[論文レビュー] Delayed Seasonal Cycle and African Monsoon in a Warmer Climate

Michela Biasutti, Adam H. Sobel|ArXiv.org|Jul 16, 2009

Climate variability and models参考文献 4被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、CMIP3気候モデルアンサンブルを用いて、温室効果ガスの増加が、全球の海面水温および降水量の季節的サイクルを3–4日遅らせることが示された。特にアフリカ・サヘル地域では、雨季の開始が遅れ、雨季が短くなる。この遅れは、年間平均降水量の変化に伴う不確実性にもかかわらず、モデル間で一貫しており、気候変動下におけるモンスーン地域の季節的タイミングは、降水量の総量よりも予測可能性が高いことを示している。

ABSTRACT

Increasing greenhouse gases will change many aspects of the Earth's climate, from its annual mean to the frequency of extremes such as heat waves and droughts. Here we report that the current generation of climate models predicts a delay in the seasonal cycle of global rainfall and ocean temperature in response to increasing greenhouse gases, with important implications for the regional monsoons. In particular, the rainy season of the semi-arid African Sahel is projected to start later and become shorter: an undesirable change for local rainfed agriculture and pastoralism. Previous work has highlighted the uncertainty in this region's response to anthropogenic global warming: summer rainfall is predicted either to decrease or increase by up to 30% depending which model is used. The robust agreement across models on the seasonal distribution of rainfall changes signifies that the onset date and length of the rainy season should be more predictable than annual mean anomalies.

研究の動機と目的

• 増加する温室効果ガス濃度が、全球の降水量および海面水温の季節的サイクルのタイミングに与える影響を調査すること。
• 気候変動下において、特にサヘル地域におけるアフリカモンスーンのタイミングが、年間平均降水量の変化よりも予測可能性が高いかどうかを特定すること。
• 特に農業および牧畜に依存度の高い地域において、複数の気候モデルを通じて季節的サイクルの遅れがどの程度一貫しているかを評価すること。
• 観測されたサヘル地域の降水量トレンドが、季節的タイミングのシフトを示すモデル予測と整合しているかどうかを評価すること。
• 主成分分析（EOF）を用いて、グローバルスケールの季節的サイクルの遅れと地域的モンスーン反応を区別すること。

提案手法

• CMIP3モデルの月間気候平均データを用いて、降水量および海面水温（SST）の主成分分析（EOF）を実施し、主要な空間パターンと時間的変動を抽出する。
• EOFから得られた主成分（PC）時系列を用いて、20世紀と21世紀における季節的サイクルの位相と振幅を定量化する。
• 1年次（21C）と20世紀（20C）の最初の主成分（PC1）の差分（21C-20C）を計算し、季節的サイクルのシフトを検出する。
• PC1のゼロ交差点を用いて、雨季の開始および終了の遅れを推定し、春と秋の遷移を別々に分析する。
• 差の差分法（10月－6月の21C-20C差分）を用いて、EOF分解に起因するアーチファクトではないことを確認し、ほぼグローバルな反応であることを裏付ける。
• モデルアンサンブル平均と個々のモデル出力結果を観測データと比較し、サヘル地域における季節的タイミングの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 増加する温室効果ガスの強制力が、全球の降水量および海面水温の季節的サイクルのタイミングにどのように影響を与えるか。
• RQ2 地球温暖化下において、サヘル地域の雨季の開始および期間がどの程度遅れるか。
• RQ3 なぜサヘル地域において、降水量の季節的タイミングは年間平均降水量の変動よりもモデル間で一貫性があるのか。
• RQ4 季節的サイクルの遅れは、グローバル現象であるのか、それとも熱帯モンスーン地域に限定されたものなのか。
• RQ5 CMIP3モデルは、観測値と比較して、歴史的サヘル地域の降水量季節的サイクルをどの程度適切に再現しているか。

主な発見

• CMIP3モデル全体を通じて、21世紀における全球降水量および海面水温の季節的サイクルは、20世紀と比較してそれぞれ3.7日および3.2日遅れる。
• サヘル地域の雨季は平均して3.3日遅れて開始され、3.7日遅れて終了するため、雨季の期間は平均で1.5日短くなる。
• SSTの春季（開始）ゼロ交差点の遅れは4.1日、降水量では3.3日である一方、秋（終了）のゼロ交差点ではSSTが2.5日、降水量が3.7日遅れる。
• 季節的サイクルの遅れは、モデル間で一貫しており、特にSSTに関しては低分散であるため、グローバルスケールの強い反応であることが示唆される。
• 年間平均サヘル地域の降水量に高い不確実性（最大30％の増加または減少）があるにもかかわらず、モデル間で雨季のタイミングが一貫して遅れる。
• 10月－6月の21C-20C差分では、年間サイクルに類似したパターンが得られ、これは、温室効果ガス強制に起因する季節的サイクルの遅れが、EOF分析のアーチファクトではなく、ほぼグローバルな反応であることを確認している。