熱帯低気圧と気候変動

衛星画像に基づくと、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ある。^{[ 20 ]}

熱帯低気圧の潜在強度 (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。パワー散逸指数 (PDI) は、北大西洋と北西太平洋の総パワー散逸を表し、熱帯の SST と強い相関があります。^{[ 21 ]}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、嵐と海面水温の関連性に関する傾向は十分に確固たるもの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ことは合意されていますが、海面水温に関連するパワー散逸指数はそれほど高くありませんでした。^{[ 21 ]}古嵐学は、地質学的指標（洪水堆積物）や、難破船や年輪異常などの歴史的文書記録を用いて、過去の熱帯低気圧活動を研究する科学です。2019年現在古気候研究はまだ十分に一貫していないため、より広い地域について結論を出すことはできませんが、特定の場所については有用な情報を提供しています。^{[ 22 ]}

気候モデルは、将来予測されるサイクロン活動の変化を研究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できないため、パラメーター化を用いて小規模なプロセスを近似します。対流は熱帯低気圧の物理学において不可欠な要素であるため、これは熱帯低気圧の解析において困難を伴います。

高解像度の地球規模モデルや地域気候モデルは、実行にコンピュータ負荷が高くなる可能性があり、十分な数の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、技術の進歩に伴い、気候モデルは熱帯低気圧の頻度と強度のシミュレート能力を向上させています。^{[ 23 ] [ 24 ]}

科学者がモデリングを行う際に直面する課題の1つは、熱帯低気圧の最近の変化が人為的な強制力と関連しているのか、それともこれらの変化がまだ自然変動の範囲内にあるのかを判断することです。^{[ 25 ]}これは、熱帯低気圧をより長い時間分解能で調べると最も明らかになります。ある研究では、100年にわたる歴史的記録で、オーストラリア東海岸沿いの熱帯暴風雨の減少傾向が見つかりました。^{[ 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含有量はクラウジウス・クラペイロンの関係式で与えられ、1  ℃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、1時間あたりの降雨量である降雨率の将来的な増加を示しています。^{[ 27 ]}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非常に高いと述べています。^{[ 28 ] [ 29 ]}

熱帯低気圧の降雨域（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。相対SSTが増加すると、暴風域の拡大に伴って降雨域は外側に広がります。最大の熱帯低気圧は、相対SSTと対流圏中層の相対湿度が最大となる北西太平洋熱帯域で観測されます。海洋温度が均一に上昇すると仮定すると、温暖化する気候は降雨域に影響を与える可能性は低いと考えられます。^{[ 30 ]}

世界的に見ると、カテゴリー5の嵐の年間平均数 は1982年以降2倍になっている。^{[ 31 ]}

カテゴリー5のハリケーンはここ数十年で非常に一般的になっている。^{[ 32 ]}

気候変動による水温の上昇は、2024年に発生した11個の大西洋ハリケーンすべてにおいて最大風速を強めた。^{[ 33 ]}

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」として利用します。気候変動により海洋温度が上昇しているため、この燃料が利用可能になる可能性が高くなっています。^{[ 35 ]} 2012年に発表された研究では、熱帯低気圧は海洋盆地の温度に敏感であるため、SSTは熱帯低気圧の潜在的強度（PI）を測定するための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ます。^{[ 36 ]} 1979年から2017年の間に、サファ・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。これは、風速が毎時178 km（111マイル）を超える低気圧です。この傾向は、北大西洋と南インド洋で最も顕著でした。北太平洋では、熱帯低気圧はより冷たい海域に極方向に移動しており、この期間に強度の増加は見られませんでした。^{[ 37 ]} 2 °C の温暖化により、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ています。^{[ 27 ]} 2020 年の熱帯低気圧以上の強さ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 日間累積降雨量が 5% 増加し、ハリケーン級の嵐ではその数値が 11% と 8% に増加したと結論付けられました。^{[ 38 ]}   

気候変動は、大西洋盆地における熱帯低気圧の急速な強化という観測された傾向を促している可能性が高く、強化される嵐の割合は1982年から2009年の間にほぼ倍増した。 ^{[ 39 ] [ 40 ]}急速に強化され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す。^{[ 41 ]}また、嵐は上陸後、以前よりもゆっくりと衰退し始めており、過去よりも内陸の地域を脅かしている。^{[ 42 ]} 2020年の大西洋ハリケーンシーズンは異常に活発で、嵐の頻度と強度で多くの記録を更新した。^{[ 43 ]}

気候変動が熱帯低気圧の全体的な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。^{[ 27 ]}気候モデルの大部分は、将来の予測で頻度の減少を示している。^{[ 22 ]}例えば、2020年の論文では、9つの高解像度気候モデルを比較した結果、南インド洋と南半球全体では頻度の大幅な減少が見られた一方、北半球の熱帯低気圧については様々な兆候が見られた。^{[ 44 ]}観測では、世界全体の熱帯低気圧の頻度にほとんど変化が見られないことが示されている。^{[ 45 ]}

2015年に発表された研究では、より涼しい気候では熱帯低気圧が多くなり、海面水温が26 ℃（79 °F）未満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。^{[ 46 ] [ 47 ]}南半球では特に海面水温が上昇し、二酸化炭素濃度も上昇すると、将来的に熱帯低気圧の発生頻度は減少する可能性が高いです。^{[ 36 ] [ 48 ]}  

