熱帯低気圧と気候変動

気候変動は熱帯低気圧にさまざまな影響を与えます。降雨量と風速の激化、非常に激しい嵐の頻度の増加、サイクロンの最大強度に達する場所の極方向への拡大などは、人為的な気候変動の結果です。^{[1] [2]}熱帯低気圧は暖かく湿った空気をエネルギー源または燃料として使用します。気候変動により海水温が上昇しているため、この燃料がさらに多く利用可能になる可能性があります。^[3]

1979年から2017年の間に、サファー・シンプソン・スケールでカテゴリー3以上の熱帯低気圧の割合が世界的に増加しました。この傾向は北インド洋、^{[4] [5]} 北大西洋、南インド洋で最も顕著でした。北インド洋、特にアラビア海では、サイクロンの頻度、期間、強度が大幅に増加しています。1982年から2019年の間に、アラビア海のサイクロンの数は52％増加し、非常に激しいサイクロンの数は150％増加しました。一方、アラビア海のサイクロンの総期間は80％増加し、非常に激しいサイクロンの総期間は260％増加しました。^[4]北太平洋では、熱帯低気圧は極地のより冷たい海域に移動しており、この期間に強度の増加は見られませんでした。^[6]気温が2℃（3.6℉）上昇すると、熱帯低気圧のより大きな割合（+13%）がカテゴリー4および5の強さに達すると予想されます。^{[1] 2019年の研究では、気候変動が大西洋流域における熱帯低気圧の}急速な激化の傾向を促進していることが示されています。急速に激化するサイクロンは予測が難しく、沿岸地域にさらなるリスクをもたらします。^[7]

暖かい空気はより多くの水蒸気を含むことができます。理論上の最大水蒸気量はクラウジウス・クラペイロンの関係で与えられ、1 °C（1.8 °F）の温暖化ごとに大気中の水蒸気が約7％増加します。^{[8] [9]} 2019年のレビュー論文で評価されたすべてのモデルは、将来の降雨量の増加を示しています。^[1]海面上昇がさらに進むと、高潮レベルが増加します。^{[10] [11]}熱帯低気圧の変化の結果として極端な風波が増加し、沿岸地域への高潮の危険性がさらに悪化する可能性があります。 ^[12]洪水、高潮、陸上の洪水（河川）による複合的な影響は、地球温暖化により増加すると予測されています。^[11]

気候変動が熱帯低気圧の全体的な発生頻度にどのような影響を与えるかについては、現在のところコンセンサスが得られていない。^[1]気候モデルの大多数は、将来の予測では発生頻度が減少することを示している。^[12]例えば、9つの高解像度気候モデルを比較した2020年の論文では、南インド洋と南半球全体で発生頻度が大幅に減少する一方で、北半球の熱帯低気圧についてはさまざまな兆候が見られた。^[13]観測では、世界全体で熱帯低気圧の全体的な発生頻度にほとんど変化が見られず、^[14]北大西洋と中部太平洋では発生頻度が増加し、南インド洋と北太平洋西部では大幅に減少していることが示された。^[15]熱帯低気圧の最大強度が発生する緯度は極方向へ拡大しており、これは気候変動と関連している可能性がある。^[16]北太平洋では、東方向への拡大もあった可能性がある。^[10] 1949年から2016年の間に、熱帯低気圧の移動速度が低下した。これがどの程度気候変動に起因するのかはまだ不明であり、気候モデルはすべてこの特徴を示しているわけではない。^[12]

熱帯低気圧は、低気圧の中心、閉じた低層大気循環、強風、激しい雨や突風を引き起こす雷雨の螺旋状配列を特徴とする、急速に回転する嵐のシステムです。これらのシステムの大部分は、毎年 7 つの熱帯低気圧盆地のいずれかで発生し、さまざまな気象サービスや警報センターによって監視されています。

