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コールドサージ(寒気吹き出し)

コールドサージ(寒気吹き出し)に関する研究メモ

コールドサージとは，寒冷な空気の流れ出し，いわゆる「寒気の吹き出し」と言えば わかりやすいだろう．

現時点では，まとまった記述でなく，メモ書きのレベル． 現象論・メカニズム・影響範囲など，個別の詳細情報は， 参考文献 を参照．

Asian cold surge の特徴

ここではアジア域を対象とする． 日本の気候・気象に対する cold surge とは， 簡単に言えば「冬季モンスーンに伴う強い北西風による寒気の流出」 となる．

対象地域は，特に但し書きが無い限り，日本付近(東アジア〜北西太平洋)とする．

Asian cold surge の気候学的特徴

East Asian cold surge に関する一般的な特徴を記す(予定)．

頻度・季節性・強さ

研究者により cold surge (cold air outbreak) の定義が異なる． 定義を決めるための地点・地域の違い，使用する気象要素の違い，など様々 (see Table 5.1 in Boyle and Chen 1987 Monsoon meteorol.; Introduction in Compo et al. 1999 QJRMS)． どれが良いとは決めかねる．それぞれ目的が違うのだから．

  • 平均回数: 13 episodes per 1-winter (DJF); See Zhang et al. 1997, MWR
  • 平均回数：8.5 episodes per 1-winter (93-episode during DJF 1989-2000; 11-winter, 33-month); See T.-C. Chen et al. 2002, MWR
    • K.-M. Lau and C.-P. Chang (1987, Monsoon Meteorol., p.161-)の定義の改変版（台湾でのsurgeを拾えるように)．
    • K.-M. Lau and C.-P. Chang (1987, Monsoon Meteorol., p.161-)の定義は， 後述する経験則の改変版． 改変内容の詳細は... 後日確認する．
    • 下記3条件が 24~48時間以内に生じた場合を cold surge とみなす． (1) Hong Kong で地上気温が 5K 以上低下，(2) 沿岸部と中国内陸部の地上気圧差が 5-hPa 以上， (3) 南シナ海で北寄りの風が風速 5 m/s 以上の強さ． これら条件は，南アジアでの気象予報官による経験則に基づく．
  • 平均回数：7.4 episodes per 1-cold season (103-episode during Nov-Mar 1974/75-1987/88; 14-cold season, 70-month); See C.-P. Chang and J.-M. Chen 1992, JMSJ

発生要因

  • 下層寒気の形成には，放射冷却過程が重要．これは至極当然．
  • 形成された寒気 (cold dome) が 東アジアに流出してくる(cold surge, cold air outbreak となる)プロセスは， 対流圏上層でのリッジ形成，その上層リッジと下層寒気との相互作用などが重要視されてる (See Takaya and Nakamura, 2005 JAS, p.4423-)
  • 近年，晩秋〜初冬のバレンツ海の海氷減少がシベリア高気圧の強化(というか高緯度側シフト)をもたらす，との研究例が複数． 気候変動に伴い，シベリア高気圧の活動（cold surge の活発・不活発とも換言できる)が どのようなプロセスを経てどのような応答を示すのか? 地域的な違い，季節進行に伴う応答の差違， 及ぼしうる影響範囲(大気・海洋の変動，人間社会への影響なども) など， 様々な事柄に注目したい．

Asian cold surge の年々変動・長期変動の特徴

過去(といっても，20世紀後半ないし終盤を対象)の 年々変動・長期変動については，現在資料を取りまとめ中．

将来変化(いわゆる地球温暖化に伴う変動，の意)については， 他者を説得 or 学術的な議論に耐えうる研究成果が乏しいので ひとまず pending. 今後の課題とする．

それでも，あえて自分の考えの一端を記す． 他者へのメッセージというより，未来の自分に対する訴えのつもり．

現在温暖化しつつある and/or 将来温暖化するといっても， cold surge が全く発生しなくなるわけではない． しかし，その頻度や規模(強さ)，影響範囲などが現在の気候と異なってくる可能性は充分あり得る．