2015年の東部および中部太平洋のハリケーンシーズン後に村上らが行った研究では、記録的な数の熱帯低気圧と3つのカテゴリー4のハリケーンが同時に発生したことを踏まえ、温室効果ガスの強制力が亜熱帯太平洋の温暖化を強め、その結果、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している。^{[ 49 ]}

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、東方向への拡大も見られる可能性がある。^{[ 50 ]} 1949年から2016年の間に、熱帯低気圧の移動速度は減速した。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る。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。^{[ 22 ]}

海面がさらに上昇すると、高潮のレベルが上昇します。^{[ 50 ] [ 51 ]}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は十分にあります。 ^{[ 22 ]} 1923年から2008年の間に、米国大西洋沿岸での高潮の発生件数は増加傾向を示しました。^{[ 52 ]} 2017年の研究では、洪水、高潮、陸上洪水（河川）の複合的な影響を調査し、気候変動による増加を予測しています。^{[ 51 ] [ 53 ]}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についてはまだ確信が持てていません。^{[ 54 ]}

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が調査され、特に北緯30度以南、西経75度以東で長くなっている可能性、あるいは海面水温の上昇と相関してシーズン初期と後期に嵐が増える傾向が見られることがわかった。しかし、不確実性は依然として高く、ある研究では傾向が見られず、別の研究では結果がまちまちであった。^{[ 55 ]}

2011年の研究では、北大西洋における激しいハリケーンの活動増加と、アフリカ東風波動（AEW）の対流活動の北上と増幅との関連性が指摘されている。^{[ 56 ]}サイクロンの強度に加えて、ハリケーンの通過による影響には、規模と移動速度も大きく影響することが示されている。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、上昇の増加が見られ、その結果、アフリカ東風波動が強化され、西アフリカと大西洋盆地全体の気候に影響を及ぼしていることが分かった。^{[ 57 ]}

2017年の研究では、2015年の非常に活発なハリケーンシーズンは、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。代わりに、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なっている特徴です。^{[ 49 ]} 2019年の研究では、気候変動に関連した蒸発量の増加と大気の水蒸気保持能力の増大により、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。^{[ 58 ]}

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有意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増加の圧倒的な要因となっている。^{[ 59 ]}

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年以降平均で12～15%強まっている。観測された最強の台風は2倍、地域によっては3倍にもなり、特に上陸する台風の強さが顕著である。この暴風雨の強さの上昇は、中国、日本、韓国、フィリピンの沿岸住民に影響を与えており、温暖化する海水が原因とされている。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。^{[ 61 ]}鉛直ウィンドシアは中国とその周辺で減少傾向にあり、強い熱帯低気圧が発生しやすい状況を作り出している。これは主に、地球温暖化の結果である東アジア夏季モンスーンの弱体化に対応している。^{[ 62 ]}

具体的な国レベルおよび超国家レベルの決定が既になされ、実施されている。太平洋地域における強靭な開発のための枠組み（FRDP）は、同地域の国や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設立された。この枠組みの下、南太平洋のトンガやクック諸島などの特定の国は、気候変動のリスクの高まりに対する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共同国家行動計画（JNAP）を策定した。^{[ 65 ] [ 66 ]}これらの国々は、自国の最も脆弱な地域を特定し、実施すべき国レベルおよび超国家レベルの政策を策定し、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提示した。^{[ 66 ]}実施されるこれらの行動には、植林、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国民教育の強化、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。^{[ 66 ]}

米国では、ハリケーンの勢力増大に備えるため、地域の緊急避難所の準備、砂丘や堤防の建設、植林活動など、いくつかの取り組みが行われてきました。^{[ 68 ]}ハリケーンのモデリング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。^{[ 69 ]}国家洪水保険プログラムは、洪水が発生しやすい地域での住宅の再建を奨励しており、ハリケーンや海面上昇によるリスク増大への適応を妨げています。^{[ 70 ]}風のシアと高潮のため、建物の外皮が弱い建物はより大きな被害を受けます。気候モデルを使用したリスク評価は、ハリケーンが発生しやすい地域の住宅の構造的健全性を判断するのに役立ちます。^{[ 71 ]}

湿地、マングローブ、サンゴ礁などの一部の生態系は、ハリケーンによる海岸侵食、高潮、風害に対する自然の障壁として機能します。^{[ 72 ] [ 73 ]}これらの自然生息地は、炭素吸収源として機能し、地域の生物多様性を支えるため、より費用対効果が高いと考えられています。 ^{[ 73 ] [ 74 ]}熱帯低気圧に対するより有益な障壁として自然生息地の実質的な証拠があるにもかかわらず、政府機関や意思決定者にとって、人工的な防御が主要な解決策となることがよくあります。^{[ 75 ]}  2015 年に発表された研究では、テキサス州フリーポートにおける熱帯低気圧に対する自然、工学的、およびハイブリッドのリスク軽減の実現可能性を評価し、リスク軽減計画に自然生態系を組み込むことで、将来の洪水の高さを下げ、人工的な防御のコストを軽減できることがわかりました。^{[ 75 ]}