熱帯低気圧の活動を決定する要因は比較的よく理解されています。海面の温暖化や中層対流圏の不安定化と湿潤化は熱帯低気圧の発生に有利ですが、垂直方向の風のせん断は熱帯低気圧を抑制します。これらすべての要因は気候変動によって変化しますが、どの要因が優勢であるかは必ずしも明らかではありません。^[17]

熱帯低気圧は、大西洋と北東太平洋ではハリケーン、北西太平洋では台風、南太平洋やインド洋ではサイクロンとして知られています。^[18]基本的に、これらはすべて同じタイプの嵐です。

衛星画像に基づいて、ドヴォラック法は熱帯低気圧の強度を世界的に推定するために使用される主要な手法です。^[19]

熱帯低気圧の潜在的強度 (PI) は、主に気温、湿度、海面水温 (SST) の鉛直プロファイルから得られる観測データから計算できます。対流有効位置エネルギー (CAPE) は、 1958 年から 1997 年にかけて熱帯地方の一部のラジオゾンデ観測所から計算されましたが、品質が低いと考えられています。電力消費指数 (PDI) は、北大西洋と北太平洋西部の総電力消費を表し、熱帯 SST と強い相関関係にあります。^[20]システムを分類するために、 さまざまな熱帯低気圧スケールが存在します。

1970年頃に始まった衛星時代以降、嵐と海面水温の関係に関する傾向は十分に堅牢であると考えられています。より遠い過去には活発な嵐の時期があったという意見は一致していますが、海面水温に関連する電力損失指数はそれほど高くありませんでした。^[20] 古気象学は、地質学的プロキシ（洪水堆積物）または難破船や樹木の年輪異常などの歴史的文書記録によって過去の熱帯低気圧の活動を科学するものです。2019年現在^[update]、古気候研究はまだより広い地域について結論を導き出すのに十分な一貫性がありませんが、特定の場所に関する有用な情報を提供しています。^[21]

気候モデルは、サイクロン活動の将来的な変化を予測するために使用されます。解像度の低い気候モデルでは対流を直接表現することができず、代わりにパラメーター化を使用して小規模プロセスを近似します。対流は熱帯低気圧物理学の重要な部分であるため、これは熱帯低気圧にとって困難をもたらします。

高解像度の全球モデルや地域気候モデルは、実行にコンピュータの負荷が大きくなり、十分な熱帯低気圧をシミュレートして堅牢な統計分析を行うことが困難になる場合があります。しかし、技術の進歩により、気候モデルは熱帯低気圧の頻度と強度のシミュレーション能力を向上させています。^{[22] [23]}

科学者がモデル化を行う際に直面する課題の1つは、最近の熱帯低気圧の変化が人為的な要因によるものなのか、それともこれらの変化が自然変動の範囲内なのかを判断することです。^[24]これは、熱帯低気圧をより長い時間解像度で調査した場合に最も顕著になります。ある研究では、1世紀にわたる歴史的記録の中で、オーストラリア東部の海岸沿いの熱帯暴風雨が減少傾向にあることがわかりました。^[25]

気候変動は熱帯低気圧にさまざまな影響を及ぼす可能性があります。降雨量と風速の増加、全体的な発生頻度の減少、非常に激しい嵐の発生頻度の増加、サイクロンの最大強度に達する場所の極方向への拡大などは、人為的な気候変動の結果として起こり得るものです。^[26]

暖かい空気はより多くの水蒸気を保持できます。理論上の最大水蒸気量はクラウジウス・クラペイロンの関係で与えられ、1℃の気温上昇ごとに大気中の水蒸気が約7％増加します。^{[8] [9]} 2019年のレビュー論文で評価されたすべてのモデルは、将来的に降雨量（1時間あたりに降る雨量）が増加することを示しています。^[26]世界気象機関は2017年に、ハリケーン・ハービーによる降雨量は気候変動によって増加した可能性が高いと述べました。^{[27] [28]}

