ニュースレター28号


 グローブ本部のニュースにも取り上げられるなど、地球環境変化の問題としてしばしば話題になっているエルニーニョについて、東京学芸大学地理学研究室の高橋日出男先生にお願いしてやさしく解説して頂きました。
外国との比較などするとき参考にして頂ければと思います。

エルニーニョ現象の理解のために

 高橋日出男(東京学芸大学地理学研究室)

T.はじめに
 南太平洋に面した南米のペルーやエクアドルでは,赤道に近いにもかかわらず
沖合いの海水面温度は通常でも20〜25℃程度です.これは,ペルー(フンボルト)
海流と呼ばれる寒流が近くを流れていることと,海中から冷たい海水がわきあが
ってくること(湧昇流)によっています.ところが,クリスマスの頃になると暖
かい海水が流入して,普段は見かけない暖流系の魚が捕れたりします.この時期
には恵みの雨がもたらされ,バナナやココナツの収穫期にもあたります.地元の
人々は天からの恩恵に感謝し,クリスマスにちなんでこの季節的な海水面温度の
上昇を「エルニーニョ(El Nino)」(特別な男の子=イエス・キリスト)と呼んで
いました.
 しかし,数年に一度,海水面温度が異常に上昇し,それが半年から1年以上も継
続することがあります.その場合には海底から栄養分を供給する湧昇流が弱まっ
てプランクトンが減り,それを餌にしているアンチョビー(カタクチイワシ)をは
じめとする沿岸漁業に大打撃を与えることがあります.地元では,このような数年
に一度の現象もエルニーニョと呼んでいました.ところが,1950年代以降になって
地球規模の大気や海洋の観測が行われるようになると,この数年に一度の海水面温
度の上昇は,実は太平洋赤道域の中央部にまでおよぶ大規模な現象であり,南米沿
岸での海水面温度の上昇はその一部であることがわかってきました.そこで最近で
は,数年に一度の大規模な海水面温度の上昇をとくに「エルニーニョ現象(El Nino 
event)」と呼び,季節的な海水面温度の上昇を指す「エルニーニョ」とは区別して
います.

U.大気と海洋の相互作用としてのエルニーニョ現象
 エルニーニョ現象には大気と海洋の複雑な変動が相互に関わっていて,その全体像
を理解するには未だ未解明の部分がたくさんあります.本稿では,現在どのようにエ
ルニーニョ現象が理解されているのか,その大枠を捉えることにしましょう.そのた
めに,まず,太平洋の熱帯〜亜熱帯の大気と海洋について通常の状態を概観しておく
ことにします.
 北半球と南半球のそれぞれ緯度20〜30度付近は中緯度高圧帯と呼ばれ,いくつかの
高気圧細胞が存在します.夏の小笠原高気圧もその1つです.そして,赤道付近には熱
帯収束帯と呼ばれる低圧帯が存在します.地表付近で中緯度高圧帯から吹き出す風は,
東よりの風(北半球では北東風,南半球では南東風)となって熱帯収束帯に吹き込みま
す.この東よりの風は貿易風と呼ばれる恒常的な風です.太平洋の赤道付近では通常東
よりの風が吹いているので,それに引きずられて表層の海水も東から西へ移動すること
になります.
 海水の温度は浅いところほど日射を受けて高いのですが,表面から下方へ温度を測っ
て行くと,途中で急に温度が下がるところ(水温躍層)があります.おおざっぱに見れ
ば,冷たい深海水の上に暖かい表層水が乗っているわけです.また,海陸の分布をみま
すと,太平洋赤道域の東側は南米から北米まで陸続きになっていて,海洋はそこで閉じ
ています.西側でもインドネシアのジャワ島やスマトラ島などたくさんの島があり,海
も浅いので,海流にとっては大きな障壁となります.つまり,海洋が西側も東側も閉じ
られた状態にあるといえます.