冬季東アジアモンスーンの活動指標 East Asian winter monsoon (EAWM) indice

対象とする地域により，様々な定義がある． あまりに多様過ぎるため，「どれが優れている」という事を考え出すと混乱するだろう． 初学者だけでなく，ある程度の数の論文を読んだ私であっても．

一部は現業の気象予報の担当者などが独自に考案した，経験的な指標である (Boyle and Chen 1987; Compo et al. 1999 IJC; ほんまにそんなことを書いてあるか？要チェック)． そのため， 必ずしも広域的な冬季モンスーンの特徴を捉えているわけではない． むしろ，局所的なモンスーン活動に特化して作られており， cold surge 活動について統一的な見解を得るのは難しい(Compo et al. 1999 IJC)．

指標の識別名
(早崎の私的分類)		 定義 definition 原著論文
U300 meridional shear U300(27.5-37.5N, 110-170E) - U300(50-60N, 80-140E) Jhun and Lee 2004, JC

顕著な東アジア cold surge の例
(Historical records of East Asian cold surge)

「寒波襲来日記」(仮題)と呼称する． そのうち図もつけるだろうから，「寒波襲来絵日記」の方がふさわしいかも． 別にふざけているつもりはない． 思いついた・気がついたイベントから書く．

2010 年代

  • Jan2012 (from 2012-01-24 to 2012-??-??)
    • 16Jan: 北海道岩見沢で過去最高積雪深 194 cm
    • 23-24Jan: 南岸低気圧，ゆっくり通過．関東で積雪，都心でも．
    • 25Jan: z500 では，Okhotsk のブロッキング high が形成，持続． いわゆる WP パターン的な flow pattern となる． Eurasia 大陸上では，Ural blocking も形成．
    • 25Jan: 昼間の降雪だけで富山の積雪深が 20 cm 以上増加． 気象協会は，2月上旬まで継続する可能性を示唆． 結果は如何に(2012-01-25 記述)．
    • 2011/2012冬季の厳冬に関する記事: 平沢 (2012), title = 2012年春季「極域・寒冷行き研究連絡会」の報告，

2000 年代

  • Dec2005 - Jan2006 (from 2005-12-24 to 2006-01-10 ?)
    • 「平成18年豪雪」と命名．気象庁による豪雪の正式命名は，「昭和38年豪雪」以後はじめて． see 気象庁web 平成18年豪雪(災害をもたらした気象事例（平成元年〜本年）
    • 12月〜1月上旬にかけて，非常に強い寒気が南下．東日本・西日本ともに地域平均気温偏差が（地域平均の統計を開始した）1946年以後の最低記録を更新．東日本：-2.7℃，西日本：-2.8℃
    • 数多くのアメダス観測点で，最深積雪深が過去最高を更新(23地点)． 月別最深積雪も12月: 106地点，1月: 54地点，2月: 18地点で更新．
    • 寒波は3ないし4回，地域によっては5ないし6回にわたり来襲．
    • 4-5Dec: 二つ玉．日本海 & 南岸低気圧．二つとも急発達． 西日本中心に強い冬型．
    • 11-14Dec: 11-12Dec で南岸沖を低気圧通過，冬型に． 上層に強い寒気流入． 新潟県津南で日降雪量 81 cm (13Dec)． ちなみに，津南では1月上旬には積雪深が 4 m に達した (416 cm; 02Feb2006)．
    • 16-19Dec: いったん緩んだ冬型，再び強化．17-18Decで北海道の東側で低気圧が急発達．
    • 21-23Dec: 日本海低気圧，急発達． 21日9時時点では中心気圧 1008 hPa だったが， 日本の東海上で中心気圧 978 hPa(22Dec), 952 hPa (23Dec)． 強い冬型に．
    • 25-27Dec: 日本海低気圧，急発達．寒冷前線通過時の強風で，特急(羽越線，山形県庄内町)の脱線事故など発生．
    • 02-04Jan: 深い気圧の谷が通過．日本付近には小規模なモノを含め複数の低気圧． 北海道の東側海上で低気圧発達(03Jan: 980 hPa, 04Jan: 956 hPa)．
    • 14-15Jan: 暖気侵入により，3月上旬から4月上旬並みの気温． 関東で激しい雷雨も． 屋根雪の落雪なども多発．