熱帯低気圧の降雨面積（降雨量とは対照的に）は、主にその環境海面水温（SST）によって制御されます。これは熱帯平均SSTに対する相対海面水温と呼ばれます。降雨量は、嵐の風域の拡大に伴って相対SSTが上昇するにつれて外側に広がります。最大の熱帯低気圧は、相対SSTと中層対流圏相対湿度の最大値が位置する北太平洋西部熱帯地域で観測されます。海水温が均一に上昇すると仮定すると、温暖化が降雨面積に影響を与える可能性は低いです。^[29]

熱帯低気圧は暖かく湿った空気をエネルギー源、つまり「燃料」として利用する。気候変動により海水温が上昇しているため、この燃料は潜在的にさらに多く利用できる。^[32] 2012年に発表された研究では、熱帯低気圧は海盆温度に敏感であるため、SSTは熱帯低気圧の潜在的な強度（PI）を測定するための代替指標として有用である可能性があることが示唆されている。^{[33] 1979年から2017年の間に、}サファー・シンプソンスケールでカテゴリー3以上の熱帯低気圧（風速が時速178 km（111マイル）を超えるサイクロン）の割合が世界的に増加した。この傾向は北大西洋と南インド洋で最も顕著であった。北太平洋では、熱帯低気圧は極地のより冷たい海域に移動しており、この期間に強度の増加は見られなかった。^[34]気温が2℃上昇すると、熱帯低気圧のより大きな割合（+13%）がカテゴリー4および5の強度に達すると予想されます。^[26] 2020年に発生した少なくとも熱帯暴風雨強度の嵐に関する研究では、人為的な気候変動により、極端な3時間降雨量が10%、極端な3日間の累積降雨量が5%増加し、ハリケーン強度の嵐では、その数字はそれぞれ11%と8%に増加したと結論付けられました。^[35]

気候変動は、大西洋流域における熱帯低気圧の急速な激化の傾向を促進している可能性が高く、激化する嵐の割合は1982年から2009年の間にほぼ2倍になっています。 ^{[36] [37]}急速に激化するサイクロンは予測が難しく、沿岸地域にさらなるリスクをもたらします。^[38]嵐はまた、上陸後、衰退が遅くなり始めており、過去よりも内陸の地域を脅かしています。^[39] 2020年大西洋ハリケーンシーズンは例外的に活発で、嵐の頻度と強度に関する多くの記録を更新しました。^[40]

気候変動が熱帯低気圧の全体的な発生頻度にどのような影響を与えるかについてはコンセンサスが得られていない。^[26]気候モデルの大多数は、将来の予測では発生頻度が減少することを示している。^[21]たとえば、9つの高解像度気候モデルを比較した2020年の論文では、南インド洋と南半球全体で発生頻度が大幅に減少している一方で、北半球の熱帯低気圧についてはさまざまな兆候が見られた。^[41]観測では、世界中の熱帯低気圧の全体的な発生頻度にほとんど変化が見られなかった。^[42]

2015年に発表された研究では、気候が寒冷になると熱帯低気圧が増え、海面水温が26℃（79℉）以下でも熱帯低気圧が発生する可能性があると結論付けられました。^{[43] [ 44]}特に南半球では海面水温が上昇し、二酸化炭素濃度が上昇するため、将来的には熱帯低気圧の発生頻度が減少する可能性があります。^{[33] [45]}

2015年のハリケーンシーズンに記録的な数の熱帯低気圧とカテゴリー4のハリケーンが3つ同時に発生した東部および中部太平洋での村上らによる研究では、温室効果ガスの影響で亜熱帯太平洋の温暖化が促進され、この地域で非常に活発な熱帯低気圧の頻度が増加すると予測されている。^[46]

熱帯低気圧の最大強度が発生する緯度は極方向に拡大しており、これは気候変動と関連している可能性がある。^[16]北太平洋では、東方向にも拡大している可能性がある。^[47] 1949年から2016年の間に、熱帯低気圧の移動速度は低下した。これがどの程度気候変動に起因するのかはまだ不明であり、気候モデルはすべてこの特徴を示しているわけではない。^[21]