 このような状態で,表層の暖水が風によって西側へ引きずられるとどのようになるで
しょうか.暖水は西側へたまり,東側では冷水が湧きあがってくることになります(第
1図上:平年の状態).ニューギニア島〜スマトラ島付近は,地球上で最も海水面温度の
高い海域です.海水面温度が高い領域では,海水面からの水蒸気供給(蒸発)が盛んであ
り,下から暖められるために大気が不安定になって対流性の雲ができやすくなります.
そのためこの領域では上昇気流が活発で低圧部となり,一方,太平洋赤道域中東部では
下降気流が卓越し,高圧部となっています.この上昇気流と下降気流の間をつなぐと,
太平洋赤道域の東西を結ぶ大気循環を考えることができて,これを発見者の名前をとっ
てウォーカー(Walker)循環と呼んでいます.また,最近では人工衛星からの観測により,
海水面の高さが正確に計れるようになりましたが,それによると太平洋赤道域の西側では
東側に比べて数10cm海面水位が高いそうです.このような海面水位の差が現れるのは,海
水が東へ流れ出そうとする力と,貿易風の東よりの風が海水を西向きに引きずる力が釣り
合っているためと考えられます.
 さて,ここで貿易風が弱まったときの状態を考えてみましょう.これがエルニーニョ現
象に対応します(第1図中).東風の支えが弱くなったことにより,西側の暖水は東向きに
流れ出そうとします.単純に考えると,暖水の流出により太平洋赤道域では西から東へ向
かって海水面温度が上昇してゆきそうですが,これまでのエルニーニョ現象発生時の状況
を見るとどうもそれでは説明できません.海水面温度が通常より高くなりはじめるのは,
まず南米大陸沿岸や太平洋中東部で,しだいにその領域が西方へ拡大してゆくのです.こ
のことは次のように解釈されています.西側に貯まっていた暖水が流れ出すときに,赤道
付近の海中にはある種の波動が発生し,暖水の厚い(深い)部分が東へ伝わって行こうと
します.厚い暖水の下部は,もとは水温が低い海水が占めていた部分なので,このような
暖水域の移動は,言い換えれば余分な熱が海中を西から東へ移動して行くことに対応し
ます.この熱が海面に現れるのが南米大陸沿岸や太平洋中東部で,そこから海水面温度
の高い領域が東西に広がってゆくわけです.このような海水面温度分布の変化に対応し
て,活発な雲のできやすいところも暖水が現れた東方へ移ってゆきます.
 では,貿易風が強いときにはどうなるでしょうか.このときには暖水はさらに西側へ
蓄積して厚みを増し,水温も高くなります.一方,東側では海中からの冷たい湧昇流が
強化されて,通常よりも低温な海水面が広く東西に拡大します(第1図下).この状態は
エルニーニョ現象と正反対の状態なので,逆エルニーニョ現象(anti-El Nino event)と
呼ぶ研究者もいますが,最近では「ラニーニャ現象(La Nina event)」(特別な女の子
(誰なのでしょうね?))と呼ばれることがあります.欧米の研究者は,海水面温度と
対応させて,エルニーニョ現象をwarm event,ラニーニャ現象をcold eventと呼ぶこと
が多いようです.
 気圧の変動を長期間にわたって調べると,太平洋赤道域の東西では,たいへん明瞭な
逆傾向の変動をしていることがわかります.西側で気圧が高く(低く)なると東側で気
圧が低く(高く)なるという関係です.この現象は南方振動(Southern Oscillation)
と呼ばれ,1930年代に発見されたのですが,1980年代初頭になって,これがエルニーニ
ョ現象・ラニーニャ現象と表裏一体の現象であることがわかってきました.つまり,ラ
ニーニャ現象発生時には,太平洋赤道域西部の対流活動が活発になるため,太平洋赤道
域では西部で低圧域,東部が高圧域という気圧分布のコントラストが増大します(ウォ
ーカー循環強).エルニーニョ現象発生時には上昇気流域が東へ移動するために西部で
の上昇気流と東部での下降気流はそれぞれ弱まり(ウォーカー循環弱),西部では気圧
が高くなり,東部では低くなるわけです.そこで,El NinoとSouthern Oscillationの頭
文字をとってENSO(エンソ)とまとめて呼ぶこともあります.

