Human impacts on the 2015 equatorial Asia drought: the role of air-sea coupling in the event attribution study

科学者たちが特定の異常気象がなぜ発生したのかを理解しようとする際、彼らはしばしば、単純ながらも深遠な問いを投げかけます。それは、「人間活動による気候変動が、この事象の発生確率をどれほど高めたのか？」という問いです。イベント・アトリビューション（事象帰属）として知られるこの分野は、地球の気候に関する複雑なコンピュータ・モデルの実行に基づいています。答えを得るために、研究者たちは通常、2組のシミュレーションを実行します。一組は、人間が排出してきたすべての温室効果ガスを含む、現在と同じ世界を模したものです。もう一組は、それらの排出が一度も起こらなかったと仮定した「反事実的」な世界を想定しており、これは自然な気候変動性のベースラインを表しています。深刻な干魃のような特定の災害が、これら2つの異なる世界でどの程度の頻度で発生するかを比較することで、科学者は人間によるリスクへの寄与度を算出することができます。

しかし、地球は、大気と海洋が絶えずダイナミックな対話を行っているシステムです。海面の温度は、その上にある空気に影響を与え、逆に風や雨は海洋を冷却または加熱します。長年、アトリビューション研究では、簡略化されたタイプのモデルがよく用いられてきました。これらのモデルは、海洋を静的な背景として扱い、大気が海洋に変化を与えることを許さず、固定された温度マップを大気に供給します。この手法は時間と計算能力を節約できますが、私たちの天気の多くを駆動している「双方向のフィードバック」を無視してしまいます。問題は、特定の災害の原因を突き止めようとしているとき、この欠落した「対話」が重要になるのかどうかということです。

東京大学の長谷川彰氏率いる研究チームは、2015年の乾季に赤道アジアを襲った深刻な干魃を用いて、まさにこの概念を検証することに乗り出しました。その年、中央太平洋における異常に暖かい海水によって特徴づけられる大規模なエルニーニョ現象が発生し、通常であればこの地域に雨をもたらす世界的な風のパターンを弱めました。その結果、壊滅的な降水量の不足を招きました。研究者たちは、標準的な簡略化モデルが、この乾燥した期間に対して人間による温暖化がどの程度寄与したかについて、正確な図を提供しているのか、それとも欠落した海洋フィードバックが結果を歪めているのかを知りたいと考えました。

この答えを見出すため、チームは2種類の異なる大規模なコンピュータ実験を実行しました。第一のタイプは、大気と海洋が自由に相互作用し、熱と水分を交換し合う「完全結合モデル」であり、現実と同様の動きをします。第二のタイプは「大気のみのモデル」であり、海洋は最初の実験における状態を正確に維持するように強制され、変化する風や雲に対して反応することができません。両方のシミュレーションは、実際の2015年の歴史的条件を反映したものと、人間による温暖化がない世界を代表するシナリオの2つの条件下で実行されました。これら4つの異なるシミュレーション・グループの結果を比較することで、研究者たちは、大気と海洋の相互作用が結論に与える具体的な影響を分離して特定することができました。

結果は、簡略化されたアプローチにおける重大な欠陥を明らかにしました。大気のみのシミュレーションでは、干魃に見舞われた地域の北側に位置するフィリピン海の上空で、空気の上昇運動を過大に評価するという持続的なバイアスが生じました。現実の世界や完全結合モデルでは、海洋はこの上昇する空気に対して表面を冷却することで反応し、その上昇運動がどれほど強くなるかを自然に制限します。しかし、簡略化されたモデルは海洋を冷却させることができなかったため、空気は抑制されることなく上昇し続けました。この過剰な上昇運動が北側での補償的な下降運動を強制し、その結果、赤道アジアの上空ではモデル内で実際よりもはるかに乾燥した状態が作られました。

この人工的な乾燥は、アトリビューションの結果に直接的かつ誤解を招く影響を与えました。簡略化されたモデルは、すでに乾燥しすぎた気候からスタートしていたため、2015年の干魃はそれほど極端なものとしては映りませんでした。統計学的には、温暖化のない世界においてそのような乾燥事象が発生する確率が非常に低いと計算されました。温暖化のない世界での事象の確率が低い場合、そしてその事象が現実の世界で実際に起こった場合、数学的には人間による影響が非常に高いことを示唆します。その結果、大気のみのモデルは、人間活動が2015年の干魃のリスクに対して約44パーセント責任があると推定しました。

対照的に、海洋が呼吸し反応することを許容した完全結合モデルは、異なる姿を描き出しました。フィリピン海における冷却フィードバックを正しくシミュレートすることで、人工的に乾燥することのない、より正確なベースライン気候を生み出したのです。このより現実的なシミュレーションにおいて、2015年の干魃は依然として稀な事象ではありましたが、簡略化されたモデルが示したほど稀ではありませんでした。算出された人間によるリスクへの寄与度は、大幅に低下し、約20パーセントとなりました。この研究は、海洋が大気に反応する能力を無視することで、簡略化されたモデルがこの特定の災害における人間による温暖化の影響を2倍以上に過大評価していたことを示唆しています。

研究者たちは、両方のモデルがエルニーニョ現象が干魃の主要な要因であることを正しく特定した一方で、簡略化されたモデルは、この地域の気候における自然変動を捉えきれなかったことを見出しました。大気のみのシミュレーションは、特に赤道アジアのような海洋に囲まれた地域に存在する、海面温度と降水量の間の複雑な関係を再現することができませんでした。これは、モデルが自然に発生する深刻な干魃の可能性を過小評価するという系統的なエラーにつながり、結果として気候変動の影響を膨張させてしまったのです。

この研究は、さまざまな種類の気候研究において依然として有用である簡略化モデルの価値を否定するものではありません。しかし、海洋と大気が密接に結びついている地域における極端な事象を研究する場合の、決定的な限界を浮き彫りにしています。本研究は、2015年の赤道アジアの干魃のような事象において、海洋を受動的な舞台として扱うモデルのみに頼ることは、人間による影響の過大評価につながる可能性があることを示唆しています。この知見は、気候変動の指紋を特定の災害に対して真に理解するためには、海と空の間の完全な双方向の対話を考慮に入れなければならないことを示しています。