COADS/KoMMeDS統合データを用いた 北太平洋ー北大西洋海面水温場に見られる 60-80年変動

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1 COADS/KoMMeDS統合データを用いた 北太平洋ー北大西洋海面水温場に見られる 60-80年変動
東海大学大学院海洋学研究科 海洋科学専攻 3AOGM009　服部　友則

2 ＜環境問題＞ 地球規模の気候変動 地球温暖化 異常気象 etc. 数十年規模 大気－海洋相互作用 ・海面水温場 海洋表面の変動
1-1,はじめに ＜環境問題＞ 地球温暖化 異常気象 etc. 地球規模の気候変動 数十年規模 大気－海洋相互作用 ・海面水温場 ・海面気圧 etc. 海洋表面の変動 長期間の 海上気象観測データ ＜船舶観測データ＞COADS　　　　　神戸コレクション

3 神戸コレクションとは… 日本の神戸海洋気象台収集による海上気象観測データ 明治22年(1889年) ～昭和35年（1960年）
　　　　　～昭和35年（1960年） 一部はCOADSに格納済み 残りの約317万通を近年電子媒体化　　　　　　　　　　（２００３年） KoMMeDS-NF： The Kobe Collection Maritime Meteorological Data Set funded by The Nippon Foundation

4 ちなみに… 海上気象観測表の一例 日 時 Lat./ Lon. 風 気 温 乾球 湿球 雲 天 気 波 降 水

5 COADSデータ（2º×2º格子） 多 少 SSTデータの存在する月数（1901.Jan～1997.Dec）

6 北太平洋西部における解析海域・ 期間の拡張が可能となる 日本近海 神戸コレクションのデータ分布図（1889～1940年）
（神戸コレクションデータCD-ROM　2003年　Edition　より）

7 COADSと神戸コレクションの通報数の比較
ー：神戸コレクション ー：神戸（COADS格納済） ー：COADS 太平洋 神戸コレクションは太平洋域においてデータ数が多い 特に第一次～第二次大戦前半の期間は全データ数の半分以上を占める 1880 1920 1960 全球

8 北半球の変動を解析 両データセットの特徴 COADS 神戸コレクション COADS/KoMMeDS統合データセット
19世紀初頭からのデータを収録 大西洋は特にデータが密である 太平洋は大西洋に比してデータが少ない COADS/KoMMeDS統合データセット 北半球の変動を解析 北太平洋（日本）を中心とするデータ分布 COADSではデータの少ない第一次世界大戦前後の期間（1910～20年代）のデータ数が多い 両データを統合することにより、特に北太平洋におけるデータ数が 飛躍的に向上し、より長期・広範囲に渡る解析が可能

9 COADS/KoMMeDS統合データを用いて
1-2,北半球における長期変動 北半球の大気・海洋場における長期変動 COADS/KoMMeDS統合データを用いて ・北太平洋－北大西洋の海面水温場における 数十年規模の時間スケールを持つ変動の解明 ・大気場の変動との関連を検証 本研究の目的 北太平洋域 PDO（Pacific Decadal Oscillation:太平洋十年振動） 約20年周期 Mantua et al. (1997) 北大西洋域 AO（Arctic Oscillation:北極振動） 約10年周期 Thompson and Wallace (2000) 北半球の大気－海洋場には 異なる周期を持つ 複数の長周期変動が存在している

10 太平洋十年振動PDO (Pacific Decadal Oscillation)
＊北太平洋北米大陸沿岸・太平洋亜熱帯域と北太平洋中緯度域のSST場で20～30年周期で振動が起こる現象 北太平洋中央部で 水温低下 赤道太平洋東部で 水温上昇 時系列

11 AO:Arctic Oscillation（北極振動）
北極振動は、北半球SLP場のEOF筆頭モードとして 定義され、ほぼ10年周期で変動する

12 EOF解析を行い 各海域における主要な変動を 抽出した
2,使用データ及びデータセット作成方法 SST:Sea Surface Temperature, SLP:Sea Level Pressure ,Zonal Wind COADS KoMMeDS-NF 再格子化（４×１０°格子） EOF解析を行い 各海域における主要な変動を 抽出した 格子化 （４×１０°格子） もしCOADSが欠測かつ KoMMeDS-NFが値を持てば補充 Bucket Correction Folland and Parker(1995) （SST) 冬季平均 月平均 『冬季』 　 SST→1～3月 その他→12～2月 線形内挿 COADS/KoMMeDS統合冬季平均データ 年:86年間 北太平洋:20ºS-60ºN,120ºE-80ºW / 北大西洋:20ºS-80ºN,80ºW-0ºW

