米国、北欧、アジアでは、今冬に極端な降雪が発生する可能性が高まる一方、西欧では降雪量が大幅に減少すると予測



米国やカナダの東海岸、アジア北部では、極端な降雪を予測するのに十分な気温条件が残っており、その規模も大きくなる可能性があります。一方、西ヨーロッパでは、近年の気温上昇により平均降雪量が大幅に減少しています。すでに観測され、予測されている水循環の活発化は、ヨーロッパでの異常降雪の頻度を増加させない。

極端な降雪は、特に北半球において、異常気象の主要な被害カテゴリーであり続けています。水循環の強化が予測されているため、雪が降るのに十分な寒さが続く限り、降雪量が増える可能性があります。

これらの対照的な力により、平均降雪量の大幅な減少という予測と、それよりもはるかに目立たない極端な降雪量の減少または増加という予測の違いが生じています。このような一見相反するメカニズムを正しく理解するためには、まず固体の降水がどのようにして形成され、発生するのかを確認する必要があります。雪は、氷点下の気温、凝結核、空気中の水蒸気の3つの要素によって形成されます。

雪や固体の降水ができる仕組み

雲は、目に見えない気体である水蒸気が凝縮して、液体の水滴や氷の結晶になることで発生します。そのためには、水蒸気が「凝結核」と呼ばれるものに付着する必要があります。大気中の水蒸気が液相を経ずに直接氷に凝縮したものは、正しくは雪の結晶と呼ばれる。

「雪片」という言葉は、より一般的な気象用語であり、冬に降るさまざまな種類の降水を表すのに使われる。雪片は、個々の雪の結晶から、多数の結晶が衝突してくっついた凝集体まで、さまざまなものがあり、薄っぺらなパフボールとなって地上に落下する。0℃より少し暖かい湿った空気の中を降下する雪片は、端が溶けてくっつき、大きな雪片になります。下のビデオでは、最初の小さな氷の結晶から合成された雪片までの8つの主なステップを視覚化しています。

雪の結晶-発生と成長

一般的な理論はよく知られていますが、大気中の雪の結晶がどのように形成されるのかは、いまだに未解決の問題です。下の形態図は、温度と水蒸気の過飽和度の関数としての雪結晶の成長を定性的に表したものです。雪の結晶の形は、温度形成に厳密に依存する。

薄くて平らな恒星状デンドライト雪結晶は、ほとんどの場合、-15℃付近の狭い温度範囲で採取される。細い柱状や針状の結晶は、-5℃付近の温度でのみ現れます。キャップドコラムのような複合型の雪結晶は、結晶が成長する過程で成長条件が変化してできる。地表の温度に関係なく、雪の結晶の形は雲の中の条件によって決まる。

吸湿性核の大きさは0.01〜10マイクロメートル。1マイクロメートルは一般的にミクロンとも呼ばれ、1ミリメートルの100万分の1、1インチの100万分の39に相当します。大きさによる分類では、最も小さいものは、直径が0.4マイクロメートル以下で、1立方センチメートルあたり1000〜5000個の濃度を持つエイトケン核と呼ばれる。1立方センチメートルは、およそ0.06立方インチに相当する。あまりにも小さいため、蒸気を凝縮させるには高度な過飽和度が必要となる。

一方、大型核は、直径が0.4〜1マイクロメートル、濃度は1立方センチメートルあたり数百個。一方、大きな原子核は、直径が0.4〜1マイクロメートルで、濃度は1立方センチメートルあたり数百個、巨大な原子核は、直径が1〜10マイクロメートルで、濃度は1立方センチメートルあたり0.1〜1個です。下の写真では、水分子が凝縮核と比較していかに小さいかがわかります。

吸湿性核の主なグループは塩で、その主な発生源は明らかに海で波が砕けた時に発生します。塩の濃度は、波の動きを左右する風速の増加に伴って増加します。また、ハワイのような噴出火山の溶岩が海面に到達すると、激しい蒸発によって同じくらい多くの塩水滴が大気中に放出されます。

もう一つの核のグループは、他の物質の燃焼によって大気中に存在する硫酸塩からなる粒子です。風によって地上から取り除かれた粒子は、3つ目の重要な核の供給源です。直径が10-20マイクロメートル以上のものは、その重さですぐに地面に落ちますが、小さいものは高所や長距離に運ばれます。

