突然の成層圏温暖化

突発的な成層圏温暖化（SSW）は、数日間で極成層圏の温度が数十ケルビン（最大約50℃（90℉）上昇する現象です。 ^{[1]この温暖化に先立って、成層圏}極渦の偏西風が減速し、その後反転します。SSWは北半球では10年に約6回発生し、^[2]南半球では20～30年に約1回発生します。^{[3] [4]}南半球で観測されたSSWは2回のみです。^[5]

成層圏の最初の継続的な測定は、1951年にリチャード・シェルハグによってラジオゾンデを使用して上部成層圏（約40 km）の信頼性の高い温度測定値を取得することで行われ、彼は1952年1月27日に成層圏の温暖化を初めて観測しました。彼は発見の後、ベルリン自由大学で成層圏を研究するために気象学者のチームを編成し、このグループはラジオゾンデとロケットゾンデを使用して長年にわたって北半球の成層圏の温度とジオポテンシャル高度の地図を作成し続けました。

1979 年に衛星時代が始まると、気象測定ははるかに頻繁に行われるようになりました。衛星は主に対流圏に使用されていましたが、成層圏のデータも記録しました。今日では、衛星と成層圏ラジオゾンデの両方が成層圏の測定に使用されています。

SSW は極渦の崩壊と密接に関係しています。気象学者は通常、渦の崩壊をメジャー、マイナー、ファイナルの 3 つのカテゴリに分類します。これらの明確な標準定義は今のところ採用されていません。^[2]ただし、極成層圏の循環が逆転する限り、SSW を検出する方法の違いは関係ありません。^[6]「メジャー SSW は、冬の極成層圏の西風が東風に逆転するときに発生します。マイナー温暖化では、極の温度勾配は逆転しますが、循環は逆転せず、ファイナル温暖化では、渦が崩壊して次の北半球の秋まで東風のままになります。」^[2]

時々、その独特で際立った構造と進化のため、4 番目のカテゴリであるカナダの温暖化が含まれることがあります。

「SSWには主に2つのタイプがあります。成層圏極渦が極からずれる変位イベントと、渦が2つ以上の渦に分裂する分裂イベントです。一部のSSWは両方のタイプの組み合わせです。」^[2]

これらは、60N および 10 hPa の偏西風が反転、つまり東風になったときに発生します。極渦の完全な破壊が観測され、渦は娘渦に分割されるか、極上の通常の位置から移動します。

世界気象機関の大気科学委員会によると、 ^{[7] : 19} 成層圏の温暖化は、高度 10 mb 以下で緯度平均気温が 60 度緯度から極方向に上昇し、それに伴う循環の逆転が観測される場合 (つまり、60 度緯度から極方向の卓越平均西風が、同じ領域で平均東風に変わる場合)、大規模であると言えます。

マイナー温暖化はメジャー温暖化と似ていますが、それほど劇的ではなく、西風は遅くなりますが、逆転することはありません。そのため、渦の崩壊は観察されません。

マッケンターフ^{[7] ：19}は、WMOの大気科学委員会を引用している。成層圏の温暖化は、冬季の半球のどの地域でも、成層圏のどのレベルでも、顕著な気温上昇（つまり、1週間以内に少なくとも25度）が観測された場合、軽微であるとされる。極渦は崩壊せず、西風から東風への風の逆転はそれほど広範囲ではない。

成層圏の放射サイクルは、冬季には平均流が西向き、夏季には東向き（西向き）であることを意味します。この移行時に最終的な温暖化が発生し、極渦の風向が温暖化に合わせて変更され、次の冬まで元に戻りません。これは、成層圏が夏の東向きフェーズに入ったためです。これが最終的な温暖化であるのは、夏季に別の温暖化が発生することはあり得ないため、現在の冬の最後の温暖化です。

カナダの温暖化は、北半球の成層圏で初冬に発生し、通常は 11 月中旬から 12 月初旬にかけて発生します。南半球では同様の現象は発生しません。

通常の北半球の冬には、いくつかの小さな温暖化現象が発生し、約2年ごとに大きな現象が発生します。北半球で大規模な成層圏温暖化が発生する理由の1つは、地形と陸と海の温度差により、対流圏で長い（波数1または2）ロスビー波が発生するためです。これらの波は成層圏まで上昇して消散し、偏西風を減速させて北極を温めます。^[8]これが、2つの例外を除いて、大規模な温暖化が北半球でのみ観測される理由です。2002年と2019年には、南半球で大規模な温暖化が観測されました。^{[9] [10] [11]}これらの現象は完全には理解されていません。

最初は、対流圏にブロッキング型の循環パターンが形成されます。このブロッキング パターンにより、 ^[要説明]帯状波数 1 および/または 2 のロスビー波^[12]が異常に大きな振幅に成長します。成長した波は成層圏に伝播し、偏西風の平均帯状風を減速させます。^[要説明]そのため、極夜ジェットは弱まり、同時に成長する惑星波によって歪められます。波の振幅は密度の減少とともに増加するため、この東風の加速プロセスはかなり高いレベルでは効果的ではありません。^{[なぜ? ]}波が十分に強い場合、平均帯状流が十分に減速し、冬の偏西風が東向きに変わる可能性があります。この時点で、惑星波は成層圏に浸透しなくなる可能性があります^{[13] [要説明]}。そのため、エネルギーの上方への伝達は完全に遮断され、この臨界レベルでは急速な東風の加速と極域の温暖化が起こり、その後は下方へと移動し、最終的には温暖化と帯状風の逆転が極域成層圏全体に影響を及ぼすことになる。惑星波の上方伝播と成層圏平均流との相互作用は、伝統的にいわゆるエリアセン・パームフラックスによって診断される。^{[14] [15]}

成層圏の急激な温暖化と準2年振動の間には関連があります。QBOが東風相にある場合、大気導波管は、上向きに伝播するロスビー波が極渦に集中するように変更され、平均流との相互作用が強化されます。したがって、これらのイベントをQBO相（東風または西風）に従ってグループ化すると、成層圏の急激な温暖化の頻度に統計的に有意な不均衡が存在します。

成層圏の急激な温暖化は主に下層大気から上方に伝播する惑星規模の波動によって引き起こされるが、成層圏の急激な温暖化が地表の天候に及ぼすその後の反動効果もある。成層圏の急激な温暖化の後、高高度の西風は反転し、東風に置き換わる。東風は大気中を下降し、対流圏の西風を弱め、北ヨーロッパの気温を劇的に低下させることが多い。^[16]このプロセスは数日から数週間かかることがある。^[1]

• 極性増幅
• テレコネクション

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• ヘンドン、ハリー、ワトキンス、アンドリュー・B、リム、ウンパ、ヤング、グリフィス（2019年9月6日）。「南極上空の空気が突然暖かくなりつつある。オーストラリアにとってそれが何を意味するのか」。ザ・カンバセーション。 2019年9月10日閲覧。

• 英国気象庁: 成層圏の急激な温暖化 (SSW) とは何ですか?
• 天気と気候に関する議論、気象学の読み方 WCD ブログ: 成層圏の突然の変動
• GEOS-5 2013 年 1 月の大規模な成層圏突然温暖化の解析と予測 NASA 地球規模モデリングおよび同化オフィス