ウォーカー循環

ウォーカー循環はウォーカーセルとも呼ばれ、熱帯地方の下層大気 (対流圏)における気流の概念モデルです。このモデルによれば、空気の塊は帯状および鉛直方向に閉じた循環を描きます。この循環は、海洋と陸地の熱分布の違いによって生じ、観測結果とほぼ一致しています。帯状および鉛直方向の動きに加えて、熱帯の大気は、たとえばハドレー循環の一部として、子午線方向にもかなりの動きがあります。

ウォーカー循環は、東太平洋上の高気圧とインドネシア上の低気圧から生じる圧力勾配力と関連している。熱帯インド洋、太平洋、大西洋盆地のウォーカー循環により、最初の盆地では北半球の夏に西風が、2番目と3番目の盆地では東風が吹く。その結果、3つの海洋の温度構造は劇的な非対称性を示す。赤道太平洋と大西洋はどちらも北半球の夏に東部で表面温度が低く、より低い表面温度が優勢なのは西インド洋のみである。^[1] これらの表面温度の変化は、サーモクライン深度の変化を反映している。^[2]

ウォーカー循環の経時的変化は、表面温度の変化と連動して起こる。これらの変化の一部は、夏季の太陽の北半球への季節的移動のように、外部から強制される。その他の変化は、海洋と大気の結合フィードバックの結果であると思われる。たとえば、東風は東の海面温度を下げ、帯状熱コントラストを強め、その結果、海盆全体の東風を強める。これらの異常な東風は、赤道湧昇を誘発し、東のサーモクラインを上昇させ、南風による初期の冷却を増幅する。海洋学の観点から見ると、赤道冷舌は東風によって引き起こされる。地球の気候が赤道に対して対称的であれば、赤道を横切る風は消え、冷舌ははるかに弱くなり、現在観察されているものとは非常に異なる帯状構造になるだろう。^[3]

ウォーカー循環はギルバート・ウォーカーによって発見されました。「ウォーカー循環」という用語は、1969年にノルウェー系アメリカ人の気象学者ジェイコブ・ビャークネスによって造られました。^[4]

ギルバート・ウォーカーは、 1904年にインドの天文台長に就任した当時、ケンブリッジ大学で応用数学者として名を馳せていた。 ^[5] 在学中、彼はインド洋 モンスーンの特性を研究した。このモンスーンによる降雨不足は、1899年にインドに深刻な飢饉をもたらした。インドと世界の他の地域から集めた膨大な量の気象データを分析し、その後15年間にわたり、インド洋と太平洋の間の気圧の大きなシーソー振動と、インドを含む地球の熱帯地域の気温や降雨パターンとの相関関係について初めて論文を発表した。また、インド気象局と協力し、特にモンスーンと南方振動現象との関連を研究した。 1911年にインドの星勲章を受章した。^[5]

ウォーカーは、地理空間の関係が季節によってまったく異なる可能性があるため、大気を研究する多くの人々が使用する 1 年という時間スケールは不適切であると判断しました。そのため、ウォーカーは時間分析を 12 月から 2 月、3 月から 5 月、6 月から 8 月、9 月から 11 月に分割しました。

ウォーカーは次に、インド半島などの地域を含むいくつかの「活動の中心」を選択しました。活動の中心は、恒常的または季節的な高気圧と低気圧のある地域の中心にありました。また、降雨量、風、気温が重要な制御要因となる地域にもポイントを追加しました。

彼は、夏と冬の気圧と降雨量との関係を調査し、最初は夏と冬の値に焦点を当て、後に春と秋に研究範囲を広げました。

彼は、気温の変動は一般的に気圧と降雨量の変動によって左右されると結論付けている。これまで太陽黒点が気温変動の原因である可能性が示唆されていたが、ウォーカーは太陽黒点と気温、風、雲量、雨量との月ごとの相関関係が一貫していないことを示して、この結論に反論した。

ウォーカーは、相関関係に関する重要な発見と重要でないと判明した関係の両方について、相関関係に関する発見をすべて公表することを重視しました。これは、存在しない相関関係に研究者が注目しないようにするためでした。

熱帯インド洋、太平洋、大西洋の海盆のウォーカー循環により、北半球の夏には最初の海盆では西風が、2番目と3番目の海盆では東風が吹く。その結果、3つの海洋の温度構造は劇的な非対称性を示す。赤道太平洋と大西洋はどちらも北半球の夏には東部で表面温度が低く、より低い表面温度はインド洋西部でのみ見られる。^[6]これらの表面温度の変化は、サーモクライン深度の変化を反映している。^[7]