さて、極端なイベント時の冬の固体降水量がすべて雪として地面に落ちるわけではありません。冬の嵐とは、降水量が主に雪、みぞれ、氷雨である気象現象のことです。強風や氷点下の気温を伴うことも多く、冬の嵐は危険を伴います。

冬には、ほとんどの降水量が雲の中の雪として形成されます。これは、嵐の最上部の気温が、上で見たように雪片を作るのに十分なほど低いためです。冬の嵐は、他の種類の嵐と同様に、湿った空気が大気中に上昇することで始まります。上昇気流は寒冷前線でよく見られ、暖かい空気が冷たい空気の上に持ち上げられ、雲の形成と降水に必要です。

上の図では、冬の降水の種類を示しています。みぞれは、降雪のほかに、地表に向かって落ちてくる雪片が、まず氷点下以上の空気層を通過することで形成されます。その後、氷点下の空気層を通過します。雪片は再び氷結して氷の塊となり、地上に落下する。

みぞれの形成と同様に、凍てつく雨は、雪が暖かい空気の層を通過して雨になり、さらにずっと冷たい空気の層を通過するときに形成されます。雨は、地表近くの浅い冷気の層を通っても再凍結することはできません。雨はこの過程で過冷却され、冷たい表面に触れると瞬時に凍結します。

最近、異常気象が増えている

最近、異常気象がますます頻繁に発生し、激しくなっています。米国の国家気候評価では、熱波、豪雨、大型ハリケーンの数が米国内で増加していることが明らかになっています。これらの現象の強さも増しています。世界の他の国や地域でも同じことが起こっています。

単発的な強い気象現象には通常、力学的な起源があり、その多くは、典型的なブロッキングや上層流の高振幅の波に関連した持続的な気象パターンから生じます。その証拠に、北極圏の増幅は、ロスビー波の東への移動が遅くなる傾向を強め、増幅された流れの軌跡による持続的な気象条件によって引き起こされる極端な天候を好むようになります。次の記事では、北極の増幅がロスビー波の進化にどのような影響を与えているかを説明しています。

最近、複数の著者が、温暖化した気候の下では、世界のほとんどの地域で、平均降水量よりも豪雨イベントの強度が増加するようだと述べている。

これは、水蒸気保有量の増加とクラウジウス・クラペイロンの法則と一致します。簡単に言えば、暖かい空気はより多くの水蒸気を保持できるということです。大気の温度が1℃上がるごとに、空気中の水蒸気の容量は約7％増加します。

したがって、水蒸気の飽和度を決定する主な要因は温度です。しかし、今後も気温が上昇し、暖かい大気がより多くの水蒸気を含むようになれば、極端な降雨がより頻繁に、より激しくなることも予想されます。

それを裏付ける観測結果がすでに出ています。ここ数十年の間に、ほとんどの地域で豪雨の頻度と強度が高まっていますが、この傾向は地域や季節によって大きく異なります。例えば、米国では、中西部と北東部で豪雨現象の増加が最も顕著です。このように、世界の多くの地域では、1950年代以降、極端な降水量が増加し、より一般的になっています。

欧州環境庁によると、ヨーロッパにおいても、降水量の多い現象は一般的に強度と頻度が高くなっています。すべての変化が統計的に有意ではないにしても、これは1950年代以降、ヨーロッパ北部および北東部で特に顕著に見られます。さまざまな研究や指標によって、南西ヨーロッパと南ヨーロッパの傾向は異なっています。

北部・北東部ヨーロッパでの増加は、北大西洋の暴風雨トラックが極に向かってシフトし、地中海の暴風雨が弱まっていることに起因しています。最近の研究では、スペインと西ヨーロッパ沿岸部では、今後、1日以下の時間スケールで激しい降水現象の増加が顕著になることが示唆されている。

異常降雪について

過去数十年の間に、米国北東部では何度も悲惨な異常降雪を経験しましたが、その大半は温帯低気圧と密接に関連しています。米国東部の降雪量に影響を与える条件として、大西洋の海面水温が平均よりも高いことが挙げられます。これにより、嵐に流れ込む水分量が非常に多くなり、降雪の強度が増すことがあります。

