How tropical instability waves impact the equatorial Pacific interannual SST variability and heat budget in 2024

赤道太平洋には、地球全体の天候パターンを支配する秘密のリズムが潜んでいます。このシステムの核心には、「コールド・タング（冷たい舌）」と呼ばれる冷たい水の帯があり、通常は赤道直下に位置しています。この水が異常に温まると「エルニーニョ」が引き起こされ、世界各地に豪雨をもたらします。逆に、異常に冷たくなると「ラニーニャ」が引き起こされ、多くの場合、その効果が逆転します。科学者たちは、これら二つの状態間の移行が必ずしもスムーズではないことを古くから知っています。時には、海洋が期待通りに冷え込むことを拒み、停滞することがあります。長年、研究者たちはコールド・タングを観察し、何が目に見えない力となって、コールド・タングを暖かさへと押し戻し、次の寒冷フェーズの到来を遅らせているのかを解明しようとしてきました。

2024年、南京大学情報科学技術研究院の科学者チームは、このサイクルにおける特定の、不可解な瞬間に注目しました。2023年から2024年初頭にかけての強力なエルニーニョ現象に続き、世界は2024年後半までに太平洋がラニーニャ局面へと切り替わることを予想していました。しかし、実際には冷却が停滞したのです。東太平洋の水温は予想よりも高いまま維持され、期待されていた寒冷化は完全には到来しませんでした。研究者たちはその理由を知りたいと考えました。彼らは、その答えが海洋自体の混沌とした攪拌運動、具体的には「熱帯不安定波（tropical instability waves）」の挙動にあるのではないかと疑いました。これらはコールド・タングの縁に沿って形成される、西へと移動しながら水を混合させる巨大な渦巻き状の現象です。これらは以前から研究されてきましたが、2024年のラニーニャを阻止した具体的な役割については不明なままでした。

この謎を解くために、チームは赤道太平洋の詳細なデジタルモデルを構築しました。彼らは単に海を観察したのではなく、二つのバージョンを並行して走らせる、二つのバージョンの海を作り出しました。最初のバージョンでは、モデルが自然に振る舞い、それらの攪拌波が形成され、水温と相互作用することを許容しました。二番目のバージョンでは、数学的なフィルターを使用して水を滑らかにし、他のすべての条件は全く同じまま、波だけを取り除きました。これら二つのシミュレーションを比較することで、波の正確な影響を分離することができました。もし波が存在するバージョンのほうが、波がないバージョンよりも温暖であれば、その波が温暖化の原因であるということになります。

結果は驚くべきものでした。モデルは、2024年の夏季において、熱帯不安定波がその時期の平均よりもはるかに活発で、極めて強力であったことを示しました。波が存在するシミュレーションでは、コールド・タングは著しく温暖なまま保たれました。一方で、波を取り除いたシミュレーションでは、水温はより劇的に低下し、明確なラニーニャを示す温度に達していました。研究者たちは、これらの波が冷却効果をほぼ半分に弱めていることを発見しました。具体的には、重要なニニョ3（Niño3）領域において、波が冷水アノマリー（偏差）を49パーセント弱めたのです。これは、これらの波が強力なブレーキとして作用し、エルニーニョの後に海洋が通常行うはずの冷却を阻止したことを示唆しています。

これらの波がいかにして水を温めることができたのかを理解するために、科学者たちは海洋表層の熱収支を分解しました。彼らは熱がどこから来て、どこへ向かっているのかを調査しました。その結果、主要な要因は太陽や海上の空気ではなく、水自体の動きであることが判明しました。波は南北から膨大な量の温かい水を生成し、それを赤道へと押し込んでいました。この攪拌波によって駆動される水の水平方向の移動は、月あたり0.81度というペースでコールド・タングに熱を加えていました。これを比較すると、この温暖化効果は、海洋が太陽や大気から受け取る熱の合計よりも、ほぼ3倍も強力でした。波は、大気が海を冷やすよりも速いスピードで、冷たいゾーンに温かい水を送り込んでいたのです。

また、この研究は、この温暖化が均一な覆いではなく、特定の集中した熱の帯であることを明らかにしました。波は赤道のすぐ北および南の海域で最も効果的に働き、コールド・タングと周囲の水との温度差を減少させるゾーンを作り出していました。このプロセスは「アドベクション（内流輸送）」と呼ばれ、動く流れによって熱を物理的に運ぶ現象です。研究者たちは、渦巻く動きがこの温暖化のほぼすべてを担っており、安定した背景流は極めて小さな役割しか果たしていないことを突き止めました。通常、深層から冷たい水を汲み上げる垂直方向の水移動は、この特定の文脈においては無視できるほど微々たるものであり、水平方向の攪拌こそが支配的な力であったことが強調されました。

これらの知見は、なぜ2024年のラニーニャが予想通りに実現しなかったのかについて、明確な説明を提供しています。2024年夏季における熱帯不安定波の激しい活動は、ダイナミックな障壁として機能し、絶えずコールド・タングに温かい水を補充し続けました。このメカニズムが、風のパターンなどの既知の要因を補完し、海洋が冷却を拒むシナリオを作り出したのです。この研究は、これらの波が単なる表面のさざ波ではなく、主要な気象イベントのタイミングや強度を変えうる強力な気候変動の主体であることを裏付けています。これらの波がどれほどの熱を移動させたかを定量化したことで、本研究は、海洋内部の攪拌が時に大気の信号を凌駕し得るという、将来の気候変動予測における新たなパズルの一片を提示しました。

また、この研究は現在の気候モデルの限界も浮き彫りにしています。多くの標準的なモデルは、これらの波を明確に捉えるには解像度が粗すぎるため、この重要な温暖化効果を見逃してしまう可能性があります。研究者たちは、これらの波を捉えられる高解像度モデルを使用することで、熱輸送の真の規模を把握することができました。このレベルの詳細がなければ、2024年の予測は、海洋のダイナミクスが積極的に抗っている冷却傾向を想定してしまい、的外れなものになっていた可能性が高いでしょう。これは、エルニーニョやラニーニャの未来を正確に予測するためには、大規模な気候パターンよりも小さなスケールで動作しながらも、その結果に甚大な影響を与えるこれらの中規模波（メソスケール波）を考慮しなければならないことを示唆しています。

最終的に、この論文は、水の攪拌が決定的な役割を果たす、ダイナミックで自己調節的な海洋システムを描き出しています。2024年の出来事は、ルールを破った例外的な事象ではなく、むしろ海洋の内部機構がいかに季節の変化を遅らせる介入を行い得るかを示す実例でした。熱帯不安定波は、広範な気候論議ではしばら見過ごされがちですが、赤道太平洋を温かいままに保ち、ラニーニャの冷たい水を事実上食い止めた鍵であったことが証明されました。この洞察は、気候フェーズの移行に関する科学者の見方を一変させるものであり、海洋が大気の変化を受動的に受け取る存在ではなく、内部から気候の景観を再形成できる能動的な参加者であることを強調しています。