海面上昇がさらに進むと、高潮のレベルも上昇する。^{[47] [48]}熱帯低気圧の変化の結果として極端な風波が増加し、沿岸地域への高潮の危険性がさらに悪化する可能性が高い。 ^[21] 1923年から2008年の間、米国大西洋岸の高潮の発生はプラスの傾向を示した。^[49] 2017年の研究では、洪水、高潮、陸地の洪水（河川）の複合的な影響が検討され、気候変動による増加が予測されている。^{[48] [50]}しかし、科学者たちは、最近の高潮の増加が人為的な気候変動への反応であるかどうかはまだ確信が持てていない。^[51]

2008年と2016年に実施された研究では、大西洋のハリケーンシーズンの期間を調査し、特に北緯30度以南と西経75度以東でシーズンが長くなっている可能性があること、または海面水温の上昇と相関してシーズンの早い時期と遅い時期に嵐が発生する傾向があることが判明しました。しかし、不確実性は依然として高く、ある研究では傾向は見られず、別の研究では結果がまちまちでした。^[52]

2011年の研究では、北大西洋での激しいハリケーンの活動の増加と、アフリカ東風波（AEW）の対流活動の北方への移動と増幅が関連しているとされています。^[53]サイクロンの強度に加えて、サイズと移動速度の両方がハリケーンの通過による影響に大きく寄与していることが示されています。2014年の研究では、高排出シナリオに対するAEWの反応を調査し、アフリカ熱帯前線に沿った地域的な温度勾配、収束、隆起が増加し、その結果アフリカ東風波が強化され、西アフリカと大西洋盆地の気候に影響を与えていることがわかりました。^[54]

2017年の研究では、2015年のハリケーンシーズンの活発化は、強いエルニーニョ現象だけに起因するものではないと結論付けられました。むしろ、亜熱帯の温暖化も重要な要因であり、これは気候変動の結果としてより一般的に見られる特徴です。^{[46] 2019年の研究では、気候変動に関連して蒸発量の増加と大気中の水蒸気を保持する能力の増大により、}ハリケーン・カトリーナ、イルマ、マリアによる降雨量がすでに4～9％増加していることがわかりました。将来的には最大30％の増加が予測されています。^[55]

2018年の研究では、1900年以降、米国本土に上陸するハリケーンの頻度や強度に大きな傾向は見られなかった。さらに、沿岸部の人口増加と地域の富の増加が、ハリケーン関連の被害の観測された増加の圧倒的な要因となった。^[56]

日本とハワイの記録に基づく研究によると、北西太平洋の台風は1977年以降平均12～15%激​​化している。観測された最も強い台風は2倍、あるいは3倍になった地域もあり、特に上陸した台風の強度は顕著である。この暴風雨の激しさの上昇は中国、日本、韓国、フィリピンの沿岸住民に影響を及ぼしており、海水温の上昇が原因と考えられている。著者らは、地球温暖化がどの程度水温上昇を引き起こしたかはまだ明らかではないが、観測結果はIPCCが予測する海面水温の上昇と一致していると指摘している。^{[57]中国とその周辺では垂直風せん断が減少傾向にあり、激しい熱帯低気圧が発生しやすい状況となっている。これは主に、地球温暖化の結果である}東アジアの夏季モンスーンの弱体化に反応したものである。^[58]

熱帯暴風雨の増加には、直接的または間接的に負傷や死亡を引き起こす可能性があるなど、いくつかのリスクが伴う。^[59]リスク管理の最も効果的な戦略は、早期警報システムの開発である。^[60]洪水のリスクを軽減するさらなる政策は、コミュニティの土壌を強化し、沿岸の浸水を減らすために、内陸部の再植林を行うことである。 ^[61]また、地元の学校、教会、その他のコミュニティインフラをサイクロンシェルターとして恒久的に装備することも推奨されている。^[61]被災者への即時の救済にリソースを投入することに焦点を当てると、より長期的な解決策から注意が逸れてしまう可能性がある。これは、熱帯サイクロンの影響を最も受ける低所得のコミュニティや国でさらに悪化する。^[61]

