Climate and weather drivers increase landfalling typhoons during the Maunder (Solar) Minimum

熱帯低気圧は地球上で最も強力な力のひとつであり、海岸線の形を変え、地域全体の生活を混乱させる力を持っています。台風が最も頻繁に発生する西太平洋では、科学者たちは数十年にわたるその数の増減の理由を理解しようと長年苦心してきました。最も信頼できるデータを提供する現代の衛星記録は、わずか45年ほどしかありません。この短い期間では、温室効果ガスの排出などの人間活動の影響と、自然な変動を区別することが困難です。より大きな全体像を見るためには、研究者は、気候が自然の力のみによって駆動されていた工業化以前の時代へと、もっと遡らなければなりません。そのような時代の一つが、マウンダー極小期です。これは、太陽が非常に静かで、太陽黒点が極めて少なく、地球へのエネルギーが減少していた、およそ1650年から1680年の間の期間です。この時期は、「小氷期」と呼ばれる、数世紀にわたる地球の気温が低下した時期の最も寒い局面と一致していました。この静かな太陽の時期に気候がどのように振る舞ったかを理解することは、現代の汚染とは独立して、地球の気象システムが自然の変化にどのように反応するかを知るためのユニークな窓となります。

研究チームは、古代中国の記録と現代の人工知能を組み合わせることで、この時代の謎を解明しました。それは、なぜ1651年から1680年の間にこれほど多くの台風が中国沿岸に上陸したのかという謎です。その答えは、2つの要因の稀な収束にあります。すなわち、世界的な気候パターンの変化と、大気の日常的な天候における「サイコロの目」です。デジタル化された歴史的文書と強力なコンピュータ・シミュレーションを橋渡しすることで、この研究は、太陽の減光が熱帯と極地の温度差を変え、嵐を加速させる地球規模の空気循環を強化したことを明らかにしました。同時に、天候のランダムな変動が、これらの嵐の発生源を中国沿岸の近くへと押しやり、嵐の活動全般の増加を、特定の陸上への上陸の急増へと変えたのです。

物語は、REACHESとして知られる驚くべき歴史的記録から始まります。これは、明や清の時代に遡る中国の役人による手書きの記録をまとめたものです。これらの記録には、極端な気象事象、特に中国の東海岸および南海岸を襲った熱帯低気圧の月間数が細かく記録されています。データは、太陽が最も弱かったマウンダー極小期に、上陸数が前例のない驚異的なピークに達したことを示しています。なぜこのようなことが起こったのかを理解するために、研究者たちは、現代の気象データで学習させた高度な人工知能モデルであるAi2 Climate Emulator Version 2を用いました。数ヶ月かかる従来の気候モデルとは異なり、このAIツールは、数百年にわたる気候の歴史をわずか数時間で生成することができます。チームはこれを用いて、1500年から1850年までの期間の考えうる気候シナリオの膨大なコレクションを作成し、当時の海洋温度と海氷の復元データを用いてモデルに強制力を加えました。

シミュレーションは、歴史的記録が示唆していたことを裏付けました。すなわち、マウンダー極小期には西太平洋で熱帯低気圧の活動が大幅に増加したということです。しかし、コンピュータモデルは、この増加が単なる低温への単純な反応ではないことを明らかにしました。研究者たちは、太陽の減光が、熱帯よりも北半球の高緯度地域をより多く冷却したことを発見しました。これにより、赤道と極の間の温度差がより急峻になりました。大気中において、より急峻な温度勾配は、まるで急な坂道のように作用し、空気をより激しく動かします。これが、赤道付近で上昇し亜熱帯で下降する巨大な地球規模の空気のループであるハドレー循環を強めました。より強いハドレー循環は、完全な台風へと成長しうる初期の空気と水分の渦である「種となる擾乱（じょうらん）」の形成にとって、より好ましい条件を作り出します。シミュレーションによれば、このメカニズムだけで、西太平洋における総嵐数は10パーセント近く増加しました。