ウォーカー循環の経時的変化は、表面温度の変化と連動して起こる。これらの変化の一部は、夏季の太陽の北半球への季節的移動のように、外部から強いられる。その他の変化は、海洋と大気の結合フィードバックの結果であると思われる。たとえば、東風により東部の海面温度が低下し、帯状熱コントラストが強化され、その結果、海盆全体の東風が強まる。これらの強化された東風は、赤道湧昇をさらに誘発し、東部の温度躍層を上昇させ、南風による初期の冷却を増幅する。この海洋と大気の結合フィードバックは、もともとビャークネスによって提唱された。海洋学の観点からは、赤道の冷舌は東風によって引き起こされる。地球の気候が赤道に対して対称であれば、赤道を横切る風は消え、冷舌ははるかに弱くなり、現在観察されているものとは非常に異なる帯状構造になるだろう。^[8] ウォーカーセルはペルーとエクアドル沖の湧昇と間接的に関係している。これにより栄養分に富んだ冷たい水が表面に上がり、漁業資源が増加します。^[9]

ウォーカー循環は、東太平洋上の高気圧とインドネシア上の低気圧から生じる圧力勾配力によって引き起こされます。ウォーカー循環は冷たい深海水の湧昇を引き起こし、海面を冷却します。この循環が減少または停止すると、循環が損なわれたり阻害されたりして海面が平均温度以上に温まるため、エルニーニョが発生します。ウォーカー循環が著しく増加すると、冷たい深海水の湧昇が激化し、海面が平均温度以下に冷却されてラニーニャが発生します。

エルニーニョ現象が発生していないときは、ウォーカー循環は東からの貿易風として海面で見られ、太陽によって暖められた水と空気を西に動かす。これによりペルーとエクアドルの海岸沖で海水の湧昇も発生し、栄養分に富んだ冷たい水が海面に運ばれ、漁業資源が増加する。^{[10]赤道太平洋の西側は暖かく湿った低気圧の天候が特徴で、集まった水分が}台風や雷雨の形で放出される。この動きの結果、西太平洋の海面は約60cm（24インチ）高くなる。^{[11] [12] [13] [14]}

2006年5月にネイチャー誌に掲載された科学的研究によると、ウォーカー循環は19世紀半ばから減速しているという。著者らは、地球温暖化が風のパターンの弱まりの原因である可能性が高いと主張している。^[15]しかし、20世紀再解析プロジェクトの2011年の研究では、エルニーニョ・南方振動の周期を除けば、ウォーカー循環の全体的な速度と方向は1871年から2008年の間安定していたことがわかっている。^[16]

• 大気循環
• 地球の大気

• ウォーカー研究所、レディング大学、英国。http://www.walker-institute.ac.uk/about/sir_gilbert.htm
• ウォーカー、JM。サー・ギルバート・ウォーカーのペンポートレート、CSI、MA、ScD、FRS。天気 1997（第 52 巻、第 7 号、pp. 217–220）
• ウォーカー、GTおよびブリス、EW、1930年。世界気象IV、王立気象学会紀要、3、(24)、81–95。
• ウォーカー、GTおよびブリス、EW、1937年。世界気象VI、王立気象学会紀要、4、(39)、119-139。
• ウォーカー、GT、1923年。天候の季節変動の相関関係、VIII。世界の天候に関する予備的研究。インド気象局紀要、24、(4)、75-131。
• ウォーカー、GT、1924。天候の季節変動の相関関係、IX。世界の天候に関するさらなる研究。インド気象局の回顧録、24、(9)、275-333。http://www.rmets.org/about/history/classics.php 2012年3月21日アーカイブ、Wayback Machineで
• Katz, RW ギルバート・ウォーカー卿とエルニーニョと統計の関係。統計科学、17 (2002)、97–117。http://amath.colorado.edu/courses/4540/2004Spr/walkerss.pdf 2006 年 9 月 21 日にWayback Machineにアーカイブされました
• 気候研究の概要 – ウォーカー循環: 熱帯の大気循環の減速 テキストとグラフィックはNOAA /地球物理流体力学研究所より
• 熱帯太平洋の流れの減速は気候変動によるものと判断される -大気研究大学協会からのプレスリリース。
• 人為的要因による熱帯太平洋の大気循環の弱体化、2006 年 5 月 4 日Nature 誌に掲載。
• AP通信のニュース記事、2006年5月3日：「地球温暖化が風向きの変化に関係」
• 熱帯対流輸送とウォーカー循環、2012年10月29日、大気化学と物理学