1990 年代

1980 年代

  • Dec1980 - Jan1981 (from 1980-12-?? to 1981-01-??)
    • いわゆる56豪雪(昭和56年)
    • 私自身も体験した豪雪．確かに凄かった． 自宅近傍の雪捨て場に，巨大な山ができた記憶がある．
    • 自宅玄関から外出するのも，雪の山を越えてからだった
    • それでも自分が通学していた小学校が休校になった記憶は無い．覚えてないだけか?
    • 顕著な cold surge の例として，21-28 Jan 1981 が解析されてる (Ding, 1990, MAP)
    • 天気概況や被害の情報などは， 災害をもたらした気象事例 > 昭和56年豪雪 にて閲覧可能(checked 2015-07-31)

1970 年代

1960 年代

  • 1963 (from 19??-??-?? to 1963-??-??)

1950 年代以前

あまり知られていない昭和20年の大雪とか，226事件の時の南岸低気圧に伴う東京の大雪(こっちは低気圧関連のページで書くべきか?)とか...?

歴史上のイベント(もしあれば)

東アジア以外の cold surge の例

Under construction.
ひとまず北半球のみを対象とする． 先行研究を見つけ次第，順次メモを追記． 必ずしも「重要度順」に書いているわけではないので，参照する方は御注意を． (checked 2015-07-31)

2010 年代 (NH, 2010s)

2000 年代 (NH, 2000s)

1990 年代 (NH, 1990s)

1980 年代 (NH, 1980s)

  • Mar1987 (from 1987-03-04 to 1987-03-12 ?), 地中海東部~トルコ
    • 寒気の侵入(シベリア気団の西側への伸長)，地中海東部での低気圧発達，発達した低気圧に伴いトルコ各地での記録的大雪．
    • 日平均気温の急低下(3/3 - 4 で，日平均気温が 10K 以上低下 at Istanbul)
    • See Tayanç et al. (1998, MWR)

1970 年代 (NH, 1970s)

1960 年代 (NH, 1960s)

参考文献

和書

cold surge だけを対象とした教科書って... 皆無でしょ． 狭い範囲の研究分野なので，日本では教科書になることもないわな． 何もないんだったら，自分自身が勝手に作ってみるか...とも思ったが， 執筆コンセプトも決めてないし，まだまだネタが揃っていない． 将来課題とする． 紙媒体で出すのは無理だが，PDFファイルを自作し， 自分の web に置くことくらいは出来る．

教科書ではないが，研究例のまとめは下記：

気象研究ノート216号 2005/06年 日本の寒冬・豪雪,
本田明治・楠昌司(編), 気象研究ノート
2005/2006年冬季，つまり「平成18年豪雪」の特集号．

寒気吹き出し・寒波のみを対象とした書籍(和書)は無いかもしれないが， 書籍の一部で言及したものならある．

気象解析の基礎,
二宮洸三, オーム社
15章「気団変質の解析」，元ネタは二宮先生による AMTEX に関する一連の論文． 全て JMSJ に掲載． Ninomiya (1974, 1975, 1976), Ninomiya and Akiyama (1976) など．

洋書

The Global Monsoon System: Research and Forecast,
C.-P. Chang et al. (Eds.) (2011, World Scientific Series on Asia-Pacific Weather and Climate; pp. 594)
未読．約2万円 (2013-07-23)． winter monsoon について書いてあるのかすら未確認．
目次:
  • Global Monsoon
  • Regional Monsoons
  • Synoptic and Mesoscale Weather
  • Intraseasonal Prediction
  • Numerical Modeling
  • Ocean and Air-Sea Interaction
  • Land and Aerosol Processes
  • Climate Change
The Asian Monsoon,
Bin Wang (Nov. 2013 ?, Springer Praxis Books/Environmental Sciences; pp. 450)
未発売．価格は約3万円 (2013-07-23; checked at Amazon)
The Arctic Climate System
Serreze and Barry (2005, Cambridge Univ. Press; pp. 385)
cold surge を直接対象としてないが，シベリア高気圧関連の記述などアリ． 　北極域の研究成果のまとめを見るには，最適の書の一つ，