しかし、海洋における嵐の数が増えることが、自動的に海岸への上陸数が増えることを意味するわけではありません。嵐が進む経路は、それがどこで生まれるか、そして風がそれをどのように導くかに大きく依存します。研究者たちは、中国の南部沿岸における特定の上陸の急増が、別の要因、すなわち「ランダム性」によって引き起こされたことを発見しました。1651年から1680年の間、大気の天候条件は、特定の場所、つまりフィリピンのすぐ東や南シナ海の上で嵐が発生することに有利に働いていました。嵐がこの場所で発生すると、卓越風が自然にそれらを北西方向へ、直接中国南部沿岸へと押し進めます。研究は、この発生源の変化が、予測可能な大規模な風パターンの変化によるものではないことを明らかにしました。実際には、風は嵐を海岸から遠ざける方向に働いていました。むしろ、それは天候の偶然の変動、つまり、嵐が正確にどこで形成されるかを決定づけた一種の「大気のノイズ」の結果でした。

このうち、どれほどが気候によるもので、どれほどが天候によるものかをテストするために、チームは数百回のシミュレーションを行いました。彼らは、気候の変化（太陽の減光とその結果としての海洋温度パターン）が海洋全体の嵐の総数を増加させた一方で、中国の記録に見られるのと全く同じ上陸パターンを再現できたのは、ごく一部の特定のシミュレーション実行のみであったことを発見しました。ほとんどのシミュレーションでは、嵐の総数は多かったものの、嵐はわずかに異なる場所で発生し、海岸を外れていました。このことは、歴史に記録された大規模な上陸の急増が、2つのことの「パーフェクト・ストーム（完璧な嵐）」であったことを示唆しています。すなわち、より多くの嵐を生み出す気候と、それらの嵐を海岸への衝突コースに乗せた、運の良い（あるいは運の悪い）天候のサイコロの目です。研究者たちは、長期的な変化を駆動する上でランダムな天候の変動が果たすこの役割は、科学者が通常、海洋温度のような大規模な気候ドライバーに焦点を当てるために見落とされがちであると指摘しました。

この研究は、この歴史的なピークを説明するために提案されてきた他のいくつかの理論についても検討し、排除しました。初期の説の中には、東太平洋が通常よりも涼しいラニーニャ現象や、赤道付近の降水帯の南下によって嵐が引き起こされたとするものもありました。しかし、新しい分析によれば、この期間の海洋温度は、東側が暖かく西側が冷たいエルニーニョ現象に似たパターンを示していました。さらに、データは、大規模なステアリング（誘導）風が、より多くの嵐を海岸へと押し出すような変化をしたという考えを支持しませんでした。証拠は、気候による嵐の数の増加と、天候による嵐の発生場所の変化という組み合わせを明確に指し示しています。

この発見は、中国の台風の歴史をはるかに超える影響を持ちます。この研究は、ランダムな天候イベントが数十年にわたって気候の傾向に永続的な刻印を残す可能性があることを示しており、これは科学者が将来の嵐のリスクを予測する方法に挑戦する概念です。もし自然なランダム性が過去においてこれほど大きな役割を果たしているならば、温暖化する世界で嵐がどのように振る舞うかを予測する際にも、それを慎重に考慮しなければなりません。また、この研究は、太陽を暗くして地球を冷やすというジオエンジニアリング技術である、太陽放射管理の潜在的な危険性についても強調しています。シミュレーションは、日光を減らすことが、たとえ地球の温度を下げることに成功したとしても、意図せずして地球規模の空気循環を強め、西太平洋における台風の頻度を高める可能性があることを示唆しています。

これらの詳細を解明できたのは、歴史とテクノロジーのユニークな協力関係によるものでした。AIエミュレータを使用して数千年のシミュレーションを実行し、それを数世紀前の中国の役人が残した正確な日次記録と比較することで、研究者たちはこの歴史的事象の特定の駆動要因を分離することができました。研究は、マウンダー極小期が、地球の温度勾配を再形成した減光する太陽によって引き起こされた、熱帯低気圧活動の高まりの時期であったことを裏付けています。しかし同時に、特定の人間への影響は、天候自体の混沌とした予測不可能な性質に依存していたことも示しています。著者たちが述べているように、これらの自然な変動を理解することは、人間による気候変動の信号を自然の変動というノイズから分離するために不可欠であり、将来の嵐のリスクに関する予測を可能な限り正確なものにするために必要不可欠なのです。この研究は、気候システムが、安定した長期的な力と、一時的でランダムな出来事との複雑な相互作用であることを思い出させるものであり、変わりゆく世界を完全に把握するためには、その両方を理解しなければならないことを示しています。