ロッドウェル・ホスキンズ機構

ロッドウェル・ホスキンズ機構は、インド/アジアの夏季モンスーンと地中海の気候との間の気候テレコネクションを説明する仮説である。これは1996年にブライアン・ホスキンズとマーク・J・ロッドウェルによって提唱された[ d ]。この仮説では、モンスーン地域の上昇気流がロスビー波と呼ばれる大気循環の特徴を引き起こし、それが西に広がり、中緯度の平均西風と相互作用して、最終的に空気の下降を引き起こすと規定している。下降気流は暖まり、湿度が低下するため、夏季には乾燥した気候となる。この大気の流れと地形（例えばアトラス山脈やザグロス山脈）との相互作用は、その効果をさらに変化させる。

この仮説は、夏季における東地中海の乾燥した気候を説明するために提唱されたものであり、ハドレー循環に関する他の説明では、その季節には妥当性が認められない。海面と陸面のフィードバックと併せて、この仮説は、世界の他の地域における砂漠や亜熱帯高気圧の存在、そしてモンスーンの変動と一致する地中海の気候変化も説明できる可能性がある。

亜熱帯高気圧^{[ 1 ]}と亜熱帯の砂漠の存在は、かつてはハドレー循環における空気の下降によって湿度が低下することに起因すると考えられていた。この下降は、空気が放射によって冷却され、エネルギー損失が断熱加熱によって相殺されることによって起こる。乾燥による植生の欠如は地表のアルベドを増加させ、それによって冷却が促進され、正のフィードバックとして作用する。^{[ 2 ] [ 3 ]}大気と海洋の相互作用、特に亜熱帯高気圧の風によって引き起こされるその東側の冷水の湧昇と、それによる対流の阻害は、海洋上で同じ役割を果たす。^{[ 4 ]}

しかし、ハドレー循環は、高気圧がまだ存在する夏の間は弱く^{[ 1 ] [ 3 ]}、乾燥は砂漠でピークに達することが多い。1996年、マーク・J・ロドウェルとブライアン・J・ホスキンズは、代わりに、アジアモンスーンに対するギル型の応答が西にロスビー波応答を誘発し、それがモンスーンの西で下降を引き起こすと提案した^{[ 5 ]} 。これはハドレー循環理論と同様のプロセスを含むが、東西の水平移流がエネルギーバランスを変化させ、特定の経度で下降を集中させる^{[ 6 ]。}水平移流があまり重要でない赤道地域とは異なる^{[ 7 ]} 。下降する空気はモンスーン地域で発生するわけではないので、ウォーカー循環ではない。むしろ、中緯度の偏西風^{[ 8 ]}で発生し、大気等エントロピー線に沿って下降する。ロッドウェルとホスキンズの 1996 年のシミュレーションでは、下降域の位置は下降域のすぐ西の地形によって制御されます。 ^{[ 9 ]}地形上の加熱^{[ 10 ]}は反時計回りの流れを誘発し、その結果、冷たい空気がその東に南下します。^{[ 9 ]}ただし、平均風の方向は強制の経度方向を調整します。^{[ 11 ]}ギリシャ上空のエテシアン風は、ロスビー波に関連した南向きの流れとして解釈できます。^{[ 12 ]} 2019 年に、Ossóらは、結合した海面温度応答が東地中海の西側の下降を誘発する上で重要であることを示しました。そうでない場合、インドモンスーンはロスビー波応答を誘発するには南に寄りすぎているからです。^{[ 13 ]}

その後の研究では、ロッドウェル・ホスキンズ機構はインドモンスーン以外のモンスーンによっても誘発されることが示されています。例えば、南米モンスーンは南東太平洋^{[ 14 ]}やアンデス山脈の西斜面^{[ 15 ]}で下降気流を誘発する可能性があり、北太平洋高気圧は北米モンスーンによって生じる可能性があります。亜熱帯高気圧はその後、海洋上の冷却と雲のフィードバック^{[ 16 ]}、そして宮坂と中村2005によれば、下降域下の乾燥した陸塊の太陽（顕熱）加熱^{[ 17 ]}によって強化されます。したがって、ロッドウェル・ホスキンズ機構は世界の亜熱帯と熱帯の大部分で役割を果たしている可能性があり^{[ 18 ]} 、特に地中海では亜熱帯高気圧の影響力が他の地中海性気候よりも小さいため、その影響は大きいと考えられます。^{[ 11 ]} Seager et al. 2003によると、南半球の高気圧のダイナミクスにおいて果たす役割は小さく、 ^{[ 19 ]}北太平洋高気圧の強化において果たす役割はごくわずかである可能性がある。^{[ 20 ]}

