大気の河川嵐が西海岸で大混乱を引き起こし、規模も拡大しています。科学者たちは上空で嵐を追跡し、嵐がどこに襲来するかを予測しています。
2024年1月、アンナ・ウィルソンはガルフストリームIVジェット機に乗り、北太平洋上空の一見穏やかに見える白い雲の海を観察していた。大気科学者で異常気象の専門家であるウィルソンは、ヘッドフォンを通して同僚がカウントダウンを告げるのを聞くことができた。飛行機の後部では、別の同僚がシュートから細くて円筒形の計器を彼らの下で渦巻く嵐の中に落とし、米国西海岸に近づくにつれてその強さを測っていた。
2024-25年の大気河川シーズンは大雨でスタート
11月20日、米国の太平洋岸北西部は、強力な嵐、いわゆる「爆弾低気圧」と大気河川の組み合わせにより、大雪、大雨、強風に見舞われている。
「空の川」として知られる大気河川は、水蒸気の帯である。それぞれ数 百キロメートルの幅があり、 ミシシッピ川の27倍の水を運ぶ。それが海岸にぶつかって上昇すると、大量の雪や雨を降らせる。最近の季節には、米国や世界中の他の場所で、大気河川はより大きく、より頻繁に発生している。
米国立気象局は、北カリフォルニアとワシントン州の住民に対し、危険な天候に備えて安全に過ごすよう勧告した。
彼らが追跡していたタイプの嵐は、大気河川として知られている。これは近年ますます注目を集めている気象現象で、科学者や一般の人々が、その時に壊滅的な影響を理解しようと競い合っている。研究によると、大気河川は気候変動により、より大きく、より頻繁に、より極端になっており、それが引き起こす被害は悪化している。
しばしば空の川と表現される大気河川は、水蒸気の巨大な目に見えない帯である。それぞれが数百キロメートルの幅を持ち、ミシシッピ川の27倍の水を運ぶ。大気河川は、海水が蒸発して上昇し、より冷たい緯度に移動するときに、暖かい海で発生する。蒸気がカリフォルニアなどの海岸に達すると、山を登って冷やされ、雨や雪となって降り注ぐ。丘の斜面を洗い流して地滑りを引き起こし、集中豪雨、洪水、致命的な雪崩をもたらすほどである。
米国西海岸では、大気河川が最も激しい雨、最も暑い嵐、大規模な洪水、沿岸の強風、地滑りをもたらす。それらは「ファミリー」と呼ばれる集団で発生することがあり、そのうちのいくつかが数日以内に同じ場所を襲う。ウィルソン氏と同僚が上空を飛行していた嵐のファミリーは、実際には 4つの大気河川によって形成され、その後2024年1月にカリフォルニア州で大雪、オレゴン州で洪水を引き起こした。
カリフォルニア大学サンディエゴ校スクリップス海洋研究所のフィールド研究マネージャーであるウィルソン氏は、大気河川のそれぞれについて、基本的な疑問は同じであると語る。「どこに上陸するのか？ どれほどの強さになるのか？ どれくらい続くのか？ そして、私たちはその答えを出すのがどんどん上手になってきている」と彼女は言う。
ウィルソン氏が1月に搭乗した飛行は、米国空軍、米国海洋大気庁（NOAA）およびその他のパートナーとの共同プロジェクトである大気河川偵察（AR Recon）の一環であった。科学者のチームは、通常ハリケーンの観測に配備される「ハリケーンハンター」航空機（NOAAのガルフストリームジェット機と2機以上の空軍航空機）を使用して、大気河川上空を飛行し、ドロップゾンデと呼ばれる機器をそこに投下する。
「大気の川は興味深くてクールですが、実は水蒸気なので目に見えません」とウィルソン氏は言う。「そして、それらは地表に非常に近く、通常は大気の最下層数キロメートルに集中しています。」
ウィルソン氏は、これらの雲は雲に覆われて移動する傾向があり、衛星などの従来の気象観測ツールでは観測できないと指摘する。「衛星が雲を通して地表付近で何が起こっているかを見るのは非常に困難です。そのため、これらの雲の中を飛行機で飛行させる目的は、センサーを投下して、気温、気圧、風、湿度といった基本的な気象測定を行えるようにすることです」と彼女は言う。
私たちは危険な側面を強調しがちですが、カリフォルニアなどの乾燥地域では重要な水源を提供していることを忘れてはなりません。ビン・グアン
ウィルソン氏とチームが1月に監視していた大気河川は、 2023年秋から2024年春にかけてワシントン州、オレゴン州、カリフォルニア州を襲う51の大気河川の一部 で、前シーズンより13多い。このような嵐がいつどこに到来し、どれほどの威力があるかを知っていれば、陸上の人々が次に何が起こるかに備え、例えば適切な貯水池を時間内に空にすることができる。しかし、 2016年に始まったウィルソン氏と同僚たちの飛行は、大気河川の驚くべき利点を含め、大気河川をよりよく理解するためのより広範な科学的取り組みの一部でもある。
