[論文レビュー] On Changes of Global Wet-bulb Temperature and Snowfall Regimes

Sagar K. Tamang, Ardeshir Ebtehaj+2 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2019

Cryospheric studies and observations参考文献 66被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、1979年から2017年までの間、3つの再解析データおよび観測データを用いて、湿bulb温度および降雪域の世界的な変化を分析した。北半球では顕著な温暖化が見られ、湿bulb温度は10年あたり0.34–0.35 °C上昇し、陸上・海洋における潜在的降雪優勢地域はそれぞれ10年あたり0.52/0.34百万km²減少した。特にアルプスやロッキー山脈のような山岳地域では、後退が加速している。

ABSTRACT

To properly interpret the observed shrinkage of the Earth's cryosphere it is important to understand global changes of snowfall dominant regimes. To document these changes, three different reanalysis products of wet-bulb temperature together with observationally-based data sets are processed from 1979 to 2017. It is found that over the Northern Hemisphere (NH), the annual mean wet-bulb temperature has increased at a rate of 0.34$^\circ$C per decade (pd) over land and 0.35$^\circ$C pd over ocean, resulting in a reduction of the annual mean potential areas of snowfall dominant regimes by 0.52/0.34 million km$^2$pd over land/ocean. However, the changes in the Southern Hemisphere (SH) are less conclusive and more uncertain. Among the K$ö$ppen-Geiger climate classes, the highest warming trend is observed over the NH polar climate regimes. Over studied mountain regions, the Alps are warming at a faster rate compared to the Rockies, Andes and High Mountain Asia (HMA). Due to such warming, potential snowfall areas over the Alps is reducing at 3.64% pd followed by Rockies at 2.81 and HMA at 1.85% pd. On average, these mountain ranges have lost 0.02 million km$^2$pd of potential snowfall areas. The NH potential snowfall areas is retracting towards the North pole over the Central Asia and Europe at a rate of 0.45 and 0.7 degree pd. Furthermore, terrestrial regions over the NH including the Great Plains in the United States, Canadian provinces around the Hudson Bay, Central Siberian and Tibetan Plateaus, are losing as much as 4% of the solid proportion of the annual precipitation amount pd.

研究の動機と目的

• 長期的な再解析および観測データを用いて、降雪優勢域の世界的な変化を定量的に評価すること。
• 湿bulb温度の上昇が降雪の空間的・時間的分布に与える影響を評価すること。
• 主な山岳地域および気候帯における降雪可能性の地域的トレンドを評価すること。
• NCDCの地上雨量計観測データを用いて結果を検証し、データの不確実性を評価すること。
• 気候要因による降水量の状態変化に伴い、特に北半球において最も脆弱な地域を特定すること。

提案手法

• 1979年から2017年までの2m湿bulb温度および降水量データを、3つの第3世代再解析製品（ERA-Interim、MERRA-2、JRA-55）を用いて取得した。
• 空気温度、相対湿度、気圧、および経験的定数に基づき、ニュートン・ラプソン反復法を用いて湿bulb温度を計算した。
• 降雪優勢を示すための湿bulb温度の閾値を用いて降水の状態を推定した。陸上では1 °C未満、海洋では1.1 °C未満を降雪優勢とみなした。
• 湿bulb温度が降雪閾値未満である地域を、潜在的降雪優勢地域として定義した。
• 線形回帰および空間解析を用いて、降雪/降水量比（SPR）、遷移緯度、領域面積の変化のトレンドを計算した。
• 決定係数R²、バイアス（RBIAS）、命中率（POD）、誤報率（FAR）、CSIといった統計指標を用いて、NCDCの雨量計観測データと照合して結果を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1979年から2017年までの間、異なる気候帯において世界的に湿bulb温度はどのように変化したか？
• RQ2 北半球および南半球の陸上・海洋において、潜在的降雪優勢地域はどの程度減少したか？
• RQ3 アルプス、ロッキー山脈、アンデス山脈、ハイマウンテンアジアなどの主要な山岳地域における降雪域の変化はいかなるものか？
• RQ4 北半球における降雪遷移緯度の後退速度はどの程度か？
• RQ5 湿bulb温度の変化と固体降水割合の観測された減少との相関関係は何か？

主な発見

• 1979年から2017年の間に、北半球の陸上では年平均湿bulb温度が10年あたり0.34 °C上昇し、海洋では0.35 °C上昇した。
• 北半球の陸上における潜在的降雪優勢地域は10年あたり0.52百万km²減少し、海洋では0.34百万km²減少した。
• アルプスでは、降雪領域の減少率が10年あたり3.64%で最も高く、続いてロッキー山脈（2.81%）、ハイマウンテンアジア（1.85%）の順であった。
• 北半球の降雪可能性地域は、中央アジアで10年あたり0.45°、ヨーロッパで10年あたり0.7°極方向に後退している。
• グレートプレインズ、ハドソン湾、中央シベリア、チベット高原などの陸上地域では、固体降水割合が10年あたり最大4%減少している。
• 南半球の変化は、特に山岳地域および極域においてデータの限界と高い不確実性のため、明確ではなかった。