Sub-seasonal predictability of winter tornado regimes in Europe captured through disruptions to the stratospheric polar vortex

ヨーロッパは、アメリカの中西部を席巻する激しい竜巻の発生とは対照的に、空が概して穏やかである場所だと考えられがちです。しかし、この大陸もまた、激しい嵐の影響を受けないわけではありません。気象学者たちは数日先の危険な天候を確実に予測できますが、さらに先、つまり3〜4週間という「サブシーズナル（季節内）」の窓口を見通すことは、依然として困難な盲点であり続けてきました。この空白により、緊急計画者や地域社会は、甚大な被害をもたらし得る事象に対する極めて重要な早期警告なしに置かれることになります。課題は、低層大気の混沌とした性質にあります。そこでは、気象パターンは約1週間後には崩壊し、予測不能になる傾向があります。より遠くを見るためには、私たちが肌で感じる天候を超えて、より高い場所、すなわち、天候の変化が非常に緩やかであり、その下の空気に影響を与えることができる成層圏を見なければなりません。

リヨン大学とエヴォラ大学のマチュー・ラクロワ氏らによる最近の研究は、この長年の謎の一片を解明しました。研究者たちは、冬の間におけるヨーロッパの竜巻のリスクはランダムではなく、北極を囲む強風の輪である、成層圏極渦の巨大な乱れに関連していることを発見しました。しかし、物語はそれだけでは終わりません。研究によれば、上層大気の乱れが自動的に地上での竜巻の脅威を生み出すわけではありません。むしろ、その結果は、大西洋上の特定の、既存の気圧パターンに完全に依存しています。これら2つの要因を組み合わせることで、チームは最大1ヶ月先までの激しい嵐の高リスク期間を予測する新しい方法を開発しました。これは、ヨーロッパの冬の天候への備え方を根本的に変える可能性のあるツールとなります。

数十年にわたり、科学者たちは成層圏が「予測可能性の貯蔵庫」として機能することを知っていました。極渦は、冬の間、北極の上に位置する、冷たい空気の巨大で渦巻く柱です。時折、この渦は「突然昇温イベント」によって乱されます。これは、上層大気の温度がわずか数日のうちに数十度急上昇し、風が減速したり、あるいは逆に回転したりする現象です。これらのイベントはよく記録されており、これらが信号を下へと送り、最終的にジェット気流（大陸を横断して気象システムを操る高速の空気の流れ）を赤道方向へとシフトさせることは、以前から知られていました。このシフトは、しばしばヨーロッパに寒波や降雪をもたらします。しかし、疑問は残っていました。この同じシフトが、竜巻に必要な特定の危険な条件をも作り出すのだろうか、という点です。

これに答えるため、研究者たちはまず、測定の問題を解決しなければなりませんでした。米国では、科学者は「大気中の熱エネルギー」と「高度による風速の変化」という2つの要素を掛け合わせる数式を用いて、竜巻のリスクを予測しています。どちらかの要素が欠けていれば、その数式は竜巻は形成されないと判断します。熱と強い風の両方を必要とする嵐が多いアメリカでは、この方法はうまく機能します。しかし、ヨーロッパの冬の竜巻は異なります。これらは、熱エネルギーが極めて少ない冷たい空気の中で頻繁に発生しますが、その一方で、地上付近の風は非常に強く、方向が急激に変化します。熱という要素に頼るアメリカの数式では、この熱の要素が欠けているために、ヨーロッパのこれらの嵐に対してリスクをゼロと誤って予測してしまいます。そこでチームは、新しい指標である「欧州竜巻環境指数（European Tornado Environment Index）」を作成しました。要素を掛け合わせる代わりに、それらを足し合わせるという手法です。この単純な変更により、指数は、冷たい空気の中でも強い風だけであれば、竜消しの危険な環境を作り出し得ることを認識できるようになりました。彼らは数十年の嵐の報告と大気データを用いてこの新しいツールを訓練し、それがヨーロッパ全域で激しい天候をもたらす特定の条件を正確に特定できることを証明しました。

信頼できるリスク測定方法を手に入れたチームは、1950年から2025年の間に発生した50件の主要な昇温イベントを調査しました。彼らは、これらのイベントの数週間後に、竜巻リスク指数に何が起きたかを追跡しました。結果は驚くべきものでした。すべてのイベントをまとめて見たとき、そのシグナルは乱雑で不明瞭でした。リスクが上がることもあれば、下がることもあり、しばしば完全に消失しているようにさえ見えました。この明確なパターンの欠如は、成層圏からのシグナルが、低層大気における他の何かによってブロックされているか、あるいは変えられていることを示唆していました。研究者たちは、大気は単一の押し出しに対して一様に反応するのではなく、その反応はそのシグナルが到着した瞬間の大気の状態に依存するということに気づいたのです。

このパターンを解き明かす鍵となったのは、「東大西洋パターン」でした。これは、ヨーロッパの西側の大西洋上に存在する、高気圧と低気圧の広域的な配置です。研究者たちは、成層圏のシグナルが地上に到達した時点でのこのパターンの状態に基づき、50件のイベントを「ポジティブ（正）」または「ネガティブ（負）」のフェーズの2つのグループに分けました。その差は劇的でした。成層圏の乱れが東大西洋パターンのポジティブなフェーズにある時に発生した場合、特定の地域において激しい竜巻環境のリスクが2倍、あるいは3倍に跳ね上がりました。位置を変えたジェット気流が、地中海や亜熱帯の大西洋から北上してくる温かく湿った空気と組み合わさることで、嵐の完璧なレシピが作り出されたのです。この高リスク地帯は、ポルトガルやスペインから南フランスを経て、イタリアやバルカン半島へと広がっていました。

対照的に、同じ成層圏の乱れが東大西洋パターンのネガティブなフェーズにある時に発生した場合、ヨーロッパのほぼ全域で竜巻のリスクは消失しました。このシナリオでは、大気は冷たく乾燥した空気と高気圧によるブロックに支配されており、温かく不安定な空気が北上することを阻んでいました。たとえジェット気流が南へシフトしていたとしても、水分と熱の欠如により、激しい嵐の条件は形成され得ませんでした。成層圏のシグナルは、下の冷たく安定した空気によって事実上無効化されていたのです。この発見は、なぜこれまでの予測の試みが失敗してきたのかを説明しています。東大西洋パターンの状態を知らなければ、成層圏のシグナルはただのノイズに過ぎないからです。

本研究は、ヨーロッパにおける激しい冬の天候を予測するには、2段階のアプローチが必要であると結論付けています。第一に、気象学者は極渦の乱れの兆候を探るために成層圏を監視しなければなりません。第二に、東大西洋パターンのフェーズを確認する必要があります。もし、東大西洋パターンがポジティブなフェーズにある時に乱れが発生した場合、それは3〜4週間後に、特に南ヨーロッパおよび西ヨーロッパにおいて、激しい嵐の高リスク期間が開くという強力な早期警戒として機能します。これは、特定の日に竜巻が襲来することを保証するものではありませんが、そのような事象が起こる可能性が非常に高くなるように、大気の構成要素が整う時期を特定するものです。この知識を統合することで、予報官は現在の「1週間」という限界を超え、嵐が到来する前にコミュニティに対して、より良い準備と資源配分を可能にする、切実に求められていた「事前の通知」を提供できるようになります。