2010年、2月5日と6日にワシントンD.C.を中心に45cmの積雪を記録した「Snowmaggedon」と呼ばれる異常降雪は、大西洋の海面水温が異常に高かったことと関連しています。これは、レーガン・ナショナル空港で記録された4番目に多い総降雪量でした。2013年2月8日と9日には、温帯低気圧の影響で、ニューヨーク市とロングアイランドでは30〜60cm、コネチカット州中央部では90cmを超える非常に激しい雪が降りました。

ヨーロッパのアルプス山脈やノルウェー北部、スカンジナビアでは、2008-09年、2013-14年、2019-20年、2020-21年の冬に、極端な降雪が広い範囲に影響を及ぼしています。2008-09年と2013-14年の冬には、いくつかのアルプス地域で15メートル（49フィート）を超える総積雪量を記録しました。

2018年12月30日から2019年1月15日にかけて、一連の異常降雪が北アルプスのオーストリア側全域に影響を与えました。いくつかの地域では、新雪の量が異常に多く、例えば、ゼーフェルトでは17日間で3.71mの積雪がありましたが、これは統計的には50年または100年に1度しか起こらないことです。

これは、北バルト海の異常な暖かさがアルプスの降雪量を増加させ、大西洋上の高気圧ブロッキングが持続しているために北風に水分が含まれたためです。ノルウェーの沿岸部の町トロムソでは、2019-20年の冬、6.53m（21.4フィート）の積雪がありました。

今後数十年の間に、極端な降雪量はどのように変化するでしょうか？

地球温暖化とそれに伴う水循環の変化により、高緯度地域を除く北半球のほとんどの地域で日平均降雪量が減少する可能性があるという十分な証拠があります。しかし、強い地球温暖化シナリオの下では、中緯度地域でもすでに雪が降りやすい地域では、異常降雪の予測が増加します。

これらの結果は、クアンテ氏らが科学誌「ネイチャー・サイエンティフィック・リポーツ」に発表した「Regions of intensification of extreme snowfall under future warming」と題する科学論文で紹介されています。著者らは、「地球温暖化により、水循環が活発化し、降水の頻度や性質が変化している。降雪に関しては、地球温暖化には2つの相反する影響があり、湿度の上昇は激しい降雪を可能にする一方、気温の上昇は降雪の可能性を低下させる」と述べています。

科学者たちは、少なくとも2050年までは極端な降雪が強まること、また、予想される極端な現象の大きさが、過去に記録された最強の極端な降雪の強さを超えることを示しています。これは高緯度地域で顕著に見られます。一方、西ヨーロッパのような中緯度地域では、極端な降雪現象の頻度は減少しています。しかし、最も極端な降雪イベントは、残りのイベントが過去の経験よりも極端になる可能性を示しています。

具体的には、西ヨーロッパでは、平均降雪量（約-90％ポイント）と極端な降雪量（約-80％ポイント）が最も急激に減少している。しかし、残された数少ない極端な降雪は、強度は低下していないものの、規模はわずかに増加する傾向を示しています( ∼ +5 % ポイント)。以下の画像を参照

アジアでは、予想される極端な大きさはわずかに増加（約5 %ポイント）するものの、北アジアの高緯度地域における極端な降雪は大きく増加し、最大で+50 %ポイントにもなる。これに対し、平均降雪量はわずかに減少します（約-5 %ポイント）。上の地図をご覧ください。

大西洋の反対側、米国とカナダの東海岸では、異常降雪の減少はそれほど顕著ではなく、高緯度地域では異常降雪とその規模がともに10〜20％と大幅に増加します。これらの結果から、北米では異常降雪現象が強まっていることがわかります。

このような極端な降雪統計の増加とは対照的に、一日の平均降雪量は近い将来、すでに出発しています。高緯度で雪が降りやすい地域では、2050年まで日平均降雪量が20％ポイント増加するのに対し、低緯度では約-20％ポイントの急激な減少が見られます。この傾向は今世紀末まで続き、ヨーロッパの大部分と北米の一部では最大80％ポイントの減少となりますが、シベリアなどの高緯度地域では同様に約50％ポイント以上の増加となります。

気温の上昇により、西ヨーロッパの降雪量は大幅に減少します。すでに観測され、予測されている水循環の活発化は、極端な降雪の頻度の増加にはつながりません。

一方、北米の東海岸や北アジアでは、異常降雪が発生するのに十分な気温条件が残ります。