北極温暖化に伴う中緯度寒冷化を再現するために成層圏はどこまで必要か？

需要多深的平流层才能重现与北极变暖相关的中纬度变冷？

• 批准号: 18K03735
• 负责人: 中村 哲
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K03735/
• 关键词: 気候変動; 北極温暖化; 成層圏; オゾンホール

北半球の寒冷化傾向が観測される中で、気候モデルによるその再現ができていない（McCusker et al., ; Mori et al., 2019）。中緯度の寒冷化が地球温暖化の影響を受けた北極圏からの寒気流出の強まりによるものではないかと考えた。これまでの研究成果から北極の温暖化に伴う成層圏循環の変化が北極域から中緯度帯への寒気流出へ強く影響することがわかってきた（Nakamura et al., 2015; 2016a; 2016b; 2019）。そこで、成層圏大気変動による対流圏循環への影響を組み入れて、北半球冬季の寒冷化傾向を説明するための、高い再現性をもつモデル構築を目的とする。そのためには成層圏における力学、化学放射過程の包括的理解が必要となる。先行研究では成層圏力学過程について一定の理解は得られたものの（Nakamura et al., 2016a）、化学放射過程については不十分であった。これは成層圏オゾンに関する化学反応式は複雑であり、気候モデルに組み込むことは、開発・計算コストの増大を伴うため、評価が難しいからである。本研究では、力学過程の評価に用いた気候モデル（AFES）に、ドイツ、アルフレッドウェゲナー研究所で開発された成層圏オゾンに関する高速なモジュール（SWIFT）を組み込んだ。これにより大幅にコストを削減し、北極の気候変動の評価に十分耐えうる積分年数で実験を行った。北極温暖化に対する気候応答実験を、力学的変化に伴う成層圏オゾンによる太陽放射フィードバックを表現したものとしないものとで行った。その結果、北極温暖化に伴う惑星波活動の振幅が放射フィードバックにより強化されることで、成層圏極渦の歪みの増大とそれによる寒気流出が強まることがわかった。このような過程を考慮することで、日本の寒波や豪雪の要因の分析に役立つことが期待される。

尽管已经观察到北半球的变冷趋势，但气候模型尚未能够重现这一趋势（McCusker 等人，2019；Mori 等人，2019）。我们推测，中纬度地区变冷是由于受全球变暖影响，北极圈冷空气流出加剧所致。此前的研究结果表明，与北极变暖相关的平流层环流变化对冷空气从北极向中纬度地区的流出有很大影响(Nakamura等，2015；2016a；2016b；2019)。因此，我们的目标是建立一个高度可重复的模型，纳入平流层大气变化对对流层环流的影响，以解释北半球冬季的降温趋势。这需要全面了解平流层的动力学和化学辐射过程。尽管之前的研究对平流层动力学过程提供了一定程度的了解(Nakamura et al., 2016a)，但化学辐射过程尚未完全了解。这是因为与平流层臭氧相关的化学反应方程很复杂，将其纳入气候模型会增加开发和计算成本，导致评估困难。在这项研究中，德国阿尔弗雷德韦格纳研究所开发的平流层臭氧高速模块（SWIFT）被纳入用于评估动态过程的气候模型（AFES）中。这大大降低了成本，并使实验能够在足以承受北极气候变化评估的整合期内进行。对北极变暖的气候响应实验是在有或没有表达由于平流层臭氧与动态变化相关的太阳辐射反馈的情况下进行的。结果表明，与北极变暖相关的行星波活动幅度通过辐射反馈而增强，从而增加了平流层极地涡旋的扭曲以及由此产生的冷空气流出。考虑这些过程预计将有助于分析日本寒潮和大雪的原因。

项目成果

Weak Stratospheric Polar Vortex Events Modulated by the Arctic Sea‐Ice Loss

• DOI: 10.1029/2018jd029222
• 发表时间: 2019-01
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Atmospheres
• 作者: K. Hoshi;J. Ukita;M. Honda;Tetsu Nakamura;K. Yamazaki;Y. Miyoshi;Ralf Jaiser

北極温暖化に伴うシベリアの熱波と東アジアの豪雨の連関

北极变暖导致西伯利亚热浪与东亚暴雨之间的联系

• 发表时间: 2021
• 作者: Shuya Takarae;Kenshi Takada;Yuki Saho;Takeshi Yoshimura;Norifumi Fujimura;中村 哲・佐藤友徳
• 通讯作者: 中村 哲・佐藤友徳

Role of the Cold Okhotsk Sea on the Climate of the North Pacific Subtropical High and Baiu Precipitation

• DOI: 10.1175/jcli-d-20-0432.1
• 发表时间: 2021-01
• 期刊: Journal of Climate
• 影响因子: 4.9
• 作者: K. Kawasaki;Y. Tachibana;Tetsu Nakamura;K. Yamazaki

ユーラシア陸面過程の気候メモリ効果から考察する北極温暖化と中緯度寒冷化

从欧亚大陆表面过程的气候记忆效应考虑北极变暖和中纬度变冷

• 发表时间: 2020
• 作者: 中村哲;山崎孝治;佐藤友徳;浮田甚郎
• 通讯作者: 浮田甚郎

Climate memory of the Eurasian land processes for the Arctic amplification

欧亚陆地过程的气候记忆对北极的放大

• 发表时间: 2019
• 作者: Bo Qiu;Shuiming Chen;Niklas Schneider;Eitarou Oka;Shusaku Sugimoto;Takashi Ito and Arika Higuchi;Nakamura Tetsu
• 通讯作者: Nakamura Tetsu