RESEARCH HIGHLIGHT

HIGHLIGHT: 地球温暖化停滞時におけるインド洋ダイポール現象の変化を復元

数年周期で,西インド洋では多雨・温暖化,東インド洋では乾燥・寒冷化することが知られており,この変化を引き起こす現象をインド洋ダイポール現象といいます。インド洋ダイポール現象は,数年周期で発生するインド洋での大気と海洋の相互作用で,発生するとインド洋周辺諸国で干ばつ,山火事,洪水などの重大な影響を及ぼします(図1)。

図1.インド洋ダイポール現象発生時の海水温偏差(偏差:平均値との差)と降水量偏差。赤い地域では平年よりも海水温が高く,降水量が少ないことを示す(★印は本研究の試料採取地)。

これまでに,インド洋の造礁性サンゴ記録を用いた研究で,20世紀の地球温暖化に伴ってインド洋ダイポールの発生頻度は増加し,西インド洋の多雨・温暖化,東インド洋の乾燥・寒冷化が激化していたことが明らかになっています。一方で,近年の気温・海水温観測では,1990年代後半から2015~2016年までの間に地球温暖化が停滞していたことが明らかになり,太平洋やインド洋など広い範囲で気温や降水量に影響を与えたことが示唆されています。地球温暖化の停滞現象は,インド洋ダイポール現象を停滞させていた可能性がありました。

そこで、北西インド洋のオマーン湾に生息する造礁性サンゴ群体から,長さ71cmの骨格柱状試料を採取し,2週間に相当する年輪ごとに区切って化学分析(酸素安定同位体比,Sr/Ca比) を行いました(図2)。サンゴの骨格には樹木のように年輪が刻まれており,過去の大気・海洋の環境変動が1週間〜1ヶ月間程度の細かい精度で記録されています。サンゴ骨格中の化学組成の変化からわかる海水温・塩分変動を基に,地球温暖化の停滞現象,北西インド洋オマーン湾の気候及びインド洋ダイポール現象の関係を調査しました。

図2.採取したサンゴの骨格柱状試料の軟X線画像。白線部位から粉末試料を採取し,化学分析に使用した。

造礁性サンゴ骨格の柱状試料には,過去26年間の海水温・塩分変動が記録されていました(図3)。この記録を検証した結果,1996年に海水温の平均値の減少(レジームシフト)と,1999年に塩分の平均値の減少が確認されました。この平均値の減少時期は,地球温暖化の開始時期に一致しており,この影響を受けたと考えられます。

図3.観測記録とサンゴ骨格の化学分析記録。
(a)全地球(全球)の表層気温。1999年までは気温は温暖化傾向にあるのに対し,1999年以降は
温暖化傾向は確認されない。
(b)サンゴ骨格のSr/Ca比から復元した海水温変動。サンゴ骨格は海水温の季節変動を正確に反映するため,Sr/Ca比の変動を参考にして,他の指標に日付をつけることができる。赤線は海水温変動がレジームシフトした時期を統計的に示すための指標(レジームシフト指数)を示す。
(c)サンゴ骨格の酸素同位体比及びSr/Ca比から計算した海水の酸素同位体比。海水の酸素同位体比は塩分のみの指標となる。赤線は塩分変動のレジームシフト指数を示す。
(d)インド洋ダイポール現象の指数。値が高い時にインド洋ダイポール現象が発生していたことを示す。
(e)東西インド洋の海水温変動。東西インド洋の海水温差からインド洋ダイポール現象の指数を算出する。

次に,地球温暖化の停滞前後において,インド洋ダイポール現象発生の有無による北西インド洋オマーン湾の海水温・塩分の季節変化の違いを検討しました(図4)。その結果,地球温暖化中はインド洋ダイポール現象が発生した年の夏よりも,発生していない年の夏の方が塩分・海水温が低いことがわかりました。これは地球温暖化の停滞時には確認されませんでした。また,1999年以前の地球温暖化時において,活発だったインド洋ダイポール現象の発生に合わせて,西インド洋の海水温が変化していました。この海水温の変化がインド洋モンスーン*4を介してオマーンへと伝わったと考えられます(図5)。

図4.地球温暖化傾向中及び地球温暖化停滞中のインド洋ダイポール現象発生年・翌年(赤線)とそれ以外の年(通常年:青線)の海水温(上図)と塩分(下図)の季節変動の平均を示す。地球温暖化中において,インド洋ダイポール現象発生年の方が通常年よりも海水温塩分変動が高く(青網部),地球温暖化の停滞中にはこれが確認されなくなる。
図5.地球温暖化の停滞がインド洋ダイポール現象とオマーン産サンゴ記録に与えるメカニズム。 い地域ほど海水温が高く,青い地域ほど低いことを示す。
上図:地球温暖化傾向中を示し,インド洋ダイポール現象の状態の変化に合わせて,西インド洋の海水温は変化していた。インド洋モンスーンも強弱を変化させていた。このため,インド洋ダイポール現象時のオマーンの夏の海水温・塩分は低下していた。
下図:地球温暖化の停滞中には,地球温暖化を停滞させた要因ある太平洋の大規模な大気海洋の相互作用(太平洋数十年規模振動)がインド洋-太平洋の赤道上の東西方向の風循環(ウォーカー循環)を介して伝わり,西インド洋の湧昇流が活発になったと考えられる。西インド洋で湧昇流が活発になった結果,インド洋ダイポール現象の状態にかかわらず西インド洋の海水温は低下していた。この結果,インド洋モンスーンは恒常的に強くなったためにオマーンの夏の海水温・塩分はインド洋ダイポール現象の状態にかかわらず低かった。

一方で,地球温暖化停滞時は,インド洋ダイポール現象の発生の有無にかかわらず,インド洋モンスーンは強い状態を維持しており,西インド洋の海水温は低かったと考えられます。このことから,地球温暖化の停滞時に,西インド洋の海水温がインド洋ダイポール現象と独立して変動し,低下していたことが明らかになりました。

近年では地球温暖化の停滞が終わり,再び温暖化傾向にあると考えられています。過去の表層気温が異なる時代に本研究を応用することで,インド洋の気候変動メカニズムへの理解が深まることが期待されます。

本研究の成果は、以下の学術誌に掲載されました。

Watanabe, T.K., Watanabe, T., Yamazaki, A., Pfeiffer, M., Claereboudt, M. R. (2019) Oman coral δ18O seawater record suggests that Western Indian Ocean upwelling uncouples from the Indian Ocean Dipole during the global-warming hiatus, Scientific Reports, 9, 1887.

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