ロドウェル・ホスキンス機構
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ロッドウェル・ホスキンス機構は、インド/アジアの夏季モンスーンと地中海地域の気候とのテレコネクションを説明する仮説である。この仮説は、ブライアン・ホスキンスとマーク・J・ロッドウェル[ d ]によって1996年に提唱された。この仮説では、モンスーン地域の上昇気流がロスビー波と呼ばれる大気循環特性を引き起こし、これが西に拡大して中緯度の平均偏西風と相互作用し、最終的に空気の下降を引き起こすとしている。下降気流は暖められ湿度が低下するため、夏季には乾燥した気候となる。この大気の流れと地形（アトラス山脈やザグロス山脈など）との相互作用により、この効果はさらに変化する。

この仮説は、夏季における地中海東部の乾燥した気候を説明するために提唱された。ハドレー循環に関する他の説明は、この時期には妥当ではないためである。この仮説は、海面および陸面フィードバックと併せて、世界の他の地域における砂漠や亜熱帯高気圧の存在、そしてモンスーンの変動と一致する地中海気候の変化も説明できる可能性がある。

理論

亜熱帯高気圧[ 1 ]と亜熱帯砂漠の存在は、かつてはハドレー循環における空気の下降によって湿度が低下するためと考えられていました。この下降は、空気が放射によって冷却され、そのエネルギー損失が断熱加熱によってバランスをとることで発生します。乾燥による植生の減少は地表のアルベドを高め、それによって冷却効果を高め、正のフィードバックとして作用します。[ 2 ] [ 3 ]大気と海洋の相互作用、特に亜熱帯高気圧の東側で風によって引き起こされる冷水の湧昇と、それに伴う対流の阻害は、海洋上でも同様の役割を果たします。[ 4 ]

しかし、ハドレー循環は高気圧が存在する夏季には弱くなり[ 1 ] [ 3 ]、砂漠では乾燥がピークに達することがよくあります。1996 年に、マーク J. ロドウェルとブライアン J. ホスキンスは、代わりにアジアモンスーンに対するギル型の応答が西へのロスビー波応答を引き起こし、それがモンスーンの西側への下降をトリガーすると提案しました。 [ 5 ]これは、ハドレー循環理論と似たプロセスを伴うが、東西の水平移流がエネルギーバランスを変更し、特定の経度で下降を集中させます[ 6 ] 。水平移流がそれほど重要でない赤道地域とは異なります。[ 7 ]下降する空気はモンスーン地域で発生したものではなく、したがってウォーカー循環ではなく、むしろ中緯度の偏西風で発生し[ 8 ]大気の等エントロピーに沿って下降します。ロッドウェルとホスキンスの1996年のシミュレーションでは、下降の位置は下降領域のすぐ西の地形によって制御されています。 [ 9 ]地形上の加熱[ 10 ]により高気圧（時計回り）の流れが誘発され、その結果、その東側で冷たい空気が南下しますが、 [ 9 ]平均風の方向によって強制の経度方向が調整されます。[ 11 ]ギリシャ上のエテシア風は、ロスビー波に関連する南向きの流れとして解釈できます。[ 12 ] 2019年に、オッソらは、結合した海面水温応答が東地中海の西での下降を誘発する上で重要であることを示しました。そうでなければ、インドモンスーンはロスビー波応答を誘発するには南に位置しすぎているからです。[ 13 ]

その後の研究で、ロッドウェル・ホスキンス機構はインドモンスーン以外のモンスーンによっても引き起こされることが示されています。たとえば、南米モンスーンは南東太平洋[ 14 ]とアンデス山脈の西斜面で地盤沈下を引き起こし、[ 15 ]北太平洋高気圧は北米モンスーンの産物である可能性があります。亜熱帯高気圧はその後、海洋上の冷却と雲のフィードバックによって強化され、[ 16 ] Miyasaka and Nakamura 2005 によると、降下領域の下にある乾燥した陸地の太陽（顕熱）加熱によっても強化されます。[ 17 ]そのため、ロッドウェル・ホスキンス機構は世界のほとんどの亜熱帯および熱帯地域で役割を果たしている可能性がありますが、[ 18 ]特に地中海では、亜熱帯高気圧の影響が他の地中海性気候よりも小さい可能性があります。[ 11 ] Seager et al. 2003によると、南半球の高気圧の力学において重要な役割を果たしている可能性は低く、 [ 19 ]北太平洋高気圧の強化にもわずかな役割しか果たしていない可能性がある。[ 20 ]