V.なぜエルニーニョ現象やラニーニャ現象が起こるのか?
 これまで述べてきましたように,エルニーニョ現象が発生しているときには貿易風
が弱く,ラニーニャ現象の発生時には貿易風が強まっています.そこで,しばしばエ
ルニーニョ現象の発生要因として,貿易風が弱まることを原因にあげて説明されるこ
とがあります.しかし,先に述べましたように,ラニーニャ現象発生時には東から西
へ向かう気圧の傾きが大きくなるので,東よりの風が吹くのに適した条件になります.
一方,エルニーニョ現象発生時には気圧の東西の傾きは小さくなり,東風が吹きにく
い状態にあります.このように,貿易風の強弱は,海洋側の変動であるエルニーニョ
現象と表裏一体の関係にある大気側の一側面ですので,これだけでエルニーニョ現象
の発生要因を説明することは必ずしも十分ではありません.それでは,どう説明すれ
ばよいのでしょうか?残念ながら,エルニーニョ現象発生の本質に関して決定的な答
えはまだ出ていないのが現状です.しかしながら,いくつかの仮説が出されています
ので,それらを紹介しておきたいと思います.
 さきほど,貿易風の強弱はエルニーニョ現象と表裏一体で,それだけでは説明に
ならないといいましたが,少し親切な本では,「何らかの理由で貿易風が弱まると
エルニーニョ現象が発生する」と記述していることがあります.この,「何らかの
理由」とはたとえば何なのでしょうか.
 まず,エルニーニョ現象が発生していないときのことを考えてみましょう(第1
図上・下).太平洋赤道域の西部には暖水が蓄積されています.そこでは対流活動
が活発で上昇気流が強く低圧部となっているので,そこに吹き込む東風が吹き,
暖水を西へ押しやった状態になっています.また,この太平洋赤道域西部は,
ユーラシア大陸とインド洋・太平洋の間で起こるモンスーン(季節風)の影響を
受ける地域でもあります.モンスーン風系の季節的変動のなかで,ときおり強い
西風が発生し,それが太平洋まで到達(貿易風の後退)することがあります.こ
れがきっかけとなって太平洋赤道域西部の暖水域が東に向かって動き出し,エル
ニーニョ現象に移行するという考え方があります.さらに,エルニーニョ現象の
発生が数年間隔であることの説明として,次のように考える研究者もいます.後
で述べますように,エルニーニョ現象の影響は,熱帯域だけでなく,中高緯度に
も波及すると考えられていて,それによって偏西風など大気の流れ方が変化します.
エルニーニョ現象の影響を受け入れた中高緯度の大気は,エルニーニョ現象がな
かった場合とは異なる時間変化をします.この結果として,たとえば翌年の冬の
降雪分布が通常と比べて変化したとしましょう.一方で夏のモンスーンの活動は,
春先におけるヒマラヤ・チベット高原やユーラシア大陸上の積雪と関係があるとい
われています.つまり,エルニーニョ現象が起こったという記憶が大気や地表面
状態に受け渡され,それがモンスーンの変動などを通して,次のエルニーニョ現象
発生のきっかけになる可能性があるという,海洋・全球大気・陸面の相互作用を
考えた壮大な仮説です.しかしながら,具体的な相互作用のプロセスについては,
未知な部分が多く,今後の研究に待つところが大きいです.
