極性増幅

極域増幅とは、正味放射バランスの変化（例えば温室効果の増大）が、惑星平均よりも極付近の気温に大きな変化をもたらす傾向がある現象である。^{[1]これは一般に、極域温暖化と熱帯温暖化の比と呼ばれている。長波放射の宇宙への放出を制限できる大気（}温室効果）を持つ惑星では、表面温度は単純な惑星平衡温度計算で予測されるよりも高くなる。大気または広大な海洋が極域に熱を輸送できる場合、極域はより暖かくなり、赤道域はそれぞれの地域の正味放射バランスで予測されるよりも低くなる。^[2]地球の平均気温が基準気候に比べて低い場合、極域は最も寒冷化する。逆に、地球の平均気温が高い場合、極域は最も温暖化する。^[1]

極端な例として、金星はその生涯を通じて温室効果の大幅な増加を経験したと考えられており^{[3] 、その両極は表面温度が実質的に}等温（両極と赤道の差がない）になるほど十分に温暖化している。 ^{[4] [5]}地球では、水蒸気と微量ガスによる温室効果は少なく、大気と広大な海洋が極方向への効率的な熱輸送を行っている。古気候の変化と近年の地球温暖化の変化は、以下で説明するように、どちらも強い極増幅を示している。

北極増幅は地球の北極のみの極性増幅であり、南極増幅は南極の極性増幅です。

北極の増幅に関する観測に基づく研究は、1969年にミハイル・ブディコによって発表され、^[6]その研究の結論は「海氷の減少は、表面アルベドフィードバックを通じて北極の気温に影響を与える」と要約されている。^{[7] [8]}同年、ウィリアム・D・セラーズによって同様のモデルが発表された。^[9]両研究は、地球の気候システム内で暴走する正のフィードバックの可能性を示唆したため、大きな注目を集めた。^{[10] 1975年、マナベとウェザラルドは、}温室効果ガスの増加の影響を調べた最初のやや妥当性のある一般循環モデルを発表した。地球の3分の1未満に限定され、「沼地」の海と高緯度にのみ陸地表面があるにもかかわらず、北極の温暖化は熱帯よりも速いことを示した（その後のすべてのモデルと同様）。^[11]

海氷と積雪に関連するフィードバックは、地球上の極域増幅の主な原因の 1 つとして広く挙げられています。^{[12] [13] [14]}これらのフィードバックは特に局所的な極域増幅で顕著ですが、^[15]最近の研究では、北極域増幅では減率フィードバックが氷アルベドフィードバックと同等に重要である可能性が高いことが示されています。^[16]この考えを裏付けるように、氷や雪のないモデル世界でも大規模な増幅が観測されています。^[17] これは、極方向の熱輸送の (おそらく一時的な) 強化と、より直接的には局所的な正味放射バランスの変化の両方から生じているようです。^{[17]局所的な放射バランスは非常に重要です。なぜなら、}外向きの長波放射が全体的に減少すると、赤道付近よりも極付近の正味放射が相対的に大きくなるからです。^[16]したがって、減率フィードバックと局所的な放射バランスの変化の間で、極域増幅の多くは外向きの長波放射の変化に起因すると考えられます。^{[15] [18]}これは特に北極に当てはまりますが、南極の標高の高い地形は減率フィードバックの影響を制限します。^{[16] [19]}

近年の極域増幅に寄与していると考えられる気候システムフィードバックの例としては、積雪と海氷の減少、大気と海洋の循環の変化、北極環境における人為的煤の存在、雲量と水蒸気の増加などがある。^[13] CO2強制力も極域増幅の原因とされている。^[20]ほとんどの研究は海氷の変化と極域増幅を結び付けている。^[13]_氷の広がりと厚さの両方が極域増幅に影響を与える。基準となる海氷の広がりが小さく、海氷の覆いが薄い気候モデルでは、極域増幅が強くなる。^[21]現代の気候モデルの中には、積雪と氷の覆いに変化がないのに北極域増幅を示すものもある。^[22]

極地の温暖化に寄与する個々のプロセスは、気候感度を理解する上で重要です。^[23]極地の温暖化は、海洋および陸上の生態系、気候システム、および人間の人口を含む多くの生態系にも影響を及ぼします。^[20] 極地の増幅は、遠隔からの強制力がほとんどない局所的な極地のプロセスによって主に駆動されますが、極地の温暖化は熱帯および中緯度の強制力によって制御されます。^[24]これらの極地の増幅の影響により、地球温暖化に直面した継続的な研究が行われています。

