極寒波の原動力：ジェット気流は地球の気候と天気にどのような影響を与えるのでしょうか？

トゥチョンクリエイティブ

ジェット気流は地球の大気中の強力な気流です。地球温暖化が進むにつれ、その変化は気象パターン、異常気象、航空運航に重大な影響を及ぼす可能性があります。みなさんこんにちは。私はWei Keです。私たちの大気圏にはさまざまな気象現象がありますが、一般の人々にはあまり注目されませんが、非常に重要な現象がジェット気流です。

1. ジェット気流とは何ですか?

偏西風ジェット気流は、中緯度偏西風帯の上部対流圏または成層圏における強くて狭い気流です。一般的に、水平方向の幅は数百キロメートル、垂直方向の厚さは数千メートル、長さは数千キロメートルです。それは半球の周りを西から東へ蛇行します。この偏西ジェット気流の一部の領域は偏西ジェット気流核域と呼ばれ、偏西気流は100～150m/s以上に達し、地上で最も強い台風や竜巻の風速を超えることがあります。

偏西ジェット気流の形成は、地球の自転と大気の温度差に関係しています。赤道地域は太陽の光を直接受け、空気は暖かくなって上昇し、高高度に達した後、極に向かって移動します。地球の自転によって発生するコリオリの力により、極に向かう空気の流れは北半球では右に、南半球では左に偏向します。さらに熱と渦によって風速が増し、亜熱帯地域に偏西ジェット気流が形成されます。これは亜熱帯ジェット気流です。さらに、南北の温度差によって気圧差が生じ、風速がさらに高まります。

人類は1920年代に偏西風ジェット気流を理解し始め、偏西風帯におけるロスビー波理論を開発しました。これは大気力学の基礎理論となり、天気予報の理論的根拠となりました。第二次世界大戦末期、日本はジェット気流を利用して大規模な長距離爆撃を実施した。彼らは爆弾や焼夷弾を積んだ風船約9,300個を製作し、打ち上げた。日本人はこれを「風船爆弾」と呼んだ。これは風船爆弾を意味する。各気球は直径約10メートルで、15キログラムの高性能爆弾と焼夷弾を搭載している。日本の推計によれば、これらの気球はジェット気流に乗って3日以内に米国本土に到達し、米国で大規模な爆発や森林火災を引き起こし、パニックを引き起こす可能性がある。その後の統計によると、約300個の風船が北米に到着した。しかし、アメリカによる戦時情報封鎖により、日本は作戦の有効性を評価することができなかった。さらに、資源不足のため、最終的に作戦は急遽終了した。それでも、気球はいくらかの損害と死傷者を出したが、日本が意図した戦略的効果は達成されなかった。

2. 偏西風ジェット気流が飛行に与える影響

ジェット気流は飛行に大きな影響を与え、パイロットの味方にもなり、トラブルメーカーにもなり得ます。航空機が偏西風ジェット気流に沿って飛行すると、実際の速度が上昇し、飛行時間が短縮され、燃料消費量が削減されます。 2024年初頭、CBSニュースは、追い風を受けて飛行する一部の飛行機の速度が時速800マイル（時速1,287.472キロメートル）を超え、通常時速500マイル（時速804.67キロメートル）から600マイル（時速965.604キロメートル）の速度で飛行する商業飛行機よりもはるかに速く、多くの飛行機が数十分早く到着できると報じた。 （1マイルはおよそ1.60934キロメートルに相当します）

もちろん、飛行機はそこまで飛んだ後、戻って来なければなりませんが、ジェット気流に乗って飛行すると、飛行機の実際の速度は低下し、飛行時間が長くなり、燃料消費量も増加します。しかし、最大の問題は偏西風ジェット気流内の気流が均一ではなく、時には強い乱気流や風のせん断が発生し、飛行機が揺れて乗客に不快感を与え、さらには飛行機の構造に損傷を与えることです。

したがって、航空会社とパイロットは、追い風を最大限に活用したり、向かい風や乱気流域を避けたりするために、偏西ジェット気流の位置と強さに基づいてルートを計画する必要があります。