 一方で,このような外的な要因を考えなくとも,太平洋規模の大気・海洋相互作
用によって,数年間隔で発生するエルニーニョ現象の説明が可能であるとする研究
者も多数います.いったん生じた暖水域では,対流性の雲が発生し上昇気流ができ
るので,地上付近では気圧が低下し,そこに風が吹き込むようになります.すると
暖水がますます集積し,海水温は上昇して対流活動も活発になるので,この変動は
ますます増幅されてゆきます.この状態を大気−海洋結合不安定と呼ぶことにしま
す.また,エルニーニョ現象の説明のところで,赤道域に特有な波動の伝播に伴っ
て,数か月かけて海中を熱が輸送されてゆくことを述べました.このような海洋中
の波動の伝播や太平洋赤道域の東部・西部での波動の反射と,大気−海洋結合不安
定を組み合わせたコンピュータシミュレーションによって,エルニーニョ現象に対
応する数年周期の変動が再現されています.
 大気−海洋結合系としてのエルニーニョ現象発生メカニズムの解明は,現在の大
気・海洋科学において最もホットな研究分野の1つで,21世紀に向けて,エルニーニョ
現象発生を予測するコンピュータモデルの確立が期待されています.

W.エルニーニョ現象の中高緯度地域への影響
 太平洋赤道域と日本のように,遠く離れた地域の天候(気象要素)が関連して
変動する現象をテレコネクション(teleconnection=遠隔相関)といいます.前
に述べました太平洋赤道域の東西間における気圧の逆傾向の変動も,テレコネク
ションの1つといえます.
 水たまりの中に小石を落とすと,波紋が同心円状に広がってゆきます.地球の
大気でも,あるところに強制力を与えると,その影響が大気中を波動として伝播
して行きます.ただし地球の場合は球面であり,そのうえ自転しているので,伝播
のしかたがだいぶ異なってきます.つまり,大気中の波動は,地球の大円(ある地
点から地球を1周して元の位置に戻る場合に最長距離となる経路.もちろん寄り道な
どしない!!)に沿って伝播するという性質があります.さらに,地球を取り巻く偏
西風の風速分布や地形(海陸分布や大山脈の位置)などの条件によって,波動の伝
播が発生しやすい場所と方向がだいたい決まっているようです.第2図は,エルニー
ニョ現象が発生した場合,すなわち太平洋赤道域中東部の海水面温度が上昇し,そこ
で上昇気流が強まった場合に発生しやすい波動の伝播を模式的に示した図です.HとL
はそれぞれ通常より気圧が高くなる地域と低くなる地域を表します.気圧が高くなる
ところと低くなるところが交互に現れて,北米大陸東部に至る波列(wave train)を
なしています.このような気圧分布の変化様式はPNA(Pacific/North America)パタ
ーンと呼ばれ,特に冬季に出現しやすいといわれています.冬季にPNAパターンが出
現すると,第2図から北米大陸中央部では北風が吹きやすく寒い冬となり,西海岸か
らアラスカでは南風が吹きやすく暖かい冬になる傾向があることがわかります.
 日本への影響は北米大陸ほど明瞭ではありませんが,次のように考えられます.
第2図によるとアラスカ半島付近を中心として気圧が低下する領域がありますが,
これは日本付近に冬の季節風を吹かせる日本東方の低気圧(いわゆる「西高東低の
気圧配置」の東低にあたる)の中心が東方へずれた状態を意味します.通常の冬で
はシベリアからの寒冷な北西風が日本付近を通過するわけですが,このように北西
風を吹かせるしくみが東へ移動すると,北西風の中心が日本の北側を素通りしてし
まい,日本付近では季節風の吹き出しが弱くなることが期待されます.つまり,エ
ルニーニョ現象発生時には日本では暖冬傾向になる可能性が高いことになります.