ケリーとマプス（2013）によると、コミュニティ大気モデルでは、強いアジアモンスーンがロッドウェル・ホスキンスのメカニズムを北米にまで拡大し、大西洋西部の干ばつを引き起こす可能性がある。[ 21 ]タール砂漠のような小規模な地形もこのメカニズムの結果として生じる可能性がある。[ 22 ]

証拠

6月から8月にかけて、上昇気流はアフリカとアジアで発生し、中心はベンガル湾北部と赤道アフリカ上空に広がる。下降はアジアモンスーンの西側、すなわちキジルクム砂漠、東地中海（南東ヨーロッパとサハラ砂漠東部を含む）、そして東大西洋で発生する。[ 5 ]下降の経度はザグロス山脈とアトラス山脈の地形と関連しており、[ 23 ]下降地域では夏の降水量はごくわずかである。[ 9 ]ロッドウェル・ホスキンス機構はアラビア砂漠ではそれほど重要ではないようで、放射による冷却とそれに続く下降がむしろ重要な要因であると考えられる。[ 24 ]

「モンスーン砂漠」メカニズムは、気候再解析、理想化シミュレーション、気候モデルの両方で特定されています。[ 25 ]ロッドウェル・ホスキンスメカニズムに関連する他の現象は次のとおりです。

  • 紅海北部のサンゴの酸素同位体比の変化は、インドモンスーンの強度と相関しているように見える。[ 26 ]
  • 近東の大気循環の変化はモンスーンと同期している。[ 10 ]
  • インドモンスーンが始まった後、乾燥した空気の侵入によりアフリカモンスーンの強度に変動が生じ、[ 27 ]一時的に降水量が弱まるなど、[ 28 ]

意味合い

ロッドウェル・ホスキンズ機構の強さはモンスーンの緯度の関数であり、赤道に近い高度上昇（プレモンスーン期など）では効果的に誘発されない。[ 4 ]ロッドウェルとホスキンズ（2001）によると、アフリカモンスーンは熱帯モンスーンであるため、ロッドウェル・ホスキンズ効果は大きくない。[ 29 ]

ロッドウェル・ホスキンズ機構によって下降を強いられた空気は、モンスーン域の収束帯に流れ込み、モンスーンの挙動を変化させる。これは「相互作用型ロッドウェル・ホスキンズ機構」[ 30 ]として知られており、乾燥した低エネルギーの空気をモンスーン域に流入させることで、モンスーンの西部における降水量を減少させる。[ 31 ]これは、北米モンスーンの西方への広がりを制限し、西海岸沿いの乾燥を誘発する役割を果たしているようである[ 32 ]。また、同様に南米モンスーンの南方への広がりを制限する役割も果たしている[ 33 ] 。モンスーン砂漠機構は数週間単位で変化する。[ 34 ]

榎本（2003）は、ロッドウェル・ホスキンス機構によって地中海とアラル海上を強制的に下降する現象が、アジアジェット気流の「入口」領域と一致することを認識し、その結果、ロスビー波がこれらの領域を通ってジェット気流に流入する可能性があると指摘した（「シルクロードパターン」）。榎本（2004）は、このジェット気流を伝播するロスビー波が最終的に日本上空で集積し、そこで第二の高気圧の形成を引き起こすと提唱した。彼らはこのプロセスを「モンスーン・砂漠・ジェット機構」[ 35 ]と呼び、これが日本における熱波を引き起こす可能性を示唆した。 [ 36 ]この大気循環の構造は、他の研究者によっても説明されている。[ 37 ]さらに、モンスーンの流出から直接発生する渦度異常が、ロスビー波としてジェット気流に流入する可能性がある。[ 38 ]