13 北太平洋・北大西洋両海域に 共通する 60-80年規模の長期変動の 存在の可能性
4-1,結果－両海域に共通する変動　SST NP Mode-3 r=0.53 黒潮流域・北太平洋中央部で高温化 1970年代 1910年代 北太平洋・北大西洋両海域に 共通する 60-80年規模の長期変動の 存在の可能性 1940年代 湾流域で高温化 赤：北太平洋第3モード 青：北大西洋第1モード NA Mode-1

14 各海域において60-80年変動を示すモードは 互いに高い相関関係にある
4-3,各海域のEOFモード同士の比較 北大西洋 北太平洋・北大西洋 北太平洋 青字：95%有意水準 赤字：99%有意水準 で相関がある 北大西洋 各海域において60-80年変動を示すモードは 互いに高い相関関係にある 表1 北太平洋、北大西洋、及び北太平洋と北大西洋を結合した、各海域における SSTのEOF時系数同士の間の相関係数　 解析期間は 年の86年間 下線付き赤斜字はt-検定において有意水準99%を超える相関係数を示す 下線付き青字はt-検定において有意水準95%を超える相関係数を示す

15 東西風 SST 4-4,SSTと大気場のEOFモードとの比較 SLP 北太平洋 東西風 SLP 北大西洋 東西風

16 4-5,北太平洋におけるSSTとSLP変動の比較
偏西風域及びその北側で変動 SLP Mode-2 10.5% より南側で変動 SST Mode-3 10.8% SLP Mode-2 r=0.41 SST Mode-3

17 SST場に存在した60-80年規模変動と 大気場における変動との関係を 更に探る必要性がある
4-6,北大西洋における大気場の変動 SLP Mode-2 SLP Mode-2 23.3% 気圧下降 気圧上昇 偏西風域の気圧上昇 r=0.88 SST場に存在した60-80年規模変動と 大気場における変動との関係を 更に探る必要性がある Zonal Wind Mode-2 西風 東風 アイスランド 低気圧域の西風強化 SST Mode-1 19.8% 10年程度の周期を持つ SST Mode-1 Zonal Wind Mode-2 15.9% アゾレス諸島高気圧域の東風強化

18 4-7,SSTと北半球の主要な空間パターンとの比較
AO PDO 北太平洋 各海域において60-80年変動を示すモードと 北半球における既知の長期変動との 有意な相関関係は見られない 北大西洋 北太平洋・ 北大西洋

19 北太平洋・北大西洋それぞれの海域で 大気－海洋場に共通する長期変動が存在
東西風 SST 5-1,SSTと大気場のEOFモードとの比較 SLP 北太平洋 東西風 北太平洋・北大西洋それぞれの海域で 大気－海洋場に共通する長期変動が存在 SLP 北大西洋 東西風

20 20年程度の時間スケールを持つ 変動の存在 PDOと関係
5-2,結果－北太平洋 空間分布 時係数 SST Mode-1 21.3% 西風 東風 気圧下降 気圧上昇 低温 高温 偏西風域の高温化 SLP Mode-1 39.1% 20年程度の時間スケールを持つ 変動の存在 PDOと関係 アリューシャン低気圧の弱化 Zonal Wind Mode-1 16.6% 偏西風の弱化

21 10-15年程度の時間スケールの変動 PDOと関係は疑問符 SSTとSLPとの空間分布にも差異
5-3,結果－北太平洋2 r=0.65 北太平洋北部 160ºWを境に東西で符号が反転 北太平洋中央部の 北東－南西方向 SST Mode-2 SLP Mode-3 10-15年程度の時間スケールの変動 PDOと関係は疑問符 SSTとSLPとの空間分布にも差異 赤線：SST第2モード　青線：SLP第3モード 緑線：PDO Index