 夏季における日本の天候は,小笠原高気圧の動向に大きく左右されます.日本付
近への小笠原高気圧の張り出し方を支配する気圧分布の変化様式として,PJ
(Pacific-Japan)パターンが指摘されています.これには太平洋赤道域西部の海水
面温度が関わっており,第3図には太平洋赤道域西部で海水面温度が平年より高くな
るラニーニャ現象発生時の様子を模式的に示してあります.この場合も通常より気
圧が高くなるところと低くなるところが交互に現れて,北米大陸西岸に至る波列が
現れています.第3図に示したラニーニャ現象発生時には日本付近で気圧が高くなる
ことから,小笠原高気圧が強く暑い夏になると考えられます.逆に,エルニーニョ
現象発生時に太平洋赤道域西部で海水面温度が平年より低くなると,気圧の高低が
逆の配置になって,日本付近で気圧が低い状態,すなわち,小笠原高気圧があまり
発達せず冷夏になりやすいと考えられます.
 ここで述べましたエルニーニョ現象・ラニーニャ現象とテレコネクションパター
ンを介在した日本や北米大陸の天候との関係は,これまでの事例を調べると必ずし
も全ての場合に当てはまるとはいえません.中高緯度の大気循環も独自の変動をす
るので,いつも同じ形で熱帯からの影響が反映されないのです.

X.おわりに
 「エルニーニョ現象」という言葉は,テレビや新聞などマスコミを通して,ここ
10年ほどの間に広く知られるようになりました.しかしその弊害として,「エルニ
ーニョ現象=異常気象(の元凶)」という,行き過ぎた認識も一部にあるようです.
異常気象とは,およそ30年間に1回程度出現する極端な気象状態を指します.つまり,
人間の一生の中で,2,3回しか経験しない状態です.エルニーニョ現象は数年に1度の
頻度で発生する現象なので,エルニーニョ現象そのものはもちろん異常気象とはいえ
ません.また,先に述べました日本など中高緯度へのエルニーニョ現象の影響も,長
年の資料を統計的に分析して得られた結果で,いわば普通に期待される現象(影響の
しかた)であり,これも異常気象とはいえません.問題なのは,個々のエルニーニョ
現象は開始や終わりの季節,継続期間,そして海水面温度の変化状況などが多様であ
ること,それにも増して,中高緯度の大気循環の状態によって熱帯域からの影響の受
け方が異なってしまうことです.たとえば,夏と冬では中高緯度の偏西風の強さが異
なりますし,気圧の谷(低気圧)や尾根(高気圧)の位置も常に変化しています.
たまたま台風の接近があるかもしれません.エルニーニョ現象発生時には熱帯からの
強制力がある程度継続して中高緯度へ働きやすいので,そこが平均と異なる大気循環
の状態であれば,影響を受ける地域や影響の大きさ・内容が変化し,普通の状態とは
かけ離れた思いがけない現象(=異常気象)が発生することになると考えられます.
中高緯度の大気が熱帯からの影響をどのように受け,その後どのように振る舞うのか,
これも今後に残された重要な課題といえるでしょう.
  最後に,インターネット上にある国内のエルニーニョ現象に関するWeb pageをいく
つか紹介しておきます(URLは1999年1月28日現在).
(1)http://www.kishou.go.jp/know/whiteP/3-2-1.html
  気象庁のページにあるエルニーニョ現象の解説です.
(2)http://www.ccsr.u-tokyo.ac.jp/docs/elnino/elnino.html
  東京大学気候システム研究センターのページで,
太平洋熱帯域の大気海洋観測などに ついても解説されています.
米国の大気海洋局にリンクが張られ,海水の温度分布や風
系分布図が過去にさかのぼって閲覧できます.他の外国関係機関
へのリンクもあります.
(3)http://www.asahi.com/paper/special/climate/climate1.html
  朝日新聞社のページで,異常気象に関する過去の記事の抜粋が
あります.
(4)http://www.wline.co.jp/sodan/elnino/elninotop.html
  有限会社ウエザーラインの解説ページです.海中を通常より高温
な領域が東進してい る様子を示した図があります.エルニーニョ
現象に関する指数もあります.