異常気象の専門家がすぐに指摘するように、大気河川は必ずしも破壊的ではない。それどころか、生命を維持するものになり得る。
「私たちには（大気河川が）必要です。西部ではそれがないと干ばつになります」とウィルソン氏は言う。西海岸の干ばつの最大3分の2は、大気河川の到来によって終息する。大気河川は干ばつ打破者として知られる。
「大気河川には有益な側面もある」と、カリフォルニア大学ロサンゼルス校およびNASAジェット推進研究所の大気科学者ビン・グアン氏は同意する。「我々は危険な側面を強調しがちだが、カリフォルニアのような乾燥地域では大気河川が重要な水源となっていることを忘れてはならない」。全体として、大気河川はカリフォルニアの雨や雪の最大50％を占めている。
大気河川の地球規模の頻度は今世紀末までにほぼ倍増する可能性がある
米国とカナダの西海岸では、大気河川はハワイ付近で発生していると推定されていることから「パイナップルエクスプレス」と呼ばれている。しかし、大気河川は世界的な現象であり、西海岸に発生するものの多くはハワイよりはるかに遠くで発生しているため、専門家の間ではその名前が使われることはほとんどないとグアン氏は言う。2017年10月には、異常に長い大気河川が日本からワシントンまでおよそ5,000マイル（8,000キロメートル）にわたって広がった。
2019年、研究者らは、大気河川をより微妙な観点から捉えるために、大気河川を1（弱く、適度な降雨量）から5（例外的で、主に危険）までランク付けする尺度を作成した。
「軽度のものは水供給に有益と考えられており、非常に極端なものだけが危険です」とスクリップス海洋研究所の水文学者、チアン・カオ氏は言う。「つまり、良い面と悪い面の両方があり、ここでは悪い出来事だけを引き起こすわけではないのです。」
大気河川を予測することは、その破壊的な側面を制限する鍵となるが、難しいとカオ氏は言う。まず、大気河川は海上で発生するため、陸上よりも観測方法が少ない。その後、数千キロを移動し、その途中で停滞したり、強まったり、弱まったり、暖かくなったり冷たくなったり、他の大気河川やその残骸と相互作用したりする。これらの変化はどれも、その影響に影響を与えるとカオ氏は言う。
気象や水質の予測を利用して、水管理者が大雨が予想される場合に貯水池を空にするかどうかを判断するのに役立つ、予測情報に基づく貯水池運用などの戦略は、こうした事態に対処するのに役立つと彼女は言う。
「これらの大気河川をより正確に予測できれば、より長いリードタイムでより正確に予測できれば、例えば水を放出するか貯水池に貯めておくかといった運用上の決定を下す時間が増える」とカオ氏は言う。彼女によると、予測は3日から5日のリードタイムの短期で最も正確で、リードタイムが長くなるにつれて精度は低下する。「研究者たちは2週間目以降の予測を改善するために懸命に取り組んでいる」と彼女は付け加える。準備に1か月以上あれば、現場の人々により多くの選択肢が与えられるからだ。
ここで AR 偵察飛行が登場し、他の機器が届かない空の川の内部を観測します。
ウィルソン氏のチームにとって、各飛行は朝の予報会議から始まり、今後数日間の米国の雨や雪に関する既存の予報について話し合う。彼らは、予想される雨や雪をもたらす大気の流れに関するより多くのデータによって改善できる可能性のある不確実な領域を特定する。次に、その大気の流れまで飛行し、ドロップゾンデで必要なデータを収集する。
「こうした標的を定めた偵察飛行の目的は、衛星が観測しにくいとわかっている隙間を埋めることだ」とウィルソン氏は言う。
ガルフストリームの飛行時間は1回あたり約8時間で、ウィルソン氏が言うように、実用的な準備として欠かせないのは、自分の食べ物を持っていくことだ。機器はデータを機内のチームに送信し、チームがそれを確認して、地球規模の気象関連データを収集および配信する世界気象機関のサービスであるグローバル通信システムに送信する。その後、そのデータは予報モデルによって収集され、衛星からのものを含む他の何億もの観測データと併せて使用される。ドロップゾンデデータによって強化された、より正確な予報は、貯水池のオペレーターと緊急対応要員に共有される。
研究によると、ドロップゾンデのデータは確かに予報の改善に役立つことが示唆されており、最近の分析では、将来のミッションではガルフストリームジェット機と空軍機の両方を毎日飛行させて、できるだけ多くのデータを収集することが推奨されています。チームはまた、予報をさらに改善し、個々の嵐に対する理解を深めるために、他の技術を使用して情報を収集するとともに、モデリングシステムにも取り組んでいます。
