Evidence the ocean is losing less heat in the northern Atlantic and the AMOC has started to slowly weaken

技術要約：北大西洋における海洋熱放出減少およびAMOC弱体化の証拠

問題提起
大西洋南北熱塩循環（AMOC）は、温かい表層水を北へ、冷たい深層水を南へと輸送する、地球の気候システムにおける極めて重要な構成要素である。気候モデルは、放射強制力によって今世紀中にAMOCが弱まることを一貫して予測しているが、その減衰の時期と規模については依然として不確実性が残っている。26.5°NにおけるRAPID観測配列による直接的な観測記録は、2004年以降にしか存在せず、長期的な人為的トレンドと、十年規模の内部変動を区別するには期間が短すぎる。さらに、AMOCの過去への遡及的な記録を拡張するために用いられてきた既存のプロキシ（海面温度（SST）の指紋、海面水位、塩分濃度など）は、外部強制力への感度や観測の不確実性により、弱体化の開始時期や速度に関して相反する結果を示してきた。

手法
これらの不確実性に対処するため、本研究ではメカニズムに基づいたプロキシである、北大西洋における純上方表面熱フラックス（NUSHF）を利用する。著者らは、地球温暖化の下では、海洋から大気への熱放出の減少がAMOC弱体化の根本的な駆動要因であると主張している。

1. データソース： 本研究では、DEEP-C（Diagnosing Earth's Energy Pathways in the Climate system）バージョン5.1のデータを使用する。大気再解析から直接推定されるNUSHF（これらは偽のトレンドが生じやすく、観測による制約を欠いている）とは異なり、DEEP-Cデータはエネルギーバランスが保たれている。これらは、衛星によるトップ・オブ・アトモスフィア（TOA）放射（ERBEおよびCERUS）と大気再解析データを組み合わせ、大気のエネルギー発散と熱量変化を計算することで導出されている。この手法により、観測によって制約された表面フラックスの推定が可能となる。
2. 解析期間および領域： 解析は1985年から2023年までを対象とし、北緯26.5°Nから70°Nの間の大西洋盆地に焦点を当てている。
3. 統計的手法：
   • NUSHFの線形トレンドは、DEEP-Cフレームワークを通じて処理された3つの異なる再解析データセット（ERA5、JRA55、MERRA2）を用いて計算された。
   • NUSHFのトレンドとAMOC強度の関連付けには、CMIP6気候モデルのシミュレーション（産業革命前制御実験（piControl）、歴史的実験、SSP2-4.5、SSP5-8.5、およびabrupt-4xCO2実験を含む）を利用した。
   • 10年間のラグを設けることで相関強度が向上することを発見したため、AMOCのトレンドと、先行する10年間の平均NUSHFとの間の相関を確立した。
   • 観測されたNUSHFのトレンドを、自然変動に対する統計的有意性を評価するために、piControlシミュレーションにおける40年間のトレンドの分布と比較した。

主な結果

• 熱放出減少の観測： 本研究は、1985年から2023年までの39年間において、北大西洋（26.5°Nから70°N）が失った熱が約18 ± 10%（95%信頼区間）減少したことを見出した。減少率は10年あたり0.047 PWと推定される。
• 統計的有意性： この観測された減少は、CMIP6 piControlシミュレーションで見られる40年間のトレンド分布の極端な外縁部に位置している。具体的には、324個のpiControlトレンドのうち、ERA5 DEEP-Cのトレンドほど負の値を示したのは1つのみであり、JRA55およびMERRA2のトレンドほど負の値を示したものは一つもなかった。このことは、観測された変化が内部変動のみによって引き起こされた可能性は低く、強制された気候変動の結果である可能性が高いことを示唆している。
• 推論されたAMOCの弱体化： CMIP6シミュレーションにおけるNUSHFとAMOCのトレンド間の強い相関（r² = 0.93）を用い、AMOCの強度変化を推論した。直近30年間のNUSHF（先行する10年間で平均）の30年間のトレンドに基づくと、26.5°NにおけるAMOCは、過去30年間で**14.2 ± 13.9%**弱体化したと推定される。
• RAPIDとの整合性： DEEP-Cデータから推論されたAMOCのトレンド（10年間のラグを用いた2005–2023年の−0.63 Sv/decade）は、RAPID観測配列によるトレンド（−0.89 Sv/decade）と整合しているが、それよりもわずかに緩やかである。著者らは、RAPIDのトレンドにおける不確実性は、NUSHF由来のトレンドの不確実性よりも著しく大きいと指摘している。

意義および主張
本論文は、その知見が、間接的なプロキシや短期間の直接測定に依存した従来の研究よりも、AMOC弱体化の開始に関するより強固な証拠を提供するものであると主張している。その意義は以下の3点に基づいている。

1. メカニズムに基づく根拠： 熱放出の減少を対象とすることで、本研究は、他の要因によって混乱が生じやすい二次的な相関（SSTなど）に頼るのではなく、地球温暖化の下でAMOC弱体化を駆動する根本的な物理メカニズムに対処している。
2. プロキシの堅牢性： エネルギーバランスの取れたDEEP-Cデータを使用することで、再解析モデルから直接導出されるNUSHF推定に伴う信頼性の問題を克服している。
3. トレンドの検出： 本研究は、北大西洋の熱フラックスが増加する温室効果ガスの影響を受けて減少しており、AMOCが緩やかな弱体化トレンドを開始した可能性が高いと結論付けている。著者らは、本研究が、長期的な減少が始まったという確信を大幅に高め、RAPIDの直接観測記録の短期間性を補完する、最近の変化率の堅牢な定量化を提供したと主張している。