KellyとMapes（2013）によると、コミュニティ大気モデルでは、強いアジアモンスーンがロドウェル・ホスキンス機構を北アメリカまで拡大し、北大西洋西部の乾燥を引き起こす可能性がある。^{[ 21 ]}タール砂漠のような小規模な地形も、この機構によって生じる可能性がある。^{[ 22 ]}

ロッドウェル・ホスキンズ機構の強度はモンスーンの緯度の関数であり、赤道付近での上昇（モンスーン前の時期など）では効果的に誘発されない。^{[ 4 ]}ロッドウェルとホスキンズ（2001）によると、アフリカのモンスーンは熱帯モンスーンであるため、実質的なロッドウェル・ホスキンズ効果は誘発されない。^{[ 29 ]}

ロッドウェル・ホスキンズ機構によって強制的に下降させられた空気は、今度はモンスーン地域の収束帯に流れ込み、モンスーンの挙動を変化させることがあります。これは「相互作用ロッドウェル・ホスキンズ機構」^{[ 30 ]}として知られており、乾燥した/エネルギーの低い空気をモンスーン地域に持ち込むことで、モンスーンの西部セクターの降水量を減少させます。^{[ 31 ]}これは、北米モンスーンの西への広がりを制限し、西海岸沿いに乾燥を引き起こす役割を果たしているようです。^{[ 32 ]}同様に、南米モンスーンの南への広がりを制限する役割も果たしているようです。^{[ 33 ]}モンスーン砂漠機構は、数週間の時間スケールで変動します。^{[ 34 ]}

榎本 2003 は、地中海とアラル海上におけるロッドウェル・ホスキンス機構による下降流がアジアジェット気流の「入口」領域と一致し、その結果ロスビー波がこれらの領域を通ってジェット気流に流入する可能性があることを指摘した（「シルクロードパターン」）。榎本 2004 は、このジェット気流を通過するロスビー波が最終的に日本上空に蓄積し、そこで第二の高気圧の形成を誘発すると提案した。彼らはこのプロセスを「モンスーン・砂漠・ジェット気流機構」^{[ 35 ]}と呼び、これが日本で熱波を引き起こす可能性があると示唆した。 ^{[ 36 ]}この大気循環の構造は他の研究者によっても説明されている。^{[ 37 ]}さらに、モンスーン流出から直接発生する渦度異常がロスビー波としてジェット気流に流入する可能性がある。^{[ 38 ]}

Di Capua et al. 2020 は、太平洋のラニーニャがウォーカー循環との結合を通じてモンスーン砂漠メカニズムを強めることを指摘した。 ^{[ 39 ]} Wu と Shaw 2016 は、ロッドウェル・ホスキンズメカニズムがモンスーン関連の最も暖かい地点を移動させることで対流圏界面の温位を変化させると提唱した。^{[ 40 ]}

• Chen et al. 2001 は、上流のモンスーン加熱がロスビー波を誘発し、亜熱帯高気圧を生成する可能性があると提唱した^{[ 16 ]}。これは、西向きの Rodwell–Hoskins 仮説とは逆方向の東向きの強制によるものである。^{[ 75 ]}しかし、Chen et al. 2022によると、このプロセスは夏の大気循環の構造を説明するものではない。^{[ 76 ]}
• 地中海とアフリカのモンスーンの間のハドレー循環のような相互作用は、地中海の干ばつを激化させる。^{[ 77 ]}
• 東向きに伝播するケルビン波は、モンスーン地域の東側で下降気流を誘発する可能性があり、^{[ 14 ]}これはアジア高気圧と南大西洋高気圧に反応して南米モンスーンに関連する北太平洋高気圧を誘発する上で重要であり、モンスーンへの低層からの水分流入にも関連している。^{[ 29 ]}