学術論文

古い文献(1980年代以前)の調査が不十分． 北米の cold air outbreak 研究は多いが，東アジアでのそれは，あまり多くの研究がない (少なくとも英文学術誌に掲載されるモノは)． 日本だと，メソ気象分野の研究(日本海の筋状雲，降雪をもたらすメソ対流雲など)なら， それなりにあるようだが．

近年の寒冬年(災害をもたらすイベント的な寒波も含む)頻発により， シベリア高気圧のライフサイクルについての研究が再び活発化しているように思える(2013-12-24)． WMONEX あたりの研究成果は，どのようにまとめられたのか? 今更だが要チェック．

  1. Iwasaki et al. (2014, JAS; p.2230-)
  2. K.-J. Ha et al. (2012, Int. J. Clim.; p.200-)
    • Title = Variability in the East Asian Monsoon: a review
    • EAWM index: meridional shear of zonal wind at 300-hPa. EAWMI = U300(27.5-37.5N, 110-170E) - U300(50-60N, 80-140E) を使用． See also Jhun and Lee (2004, JC)
    • 韓国での冬季モンスーン活動（とそれに伴う気象要素の変動）にはよく対応するらしい． しかし，あくまでも局地的な気象要素(韓国での冬季降水量など)の変動と相関が高い，というだけであり， この指標が冬季の東モンスーン全体の変動を捉えているわけではない． 先行研究として尊重するのは当然ながら，単純に鵜呑みにして使うのは要注意．
  3. Honda et al. (2009, GRL; doi=10.1029/2008GL037079)
    • Title = Influence of low Arctic sea-ice minima on anomalously cold Eurasian winters
    • 秋(Sep)のバレンツ海海氷の減少が，冬期のシベリア高気圧強化・東アジアにおける寒冷偏差をもたらす
    • バレンツ海~カラ海の海氷面積(Sep2007を想定)を変更した大気大循環モデル実験(AFES; T42L20, top=8hPa)を実施． 多海氷ケースと少海氷ケースとの差を取って，「秋の」海氷の多寡による「冬の(Dec, Feb)」大気循環場の応答を議論．
    • モデルの水平解像度は必ずしも高くない． しかし，わずかに初期条件を変更した多数の実験(アンサンブル実験．50個の実験から28個を選択)を使うことで， 結果の信頼性を評価． 私見ながら，モデル研究の良い例の一つ，と言えるだろう． 複雑なプロセスを含むモデル・高解像度モデルを使うことが，必ずしも現象の理解に直結するわけではない．
  4. Hayasaki et al. (2006, JMSJ; p.463-)
    • Title = Interannual variaion of cold frontal activity in spring in Mongolia
    • 春季のモンゴルにおける寒冷前線活動（寒気吹き出し）の年々変動に関する研究．
    • 「寒冷前線活動」となっているのでわかりにくいが，ターゲットは寒気の吹き出し． ただし，砂塵嵐(dust storm)の経年変動に結びつけようと思ったため，春季を対象としている．
  5. Takaya and Nakamura (2005, JAS; p.4423-)
    • Title = Mechanisms of intraseasonal amplification of the cold Siberian high
    • シベリア高気圧の強化(と引き続く寒気の吹き出し)の力学的メカニズムについて論じた重要論文．
    • いわゆる Takaya and Nakamura の wave activity flux (WAF)を使い， 上層リッジと下層寒気との相互作用によるシベリア高気圧増幅を論じた． See also Takaya and Nakamura (1997, GRL; 2001, JAS)
  6. Gong and Ho (2004, IJC; p.131-)
    • Title = Intra-seasonal variability of wintertime temperature over East Asia
    • 温暖化傾向にある東アジア寒候期(Nov-Mar)における気温の季節内変動は変化しているのか?， という疑問を解明するための論文．
    • 中国(150 stations)と韓国(5 stations)の地上気象観測データを使用(period=1954-2001)． daily mean Temp.
    • 中国北東部で気温の変動性が低下． ただし，低温側に歪んだ (skewed) 気温変動分布． すなわち，極端な低温イベントの頻度が増加(観測事実と整合的)．
    • AO と Siberian high との関連性も言及．AO は positive trend, Siberian high の季節内変動は弱化傾向．
  7. Walsh et al. (2001, JC; p.2642-)
  8. Compo et al. (1999, QJRMS, p.29-)
    • Title = The horizontal and vertical structure of east Asian winter monsoon pressure surges