22 10年程度の時間スケールを持つ 変動の存在 AOと関係
時係数 5-4,結果－北大西洋 西風 東風 気圧下降 気圧上昇 低温 高温 空間分布 貿易風域の高温化 SLP Mode-1 32.6% アゾレス諸島 高気圧の弱化 アイスランド 低気圧の弱化 SST Mode-2 16.0% 10年程度の時間スケールを持つ 変動の存在 AOと関係 偏西風の弱化 貿易風の弱化 Zonal Wind Mode-1 34.4%

23 AMO(Atlantic Multidecadal Oscillation) と呼ばれる
結論1 北太平洋・北大西洋域の SST場における60-80年変動 北太平洋第3モード 北大西洋第1モード ・この変動の大気場との関係の有無の検証 ・AMOとの関係の検証 ・SST以外の海洋場の要素との関係 ・北太平洋と北大西洋とで水温変動が連動する 　メカニズムの解明 等が今後の課題として挙げられる SST場における60-80年変動 北半球のSST場における 重要な変動 寄与率の高さ、空間分布 大気場には同様の時間スケールを持つ 長期変動は発見されなかった 北半球の各海域における主要な 長期変動パターンとも異なる AMO(Atlantic Multidecadal Oscillation) と呼ばれる 北大西洋域の65-80年変動との関連性に注目

24 北太平洋域のSST・SLP場における10-15年変動
結論2 北半球における各海域の 大気・海洋場に共通する長期変動 SST 北太平洋第1モード→PDOと関連北大西洋第2モード→AOと関連 COADS/KoMMeDS統合データにより20世紀　初頭からの長期間に渡る解析が可能となった 北半球冬季海面水温場には北太平洋・北大西洋両海域に共通する変動と各海域に特有の変動が存在する 気候変動の解明の為にはデジタル化されていない船舶観測データの掘り起こしが望まれる 大気場の変動と高い相関を持つ (SLP,Zonal Windの第１モード) 北太平洋域のSST・SLP場における10-15年変動 空間分布には差異がある PDOとの関係にも疑問符が付く

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26 神戸コレクションの年度別通報数 （日本の）船舶の 活動傾向が読み取れる ２０世紀前半より通報数は一貫して増加
第一次世界大戦は影響を与えていない 第二次世界大戦後期～終戦の混乱期には通報数が激減 第一次 大戦 第二次 大戦 （日本の）船舶の 活動傾向が読み取れる

27 船舶観測データとは？ COADS・神戸コレクション 代表的な船舶観測データセット
海上を航行する船舶（観測船・商船・漁船・艦船etc.→篤志観測船“Voluntary Observing Ships”）により観測された海上気象データ 海面水温・気温・気圧・風速・風向・湿度etc 代表的な船舶観測データセット COADS・神戸コレクション

28 COADSとは？ 正式名称はComprehensive Ocean Atmosphere Data Set（統合海洋大気データセット）
NOAA（米国海洋大気庁）作成によるデータであり、1854年以来の長期間に渡るデータセットが作成・公開されている 世界で最もよく使われる海上気象データセットの一つ 船舶観測だけではなく、ブイによる観測値も統合されている

29 COADSデータ（2º×2º格子） 平均海面水温（1901.Jan～1997.Dec）

30 COADS/KoMMeDS統合データを用いる事によるデータ数の改善 （月平均・内挿なし）

31 バケツ採水 インテイク法 採水用バケツ（木製orキャンバス製）に対する熱収支（潜熱・顕熱）
船舶観測データの問題点 バケツ採水 （～20世紀前半） インテイク法 （20世紀後半～） 採水用バケツ（木製orキャンバス製）に対する熱収支（潜熱・顕熱） を見積もる←風速・湿度・水温・気温・船速・バケツの種類（断熱） 1941年以前の海面水温に 対する補正を提案 Folland and Parker (1995)

32 １８５６年１月 １９４１年１２月

33 COADSデータ（2º×2º格子） 多 少 SSTデータの存在する月数（1901.Jan～1997.Dec）

34 北太平洋・北大西洋両海域に 共通する 60-80年規模の長期変動の 存在の可能性
Mode-2 4-2,結果－両海域へのEOF解析結果　SST 11.0% 北太平洋・北大西洋両海域に 共通する 60-80年規模の長期変動の 存在の可能性

35 AMO（Atlantic Multidecadal Oscillation）
Kerr (2000);Enfield et al. (2001) 約60-80年周期