3. ジェット気流と気候変動

偏西風ジェット気流の変化は、地域の天気や気候に大きな影響を与える可能性があります。一方では、偏西風の強さが中緯度地域の異常気象に影響を及ぼします。偏西風ジェット気流が比較的強い場合、高緯度地域や極地域に冷たい空気を閉じ込めやすくなります。中緯度では寒気の活動が少なく、気温は比較的穏やかです。偏西風ジェット気流が弱まると変動しやすくなり、極地の寒気が南に広がり、中緯度で寒波や猛吹雪などの異常気象を引き起こす可能性があります。偏西風ジェット気流の存在はコマのようなものです。コマの回転が速いほど、安定します。しかし、トップが減速すると、下落する可能性が高くなります。

一方、ジェット気流の位置も地球規模および地域規模の気候に影響を与えます。北大西洋とヨーロッパの偏西風ジェット気流が北上すると、ヨーロッパには暖かく、嵐が多く、湿気の多い天候がもたらされますが、それより南の地域では雨が降りません。しかし、この地域のジェット気流が南に移動すると、大西洋を横切って地中海地域に直接到達し、これらの南部地域に大量の大雨をもたらします。

気候変動により地球の気温が上昇すると、熱帯地域が両極に向かって拡大し、偏西風ジェット気流も両極に向かって拡大します。地球の気温が下がると、熱帯地域は縮小し、偏西ジェット気流は赤道に向かって移動します。マイケル・マンは著書『脆い瞬間』の中で、古代の気候では気温が下がり、氷河がより広範囲に分布していたため、拡大した氷床によって大気のジェット気流が赤道に向かって移動し、亜熱帯および熱帯地域が冷却されて乾燥化が進んだと書いている。逆に、氷河期が終わり間氷期が始まると、地球温暖化によって大気のジェット気流が両極に向かって移動し、多くの亜熱帯地域で気温と降水量が増加し始め、植生が回復し始めました。

地球温暖化が進むにつれ、極地の気温は低緯度地域よりも急速に上昇しており、これは北極増幅と呼ばれる現象で、両極と赤道の間の温度差が減少する結果となっている。この温度差の減少は偏西ジェット気流の強さと位置に影響を及ぼす可能性があります。いくつかの研究では、地球温暖化が進むにつれてジェット気流が不安定になり、異常気象の頻度と激しさが増す可能性があると示唆されている。例えば、偏西風ジェット気流の変動により、極地気団の南下が頻繁に起こり、中緯度で厳しい寒さが生じる可能性があります。同時に、偏西風ジェット気流の変化は大気中の水蒸気の輸送にも影響を与え、それによって降水モードの分布にも影響を与える可能性があります。

さらに、航空安全の観点から見ると、偏西ジェット気流に伴う風のシアーが過去数十年にわたって増加し続けていることが研究でわかっています。たとえば、1979年から2017年の間に、北大西洋地域の高高度ジェット気流の風シアー強度は15％増加し、この地域の激しい晴天乱気流の持続時間と強度が増加しました。地球温暖化が進むにつれて、この状況はさらに深刻化するでしょう。気候モデルのシミュレーションによると、二酸化炭素濃度が倍増すると、冬季の北大西洋の高高度晴天乱気流の強度の中央値は10～40％増加し続け、激しい乱気流は149％増加すると予想されています。東アジアは晴天乱気流の発生頻度が増加する傾向が最も顕著な地域でもあり、これは航空業界にとって好ましいことではありません。

一般的に、ジェット気流は地球の大気中の強力な気流であり、天候や気候に大きな影響を与えます。地球温暖化が進むにつれ、偏西風ジェット気流の変化が気象パターン、異常気象、航空に大きな影響を及ぼす可能性があります。ジェット気流を理解し研究することは、気候変動によってもたらされる課題を予測し、対処するために非常に重要です。

この記事は科学普及中国創造育成プログラムの支援を受けた作品です。

著者: ウェイ・ケ

査読者: 戴雲偉、中国気象局シニアエンジニア

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司