世界の風力エネルギーの70％は海洋に運ばれ、南極周極海流（ACC）内で起こっていると推定されている。^[25]最終的には、風圧による湧昇によって冷たい南極海水が大西洋表層海流を通って運ばれ、赤道上で暖められ、北極環境に運ばれる。これは特に高緯度で顕著である。^[21]このように、北極の温暖化は世界の海洋輸送の効率に依存し、極地シーソー効果に影響を与えている。^[25]

ラニーニャ現象中の酸素の減少とpHの低下は、一次生産の減少と極方向への海流の顕著な流れと相関するプロセスです。^[26] ENSOのラニーニャ期間中の北極表面気温の異常上昇のメカニズムは、ロスビー波がより極方向に伝播し、波のダイナミクスと下向きの赤外線放射の増加につながる熱帯励起北極温暖化メカニズム（TEAM）に起因する可能性があると提案されています。^{[1] [27]}

極性増幅は極性増幅係数で定量化され、一般的には極温度の変化とそれに対応するより広い平均温度の変化の比率として定義されます。

${\displaystyle {PAF}={\Delta {T}_{p} \over \Delta {\overline {T}}}}$  、

ここで、は極地温度の変化であり、は、たとえば、地球の平均気温の対応する変化です。 ${\displaystyle \Delta {T}_{p}}$${\displaystyle \Delta {\overline {T}}}$  

一般的な実装^{[28] [29]}では、気温の変化を最近の基準期間（通常は30年）に対する地表気温の異常として直接定義しています。他の実装では、長期間にわたる地表気温の分散の比率を使用しています。^[30]

北極と南極の温暖化は、軌道力の影響で一般的に位相がずれて進行し、いわゆる極シーソー効果を引き起こすことが観察されています。^[31]

更新世の氷河期/間氷期サイクルは、北極と南極の両方で極域増幅の広範な古気候証拠を提供している。 ^[29]特に、 2万年前の最終氷期極大期以降の気温上昇は明確な状況を示している。北極（グリーンランド）と南極からの代理気温記録は、極域増幅係数が2.0のオーダーであることを示している。^[29]

観測された北極の増幅につながるメカニズムとして、北極の海氷の減少（開水面は海氷よりも太陽光を反射する量が少ない）、赤道から北極への大気の熱輸送、^[33]および減率フィードバックが提案されている。^[16]

北極は歴史的に世界平均の2倍の速さで温暖化していると言われてきたが^[34]、この推定は最近の加速を見逃した古い観測に基づいていた。2021年までに、北極が地球全体の3倍の速さで温暖化したことを示すのに十分なデータが得られ、1971年から2019年の間に3.1°C上昇したのに対し、同じ期間の世界全体の温暖化は1°Cであった。^[35]さらに、この推定では北極を北緯60度より上のすべて、つまり北半球の3分の1と定義している。2021～2022年には、1979年以降、北極圏内（北緯66度より上）の温暖化は世界平均のほぼ4倍の速さであることが判明した。^{[36] [37]}北極圏内では、バレンツ海地域でさらに大きな北極増幅が起こっており、西スピッツベルゲン海流周辺のホットスポットでは、その経路にある気象観測所は、世界平均よりも最大7倍速い10年間の温暖化を記録しています。^{[38] [39]}これにより、北極海の他の海氷とは異なり、バレンツ海の氷は1.5度の地球温暖化でも永久に消失する可能性があるという懸念が高まっています。^{[40] [41]}

北極の増幅の加速は直線的ではなかった。2022年の分析では、2段階の急激な加速があり、前者は1986年頃、後者は2000年以降に起こったことが判明した。^[42]最初の加速は、この地域での人為的放射強制力の増加に起因しており、これはおそらく、酸性雨に対抗するために1980年代にヨーロッパで成層圏の硫黄エアロゾル汚染が削減されたことと関連している。硫酸エアロゾルには冷却効果があるため、その不在により北極の気温が最大0.5℃上昇した可能性がある。^{[43] [44]} 2回目の加速の原因は不明であり、^[35]どの気候モデルにも現れなかったのはこのためである。これは、北極の気温と大西洋数十年規模振動（AMO）との関連性が示唆されているように、数十年にわたる自然変動の一例である可能性が高く、^{[45]その場合、将来的には逆転することが期待されます。しかし、北極の増幅の最初の増加でさえ、現在の}CMIP6モデルのほんの一部でしか正確にシミュレートされていませんでした。^[42]

• 北極双極子異常
• 北極振動
• 北極の気候
• 極渦
• 突然の成層圏温暖化

• スティーブ・タートン（2021年6月3日）。「北極圏の温暖化はなぜ世界の他の地域よりも速いのか？科学者が解説」。WEForum.org。世界経済フォーラム。2021年6月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。