ディ・カプアら（ 2020）は、太平洋のラニーニャ現象がウォーカー循環との結合を通じてモンスーン砂漠化メカニズムを促進すると指摘した。 [ 39 ]ウーとショー（2016）は、ロッドウェル・ホスキンスメカニズムがモンスーン関連の最も暖かい地点を移動させることで対流圏界面の潜在温度を変化させると提案した。[ 40 ]

古気候

ロッドウェル・ホスキンズ機構によって引き起こされる下降の強さは、モンスーンの強さの関数である。したがって、モンスーンの強度に影響を与える気候変動は、下降も変化させる可能性がある。[ 41 ]ロッドウェル・ホスキンズ機構を通じて、白亜紀から始新世にかけてのチベット高原の発達とそれがインドモンスーンに及ぼした影響は、アフリカと地中海に遠距離から影響を及ぼした可能性がある。[ 42 ]また、同じ機構が1100万年から700万年前のインド北西部の乾燥化の原因である可能性がある。[ 43 ]逆に、北アメリカ大陸の存在は、ロッドウェル・ホスキンズ機構を通じてアジアモンスーンに影響を与えている。[ 44 ]ロッドウェル・ホスキンズ機構の気候効果は、過去2億5000万年間のパンゲア大陸の存在と分裂の間に海洋気候に影響を与えた可能性がある。 [ 45 ]

歳差運動（重要なミランコビッチサイクル）と地球全体の氷床が最低値に達すると、インドモンスーンの激化により地中海東部の夏の干ばつが激しくなる可能性があるが、秋冬の降雨量の増加によりこの乾燥が打ち消される可能性がある。[ 46 ]北半球の完新世のモンスーンの湿潤化と亜熱帯地方の乾燥化との反相関もロッドウェル・ホスキンス効果で説明できるかもしれない。 [ 47 ]中世の気候異常と完新世初期のオマーンと近東の乾燥化も同様である。[ 48 ]逆に、鮮新世の亜熱帯地方の湿潤化は、インド洋東部とベンガル湾の降雨量の減少と関係している可能性がある。[ 49 ]

気候変動

ロドウェル・ホスキンス効果に関連する現象には以下のものがあります。

ロッドウェル・ホスキンス機構の大気波動に類似した大気波動は、人為的な二酸化炭素増加による植生変化[ 70 ]や凝結加熱の増加[ 71 ]によってモンスーンが改変された気候シミュレーションでも発見されている。 Douville et al. 2000 [ 72 ]および Gregory, Mitchell and Brady 1997 [ 71 ]によれば、これらの大気波動は、地中海の乾燥化 [ 73 ] など、ヨーロッパの気候を変化させる役割を果たしている可能性がある。Cherchi et al. 2016 はいくつかの気候モデルの出力を研究し、21世紀のモンスーンの降水量増加に応じて、降下量の増加と西方への降下量のシフトの両方を発見した。[ 74 ]

代替プロセス

  • Chen et al. 2001は、上流モンスーンの加熱がロスビー波を誘発し、亜熱帯高気圧[ 16 ]を生成するという仮説を立てた。これは、西向きのロッドウェル・ホスキンズ仮説とは逆の東向きの力によるものである[ 75 ] 。しかし、 Chen et al. 2022によると、このプロセスでは夏の大気循環の構造を説明できないという[ 76 ]。
  • 地中海とアフリカモンスーンの間のハドレーセルのような相互作用により、地中海の干ばつが激化する。[ 77 ]
  • 東に伝播するケルビン波はモンスーン地域の東側への下降を引き起こす可能性があり、[ 14 ]これはアジア高気圧と南米モンスーンに関する南大西洋高気圧に応じて北太平洋高気圧を誘発する上で重要であり、モンスーンへの低レベルの水分流入にも関連しています。[ 29 ]

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出典

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