研究者らは、大気河川が変化し、頻度が増し、さらに破壊的になる可能性もあると研究が示唆していることから、大気河川を理解するためのこの競争は特に緊急であると述べている。
メンチエン・ルー氏は香港科技大学の水文気象学および水資源学の准教授。同氏とチームは2024年1月に、大気河川の今後の強さ、頻度、およびそれに伴う世界中の降雨量と降雪量を予測した世界規模の研究を発表した。彼らの予測によると、今世紀末までに大気河川の世界的な頻度はほぼ倍増する可能性がある。しかし、それが地上で具体的に何を意味するかは地域によって異なると研究は示唆している。
「一般的に、（大気の川が）より頻繁に、より強くなれば、より頻繁に、より強い雨が降ることになる。しかし、気候システムは非線形で、むしろ混沌としているため、その相関関係は一対一ではない」とルー氏は言う。
おそらく、気候変動で大気が温暖化すると、大気が保持できる水分量が増えると考えられる。「その結果、大気河川の発生頻度と強度が増すと予想されます」と彼女は言う。
大気河川は熱と水分を運ぶ役割があるため、気候が温暖化し続けると大気河川がどのように変化するかを知ることは、地球温暖化のより広範な影響を理解する上で不可欠だとルー氏は言う。例えば、大気河川が暖気をもたらすことで、西南極の棚氷が溶ける原因となっている。
ますます多くの研究が、世界中でその影響を浮き彫りにしています。東アジアでは、温暖期の異常降雨の最大 90% が台風によるものであり、洪水や土砂崩れを引き起こしています。台風は複数の場所に影響を与える可能性があり、複数の場所で同時に、または立て続けに壊滅的な天候に見舞われることがあります。大気の川が、ある地域に雪や猛吹雪をもたらし、別の地域に雨や大洪水をもたらす可能性があるからです。
また、山火事などの他の災害と悪循環を形成し、火災の跡地では植生が乏しいため土壌の吸収力が低下し、浸食されやすく、土砂崩れを引き起こすこともある。また、研究によると、急速な植物の成長を促し、それが次の火災の燃料となり、翌シーズンの焼失面積の拡大につながる可能性もあるという。
研究によると、次から次へと雨が降り続くような連続した大気河川も、より頻繁に発生しているという。2022年12月下旬から2023年1月中旬にかけて、9つの大気河川がカリフォルニアを連続して襲い、洪水、地滑り、停電を引き起こした。ある研究の著者が指摘しているように、このような集中豪雨は、雨の合間に水浸しの土壌が乾かず、洪水が起きやすくなることを意味する。（気候変動がカリフォルニアに巨大洪水をもたらす可能性について、詳しくはこちら。）
「米国西部では、大気圧河川が洪水被害のほぼ90％を占め、その総額は年間10億ドル（8000万ポンド）を超えている。大気圧河川の変化に関する気候モデル予測に基づくと、この数字は今世紀末までに2倍、あるいは3倍にまで増加する可能性がある」とグアン氏は言う。
また、常に水蒸気だけを運ぶわけではない。2021年には、サハラ砂漠の砂塵をアフリカからヨーロッパに運び、アルプスの雪を黒くして反射率を低下させ、熱をもたらし、積雪の深さを50％減少させた。
さらに似たもの:
この地球規模と複雑さを考えると、大気河川に私たちはどう対処できるのでしょうか?
カオ氏は、気候変動が大気河川にどのような変化をもたらしているかを認識し、地球温暖化と闘うために、より持続可能な開発対策を採用する必要があると語る。早期警報システム、国民の意識、より正確で洗練された予報も、私たちが備える上で非常に重要だと彼女は言う。また、そもそもどのような気象パターンや気候条件が大気河川の発生を助長しているのかを理解することも重要だと彼女は言う。
一方、毎年何百ものドロップゾンデがこれらの謎の嵐の中を落下し、嵐をより予測しやすくするデータを収集していることを知っていれば、少なくともいくらか慰めになるかもしれない。
ウィルソン氏は、このミッション、特にカリフォルニアの緊急オペレーションセンターなどの陸上の救援隊との協力が希望を与えてくれると語る。「科学者として、すぐに応用できるものに取り組むのは本当に素晴らしい気分です。これは今まさに地上の人々に影響を与えています」と彼女は言う。
https://www.bbc.com/future/article/20240509-how-to-forecast-the-next-atmospheric-river-storms
この記事はもともと2024年5月14日に公開され、2024年11月20日に「爆弾低気圧」と米国太平洋岸に到達した大気河川の詳細を加えて更新されました。
