Why observed tropical-cyclone inner-core rain trends oppose model projections: perspectives from ERA5

熱帯低気圧は、海と空をかき乱し、地球上で最も破壊的な降雨をもたらす、自然界で最も強力なエンジンの一つです。これらの嵐は強風で有名ですが、最も壊滅的な洪水や土砂崩れを引き起こすのは、多くの場合、その中心付近に集中する豪雨です。科学者たちは、惑星が温暖化するにつれて、加熱されたスポンジが膨張するように、大気がより多くの水蒸気を保持できるようになることを古くから理解しています。この物理的原理は、気候が暑くなるにつれて、これらの嵐がさらに多くの雨を降らせることができるようになることを示唆しています。私たちの大気の物理学をシミュレートするコンピュータモデルは、これらの嵐の中心部における降雨率が、地球の気温上昇に伴って大幅に増加すると一貫して予測しています。

しかし、現在実際に起きていることに目を向けると、不可解な矛盾が生じています。過去20年間にわたり、衛星観測は、熱帯低気圧の内部コアに降る雨が、激しくなるどころか、むしろ軽くなっているという異なる物語を示してきました。モデルが予測する温暖化する世界と、人工衛星が現在目にしている現実との間のこの乖らいは、気候科学における根本的な課題を生み出しています。もし現実の世界がモデルの示唆とは異なる挙ミノを見せているのであれば、将来の洪水リスクの予測を信頼できるのかという難しい問いが浮上します。この謎を解明するために、研究者たちは、なぜ観測された傾向が予測とは逆の方向に動いているのかを理解するため、地球の天候の膨大なデジタル記録を調査しました。

研究者たちはまず、過去20年間の熱帯低気圧の挙動に関する2つの異なる記録を比較することから始めました。一つの記録は、降雨を直接測定する衛星によるものであり、もう一つは、歴史的な気象データと現代の予測モデルを融合させた「再解析」と呼ばれる高度なコンピュータによる大気の再構成データです。衛星データは、嵐の中心付近に降る雨の強度が、10年ごとに測定可能な量だけ減少しているという明確な衰退を明らかにしました。対照的に、コンピュータによる再構成は、同じ期間に降雨率が増加していることを示しており、これは気候モデルが予測する方向と一致していました。この乖離は、現実の世界で何らかの根本的なことが起きており、それがモデルに捉えられていないか、あるいはモデルが現在の気候がまだ完全には経験していない方法で温暖化に反応していることを意味していました。

原因を突き止めるため、チームは嵐がどれだけの雨を生み出すかを制御する具体的な物理的要素を調査しました。彼らは、嵐の風速、中心の目の大きさ、空気中の水分量、そして上昇気流を抑制する蓋として機能する大気の安定性といった要因を調べました。各要因を分離する複雑な統計テストを実行した結果、過去20年間で大気が実際に不安定化し、雨の形成を困難にする抑制因子として機能してきたことを発見しました。この安定化効果は、より温暖で湿った大気による降雨増加の可能性を打ち消すほど強力でした。

決定的な違いは、嵐そのものの変化にありました。衛星観測によれば、近年の現実の熱帯低気圧は強まっておらず、実際、その最大風速はわずかな減少傾向を示していました。さらに、嵐は拡大しており、最強風域の半径が大きくなっていました。嵐が広がると、そのエネルギーがより広い範囲に分散されるため、中心部で激しい雨を生み出すために必要な強烈な上昇気流が弱まります。しかし、コンピュータによる再構成では、嵐が強まり、風域が縮小する世界がシミュレートされており、そのような状況では自然と激しい降雨につながります。現実の嵐は強まっておらず、実際には拡大していたため、水分量に起因する降雨の増加は実現しませんでした。代わりに、嵐の構造における物理的な変化と安定した大気が支配的となり、結果として観測された降雨量の減少を招いたのです。

本研究は、観測とモデルの不一致は、基礎となる物理学の失敗ではなく、異なるタイムスケールと規模の違いを反映していると結論付けています。モデルは通常、大幅な温暖化が進む状況下で何が起こるかを示すように設計されており、そこでは大気の水分量による増加が、安定性による抑制効果を最終的に圧倒することになります。しかし、近年の温暖化は、この水分量による急増を引き起こすにはあまりにも緩やかでした。その代わりに、嵐の強度と構造における自然な変動が主導権を握り、降雨率を押し下げたのです。この発見は、使用されている気候モデルの物理的枠組みの妥当性を証明するものです。つまり、惑星が温暖化し続け、水分量の効果が強まるにつれて、予測される降雨量の増加が実現する可能性が高いことを示唆しています。現時点での減少は、広範な温暖化傾向に取って代わられる前の、特定の嵐の挙動と大気条件による一時的な結果なのです。