Attribution of storm track activity to instantaneous upper-level jets yields new insights into the North Pacific midwinter minimum

中緯度上空の大気は、決して静止しているわけではない。それは西から東へと気象システムを運ぶ、絶え間なく動く空気の川である。この流れの中に、私たちが経験する天候を左右する二つの明確な特徴がある。それがジェット気流とストームトラック（嵐の通り道）である。ジェット気流は、空高くに存在する、高速で移動する細く強力なリボンのような風であり、気象システムの「操舵輪」として機能する。ストームトラックは、これらのシステムが辿る経路であり、低気圧（サイクロン）が誕生し、成長し、移動する回廊である。これらの嵐は、季節を形作る雨や雪、そして風をもたらす。科学者たちは、これらの嵐の強さが通常、寒冷な極域の空気と温暖な熱帯の空気との間の温度差に依存していることを古くから知っている。温度差が大きければ大きいほど、嵐を動かすためのエネルギーが多く利用可能になるのである。

しかし、自然界は時に単純な論理を裏切ることがある。北太平洋では、激しい冬の嵐で知られる地域において、奇妙な現象が起こる。冬が深まり、南北の温度差がピークに達すると、ジェット気流は最も強くなる。あらゆる標準的な規則に従えば、これが最大級の嵐の活動期となるはずである。ところが、その逆が起こる。冬の真っ只中に、ストームトラックは実際には弱まり、大気のエンジンがフルパワーで稼働しているまさにその時に、静かな最小値に達するのである。この直感に反する落ち込みは、数十年にわたり研究者を悩ませてきた。なぜ大気が自らの最もエネルギッシュなエンジンをシャットダウンしてしまうのかについて、多くの理論を生んできた。

岡島悟とトーマス・スペングラーによる新しい研究は、ジェット気流そのものの捉え方を変えることで、この謎に新鮮な視点を提供している。彼らは、ジェット気流を冬の間ずっと存在する単一の安定した平均値として扱うのではなく、ジェットを瞬間ごとに検証した。彼らは、一つの統合されたジェット気流として見えるものが、実は異なる時期に現れる二つの非常に異なる種類の風のリボンの統計的な平均であることを発見した。一つは、赤道に近い位置にあり、熱帯の空気循環の縁によって駆動される亜熱帯ジェットである。もう一つは、より北に位置し、寒気と暖気の衝突によって直接駆動される寒帯前線ジェットである。

研究者たちは高度なコンピュータ解析を用いて数十年分の気象データを精査し、これら二つのジェットのタイプがいつ、どこに存在していたのかを正確に特定した。その結果、冬の中盤における北太平洋では、亜熱帯ジェットが支配的なプレイヤーであり、その対となる極域のジェットよりもはるかに頻繁に現れることが分かった。この亜熱帯ジェットの頻繁な存在が、長期的な平均として見たときに、単一の強力に統合されたジェット気流という印象を作り出している。しかし、亜熱帯ジェットは極前線ジェットとは異なる振る舞いを見せる。それは驚くほど速く、強い温度差のある領域の上に位置しているものの、嵐を発生させる能力については驚くほど非効率なのである。研究によれば、亜熱帯ジェットは強力な背景風を作り出すものの、その力を大規模でエネルギッシュな嵐のシステムへと変換することには至らない。

対照的に、寒帯前線ジェットが現れるときは、嵐に燃料を供給する能力がはるかに高いが、北太平洋の最も深い冬の間には、その出現ははるかに稀である。研究者たちはまた、冬の最中に寒帯前線ジェットが現れるとき、それは他の時期よりも幅が狭く、よりきつく巻き付いた状態になることも指摘している。この「きつさ」が、嵐の成長をさらに抑制してしまうのである。これらの要因の組み合わせが、この「冬の中盤の最小値」を説明している。この静かな期間は、エネルギーの欠如や、大気が温度差に反応できていないことによって引き起こされるのではない。むしろ、大気が、利用可能なエネルギーを嵐の活動へと変換するのが単純に苦手な状態――すなわち、亜熱帯ジェットが支配的な状態――に、ほとんどの時間を費やしていることの結果なのである。

この発見は、ジェット気流は単に強まったり弱まったりする均一な実体であるという、長年の見解に異を唱えるものである。この研究は、「冬の中盤の最小値」が、その地域を支配するジェット気流のタイプの季節的なシフトを反映していることを示唆している。北大西洋では物語が異なる。そこでは、寒帯前線ジェットが冬の間を通じて支配的な力であり続けているため、季節が最も寒くなる時期に嵐の活動がピークに達する。しかし、北太平洋は異なるリズムによって支配されている。研究者たちは、嵐がどのように振る舞うかを真に理解するためには、平均的な条件を超えて、風の特定の、瞬間的な状態に細心の注意を払わなければならないと結論づけている。ジェット気流を、単一の固定された特徴ではなく、異なる種類のジェットが織りなす変化するモザイクとして認識することで、なぜ北太平洋の嵐が冬の真っ只中に休息を取るのかという理由が、より明確に描き出されるのである。