPCC AR4 climate models, J. Meteor. Soc. Japan, 90A, 361-371.

9) Nishii, K., T. Miyakawa, H. Nakamura, Y. Kosaka, S. Yokoi, Y. N. Takayabu, H. Endo, H. Ichikawa, T. Inoue, K. Oshima, N. Sato, and Y. Tsushima (2012): Relationship of the reproducibility of multiple variables among global climate models. J. Meteor. Soc. Japan, 90A, 87-100.
<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）佐藤尚毅，清木亚矢子，米山邦夫，城岡竜一，高薮縁，吉崎正憲：IPCC AR4気候モデルにおける、MJOに伴う下層の力学、熱力学場の再現性．2007年度日本気象学会秋季大会，札幌，2007年10月.

2) Seiki, A., Y. N. Takayabu, H. Kubota, H. Yamada, K. Yoneyama, R. Shirooka, and M. Yoshizaki: Synoptic-scale disturbances embedded in the Madden-Julian Oscillation computed under the different ENSO phases. 28th Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology, Orlando, USA, April 2008.

3）清木亜矢子，高薮縁，佐藤尚毅，高橋千陽，米山邦夫，城岡竜一，吉崎正憲：IPCC AR4モデルにおける西風バースト発生状況とENSOとの関係．2008年度日本気象学会春季大会，横浜，2008年5月.

4）佐藤尚毅，米山邦夫，城岡竜一，高薮縁，吉崎正憲：IPCC AR4気候モデルで再現されたMJOの構造．2008年度日本気象学会春季大会，横浜，2008年5月.

5）佐藤尚毅，城岡竜一，高綾縁，吉崎正憲：MJOに伴う海洋上層の変動．2008年度日本海洋学会秋季大会，呉，2008年9月.

6）佐藤尚毅，城岡竜一，吉崎正憲，高薮縁：北半球夏季の北進する季節内変動の定量的解析.2008年度日本地理学会，盛岡，2008年10月.

7）佐藤尚毅，米山邦夫，城岡竜一，吉崎正憲：IPCC AR4気候モデルで再現されたMJOに伴う大気海洋結合．2008年度日本気象学会秋季大会，仙台，2008年11月.

8）清木亜矢子，高薮縁，佐藤尚毅，米山邦夫，吉崎正憲：熱帯季節内変動に対する海洋応答とENSO位相．2008年度日本気象学会秋季大会，仙台，2008年11月.

9）佐藤尚毅，米山邦夫，城岡竜一，高綾縁，吉崎正憲：IPCC AR4気候モデルで再現されたMJ0の構造．2009年度日本気象学会春季大会，つくば，2009年5月.

10) Seiki, A., Y. N. Takayabu, K. Yoneyama, N. Sato, and M. Yoshizaki: The oceanic response to the Madden-Julian Oscillation and ENSO. MOCA-09 (IAMAS), Montreal, Canada, July 2009.

11) 佐藤尚毅，米山邦夫，城岡竜一，吉崎正憲，高薮縁：暖水域を北進する季節内変動に伴う海洋上層の変動．2009年日本海洋学会秋季大会，京都，2009年9月.

12) 佐藤尚毅，米山邦夫，城岡竜一，吉崎正憲，高藪縁：季節内変動に伴う海洋上層の変動．平成21年度防災研究所研究集会「異常気象と長期変動」，場所，2009年10月．

13) 佐藤尚毅：大気海洋結合のある浅水波方程式系において導出された位相速度の遅い東進モード．2009年度日本気象学会秋季大会，福岡，2009年11月.

14) 佐藤尚毅，高橋千陽，清木亜矢子，米山邦夫，城岡竜一，高瀞縁：CMIP3マルチ気候モデルにおけるMJO再現性評価．2009年度日本気象学会秋季大会，福岡，2009年11月．
15) 清木亜矢子，高薮縁，米山邦夫，城岡竜一：異なるENSO位相における熱帯季節内振動と偏東風サービスの関係．2009年度日本気象学会秋季大会，福岡，2009年11月．

16) 高橋千陽，清木亜矢子，佐藤尚毅，米山邦夫，城岡竜一：インド洋SSTの北半球夏期における亜熱帯アジアへの影響-CMIP3マルチ気候モデル再現性評価．2009年度日本気象学会秋季大会，福岡，2009年11月．

17) Seiki, A., Y. N. Takayabu, K. Yoneyama, and R. Shirooka: The impact of trade surges on the Madden-Julian Oscillation under different ENSO conditions. 29th Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology, Tucson, U.S.A., May 2010.

18) Takahashi, C., N. Sato, A. Seiki, K. Yoneyama, R. Shirooka, and Y. N. Takayabu: Impact of the Madden-Julian Oscillation on convection and circulation in the subtropics to midlatitudes in the IPCC AR4 simulations. 29th Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology, Tucson, U.S.A., May 2010.

19) 佐藤尚毅，米山邦夫，城岡竜一：暖水域を北進する季節内変動における大気海洋結合の役割. 2010年度日本気象学会春季大会，東京，2010年5月.

(20) 佐藤尚毅，米山邦夫，城岡竜一：暖水域を北進する季節内変動における大気海洋結合の役割. 第2回熱帯気象研究会，高松，2010年9月.

21) 清木亜矢子，高薮縁，安田珠幾，佐藤尚毅，高橋千陽，米山邦夫，城岡竜一：CMIP3マルチモデルにおける西風バーストとENSOの再現性とその将来変化．2010年度日本気象学会秋季大会，京都，2010年10月．

(22) 高橋千陽，佐藤尚毅，清木亜矢子，米山邦夫，城岡竜一：CMIP3マルチ気候モデルにおける冬季MJOと亜熱帯・中緯度アジア域への影響の再現性および将来変化．2010年度日本気象学会秋季大会，京都，2010年10月．

(23) 佐藤尚毅，高橋千陽，清木亜矢子，米山邦夫，城岡竜一：CMIP3マルチ気候モデルにおける季節変動の再現性．2010年度日本気象学会秋季大会，京都，2010年10月．

(24) 佐藤尚毅, 米山邦夫, 城岡竜一: 暖水域を北進する季節内変動における大気海洋結合の役割.

東京大学大気海洋研究所共同利用研究集会「地球流体における流れの変動性と持続性の力学」，柏, 2010年12月.

25) Takahashi, C., K. Yoneyama, and R. Shirooka: MJO-ENSO teleconnection during the boreal winter in projections of future climate in the IPCC AR4 simulations. 91th AMS Annual Meeting, Michio Yanai Symposium, Seattle, Washington, U.S.A., January 2011.

(26) 佐藤尚毅，高橋千陽，清木亜矢子，米山邦夫，城岡竜一：CMIP3マルチ気候モデルにおける、MJ0の冬季アジアモンスーンへの影響の再現性評価．2011年度日本気象学会春季大会，東京，2011年5月.

27) Seiki, A., Y. N. Takayabu, T. Yasuda, N. Sato, C. Takahashi, K. Yoneyama, and R. Shirooka: Westerly wind bursts and their relationship with ENSO in CMIP3 models. IUGG2011, Melbourne, Australia, June 2011.

28) 佐藤尚毅, 齊藤崇裕, 城岡竜一: 黒潮/黒潮続流域周辺における冬季の降水量の経年変化. 東京大学大気海洋研究所国際沿岸海洋研究センター研究集会「北日本を中心とした降水・降雪特性に関わる海洋大気陸面過程」, 大槌, 2011年11月.