東太平洋赤道域の海面水温が平年に比べて異常に暖くなるエルニーニョ現象は、広く知られていますが、実は、類似の大規模な気候変動現象が、世界海洋のあちこちで発生しています。いずれの現象も広範囲に異常気象を引き起こすことが知られており、これらの現象のメカニズムの理解や予測を通して、将来的には、こういった異常気象の影響を軽減したいと考えています。しかし、メカニズムについては未解明な点が数多く残されており、これらの現象の理解を深めるための研究を主にデータ解析やシミュレーションを通して行なっています。

　上記の研究の内、インド洋ダイポールモード現象に関するものの一部を紹介します。
　

ダイポールモード現象は、インド洋熱帯域に発生する気候変動現象です。この現象は、まず、春の終わり頃に、何らかの原因によってインドネシア・スマトラ島沖で平年よりも南東貿易風が強化されることによって始まります。すると、赤道上では東風が引き起こされ、西向きの海流が生じます。この海流によって東インド洋の暖水が西インド洋の方へ運ばれるため、西インド洋の海面水温は上昇します。逆に東インド洋では、強い南東貿易風に伴うスマトラ沿岸域の沿岸湧昇（南半球では、風の進行方向の左側に表層の海水が吹き寄せられる。これを補うように沿岸域では、下から海水が上がってくる）や風が強まったことにより活発になった蒸発に伴う潜熱放出により、海面水温は低くなります。このような東西の温度コントラストは、東西の海面気圧傾度を生み出すため、さらに赤道上の東風を強化します。上記のような正のフィードバックにより、ダイポールモード現象は秋にピークを迎えます。その後、冬季モンスーンの訪れによって、南東貿易風が弱まり、正のフィードバックが働かなくなるため、急激に減衰していきます。また、赤道上の東風が赤道から少し離れた海域に暖水偏差を作り、この暖水偏差がロスビー波として西方伝播して西岸で反射した後、ケルビン波として東方伝播し、インドネシア沿岸域に達することも減衰の一因になっています。このような現象は数年に１回の割合で発生し、インド洋沿岸諸国だけでなく、ヨーロッパや日本の気候にも大きな影響を及ぼすことが知られています。

■ 空間パターンの多様性
　観測データを注意深く解析することにより、このダイポールモード現象には、実は、 2つのタイプの現象が存在することが、明らかになりました。上の図のような典型的なダイポールモード現象に加え、アフリカ沿岸で平年よりも海面水温が冷たくなるダイポールモード現象も存在することが判明しました（図1a, b）。その周辺国への影響を調べてみたところ、東アフリカへの影響が大きく異なることが明らかになりました（図1c, d）。図1.1aのような典型的なダイポールモード現象が発生すると、東アフリカでは多雨傾向になるのですが、図1.1bのようなダイポールモード現象が発生すると、東アフリカにはあまり影響が出ないことが明らかになりました。したがって、東アフリカの異常気象を予測するためには、ダイポールモード現象の発生だけではなく、どちらのタイプの現象が発生するのかまで予測する必要があります。この研究は、ままだ始まったばかりで、なぜ２つのタイプの現象が存在するのか、発生メカニズムが異なるのか、予測可能性に違いが見られるのか、温暖化に伴い２つのタイプの現象の発生頻度に違いがみられるのか等の問いに答えるべく、研究を進めていきたいと考えています。
図１：典型的なダイポールモード現象と新たに見出されたダイポールモード現象に伴う海面水温偏差と降水量偏差


■ 発生メカニズムの多様性
　海洋大循環モデルによるシミュレーションを行い、熱収支解析を行った結果、ダイポールモード現象に伴い、インドネシア沿岸域の負の海面水温偏差が出現する主要なメカニズムは、発生年によって大きく異なることが判明しました。例えば、1997年、2006年に発生した現象においては、下層の冷水の取り込みの増大が最も発生に寄与していましたが、2012年に発生した現象においては、水平移流（オーストラリア北方海域の冷水偏差の移流）と海面熱フラックス（潜熱放出の増大）が同程度に発生に寄与していました。しかも、卓越する成長メカニズムによって、予測のしやすさが異なることが示唆され、鉛直過程が重要な現象の方が予測スキルが高いこともわかりました。このように気候変動現象の卓越する成長メカニズムと予測可能性の関係を調べたのは、私たちの研究が初めてで、他の気候変動現象についてもそのような関係性を調べていきたいと考えています。

図２：ダイポールモード現象の発生メカニズムの多様性を表した散布図


■ 長期変動
　ダイポールモード現象は、数年に１回の頻度で発生する現象ですが、その発生の仕方は、決して規則的ではありません。1990年代のように３年に１回のペースで発生することもあれば、2006年から2008年までのように、３年連続で正のイベントが発生したこともありました。インド洋では長期にわたる観測データが不足しているため、インド洋熱帯域の気候変動を比較的良く再現することのできる大気海洋結合モデルの結果を解析し、このような長期変動のメカニズムを調べたところ、主に次の２つの要因によることが明らかになりました。
（１）インドネシア通過流
　インドネシア通過流は、西太平洋熱帯域から東インド洋熱帯域へと暖かい海水を輸送します。このインドネシア通過流が弱まると、東インド洋の方で、冷水の湧昇が起きやすくなり、正のダイポールモード現象が発生しやすくなります。つまり、インドネシア通過流が弱い年代に、正のダイポールモード現象の発生頻度が上昇することが明らかになりました。
　インドネシア通過流の強弱は、西太平洋と東インド洋の水位差（西太平洋の方が高い）によって決まっていると考えられています。例えば、エルニーニョ現象が発生すると、太平洋赤道域の東風貿易風が弱まるため、西太平洋に吹き寄せられる海水が減り、西太平洋の水位は下がります。すると、西太平洋と東インド洋の水位差が小さくなるので、インドネシア通過流が弱まります。
　このような海盆間の相互作用に関する研究もホットな研究トピックの１つです。
（２）南向きの熱輸送
　南インド洋の亜熱帯高気圧（マスカリン高気圧）の北縁では、東風が吹いています。この東風は、エクマン輸送により、北から南へと表層付近の暖かい水を輸送します。何らかの原因で、この高気圧が強化されると、南向きに輸送される暖水の量が増えるので、冷水の湧昇が起きやすくなり、正のダイポールモード現象が発生しやすくなります。このマスカリン高気圧は、様々な時間スケールで変動することが知られていますが、まだその原因はまだ特定されておらず、さらなる研究が必要です。

図３：インド洋ダイポールモード現象の長期変動メカニズムに関する模式図