特定の国家および超国家的な決定はすでになされ、実施されつつある。太平洋地域の国家およびコミュニティ間の災害対応と気候変動適応を強化し、より良く調整するために、「太平洋における強靭な開発のための枠組み（FRDP）」が制定された。この体制の下、南太平洋のトンガやクック諸島などの特定の国は、気候変動の高まるリスクへの対応を調整し、実行するために、「気候変動と災害リスク管理に関する国家共同行動計画（JNAP）」を策定した。^{[61] [62]}これらの国々は、自国の最も脆弱な地域を特定し、実施すべき国家および超国家的な政策を策定し、これらの目標を達成するための具体的な目標とタイムラインを示した。^[62]実施されるべき行動には、森林再生、堤防やダムの建設、早期警報システムの構築、既存の通信インフラの強化、新たな淡水源の発見、再生可能エネルギーの普及の促進と補助、持続可能な農業を促進するための灌漑技術の改善、持続可能な対策に関する公衆教育の取り組みの強化、再生可能エネルギー源の利用拡大のための国際的なロビー活動などが含まれる。[ ^62]

米国では、ハリケーンの激化に備えるために、地域の緊急避難所の準備、砂丘や堤防の建設、森林再生の取り組みなど、いくつかの取り組みが行われてきました。^[64]ハリケーンのモデル化能力が向上したにもかかわらず、物的損害は劇的に増加しています。^[65]国家洪水保険プログラムは、洪水多発地域での住宅再建を奨励しており、それによってハリケーンや海面上昇によるリスクの増大への適応を妨げています。^[66]風のせん断と高潮のため、建物の外壁が弱い建物はより多くの被害を受けます。気候モデルを使用したリスク評価は、ハリケーン多発地域の住宅の構造的健全性を判断するのに役立ちます。^[67]

湿地、マングローブ、サンゴ礁などの生態系は、海岸浸食、高潮、ハリケーンによる風害に対する自然の障害物として機能することがあります。 ^{[68] [69]これらの自然の生息地は、}炭素の吸収源として機能し、地域の生物多様性をサポートするため、より費用対効果が高いと考えられています。 ^{[69] [70]}自然の生息地が熱帯低気圧に対するより有益な障壁であるという十分な証拠がありますが、政府機関や意思決定者にとっては、人工の防御が主な解決策であることがよくあります。^[71]  2015年に発表された研究では、テキサス州フリーポートでの熱帯低気圧に対する自然、人工、ハイブリッドのリスク緩和の実現可能性を評価し、自然生態系をリスク緩和計画に組み込むことで、洪水の高さを減らし、将来的に人工防御のコストを軽減できることがわかりました。^[71]

21世紀初頭の大西洋ハリケーン、例えばハリケーン・カトリーナ、ハリケーン・ウィルマ、ハリケーン・サンディによる被害は、気候変動とハリケーンというテーマに対する報道機関や一般大衆の関心の大幅な高まりと、地球規模の気候変動がこれらの出来事に大きな役割を果たしたのではないかという懸念を引き起こした。2005年と2017年にハリケーンの被害を受けた人々を対象に行われた関連世論調査では、2005年にはアメリカ人の39%が気候変動がハリケーンの激しさを増す一因になっていると考えており、2017年9月には55%に上昇したという結論が出ている。^[72]

2016年の台風メランティの後、中国ではリスク認識の増加は見られなかった。しかし、気候変動に対する個人およびコミュニティの行動への支持は明らかに高まった。^[73]台湾では、台風を経験した人々は気候変動に対する不安をあまり表明しなかった。調査では、台風に対する不安と気候変動に対する不安の間には正の相関関係があることが判明した。^[74]

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• 気候科学者が、気候変動による嵐の強さの増加が予想される背景にある物理学を説明（ビデオ 2017 年 9 月）