    • hoge
  9. Y. Zhang et al. (1997, MWR; p.2605-)
  10. Y. Zhang et al. (1997, CD; p.797-)
  11. Brümmer (1997, Mon. Wea. Rev.)
  12. Brümmer (1996, Boundary Layer Meteorology)
  13. Ding (1994, Monsoons over China, Kluwer Academic Publishers, 432pp.
    • Title = Monsoons over China
    • hoge
  14. Ding (1990, Meteorol. Atmos. Phys., p.281 -)
    • Title = Build-up, air mass transformation and propagation of Siberian high and its realations to cold surges in East Asia
    • Ding and Krishnamulti (1987) と同じ基準で cold surge を選択．
    • period: 1980-1983 winter (DJF); 5 episodes.
  15. Ding and Krishnamulti (1987, MWR; p.2428 - )
    • Title = Heat budhet of the Siberian high and the winter monsoon
    • シベリア高気圧の3領域(発現地域，中国中央部，中国東部) における熱収支解析
    • 下層で放射冷却，上層で収束して下降流
    • hoge
  16. Boyle and T.-J. Chen (1987, Monsoon meteorology, Oxford Univ. Press, p.125-160)
    • Title = Synoptic aspects of the wintertime east Asian monsoon
    • hoge
  17. N.-C. Lau and K.-M. Lau (1984, MWR; p.1309 - )
    • Title = The structure and energetics of midlatitude disturbances accompanying cold-air outbreaks over East Asia
    • Composite analysis (11-episode) during Winter Monsoon Experiment (WMONEX) period (Dec1978 - Feb1979)
  18. Joung and Hitchman (1982, MWR; p.1224 - )
    • Title = On the role of successive downstream development in East Asian polar outbreaks
    • hoge
  19. Murakami and Sumi (1981, JMSJ; p.625 - )
    • Title = Large-scale aspects of the 1978-79 winter circulation over the greater WMONEX region Part I: Monthly and season mean fields
    • hoge
  20. Sumi and Murakami (1981, JMSJ; p.646 - )
    • Title = Large-scale aspects of the 1978-79 winter circulation over the greater WMONEX region Part II: Long-period perturbations
    • hoge
  21. Dallavalle and Bosart (1975, MWR; p.941 -)
    • Title = A synoptic investigation of anticyclogenesis accompanying North American polar air outbreaks
    • hogehoge
  22. Ninomiya (1975, JMSJ; p.285 -)
    • Title = Large-Scale Aspects of Air-Mass Transformation over the East China Sea during AMTEX'74
    • 寒気吹き出し時の海洋上における気団変質の研究．period = 14-28 Feb 1974
    • ゾンデ観測を用いた熱・水収支解析．
    • warm period vs. cold period の比較．
    • the Air-Mass Transformation Experiment of 1974 (AMTEX '74)
    • 集中観測(1974, 1975)前後の期間で，二宮先生による報告が多数JMSJに掲載されてる． See also Ninomiya and Akiyama (1976 JMSJ, p.160-174), Ninomiya (1976 JMSJ, p.72-75), etc.

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