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2026-01-05 05:00:00
湿った暑さが長く続き、それに続いて激しい雷雨が発生する気象パターンは、歴史的に主に熱帯地方とその周辺で見られます。しかし、気候変動の影響で、米国中西部など伝統的に温帯な中緯度地域では湿った熱波や極端な嵐がより一般的になっており、最近の夏には異常に高い熱と湿度が見られている。
今回、マサチューセッツ工科大学の科学者らは、中緯度地域がどの程度高温多湿になるか、また関連する嵐がどの程度激しくなるかを決定する大気の重要な条件を特定した。この結果は、気候科学者が世界の温暖化が進む中、湿った熱波や極端な嵐に対する地域のリスクを評価するのに役立つ可能性がある。
研究で 今週の日記に掲載されます 科学の進歩、MITチームは、地域の最大湿った暑さと嵐の強さは、「大気の逆転」、つまり暖かい空気の層が冷たい空気の上に沈む気象条件の強さによって制限されると報告しています。
反転は、汚染物質を地上で捕捉する大気ブランケットとして機能することが知られています。今回、マサチューセッツ工科大学の研究者らは、特に中緯度地域では、大気の逆転が地表に熱と湿気を閉じ込めて蓄積することを発見しました。反転が持続するほど、より多くの熱と湿気が地表に蓄積する可能性があり、より過酷で長期にわたる湿った熱波が発生する可能性があります。
そして、最終的に逆転が弱まると、蓄積された熱エネルギーが対流として放出され、高温多湿な空気が巻き上げられ、激しい雷雨や大雨が発生する可能性があります。
研究チームは、この効果は大気の逆転がよく起こる中緯度地域に特に関係があると述べている。米国では、ロッキー山脈の東の地域でこの種の逆転現象が頻繁に発生し、比較的暖かい空気が地表近くの冷たい空気の上に存在します。
気候変動により大気全体がさらに温暖化するにつれ、逆転現象がより持続的になり、それを打ち破るのが難しくなるのではないかと研究チームは疑っている。これは、そのような異常気象に慣れていない地域では、湿気の多い熱波がより頻繁に発生し、より激しい嵐が発生することを意味する可能性があります。
「私たちの分析は、米国の東部および中西部と東アジア地域が、将来の気候において湿った熱の新たなホットスポットになる可能性があることを示しています」と、研究著者でMIT地球大気惑星科学科（EAPS）の博士研究員であるFuning Li氏は言う。
「気候が温暖化すると、理論的には大気はより多くの水分を保持できるようになるでしょう」と共著者でEAPS助教授のタリア・タマリン・ブロツキー氏は付け加えた。 「そのため、中緯度の新しい地域は湿った熱波に見舞われ、これまで経験したことのないストレスを引き起こす可能性があります。」
空気エネルギー学
一般に、大気の層は高度が上がるにつれて冷たくなります。このような典型的な状況では、熱波が地域を通過すると、地上の空気が暖められます。暖かい空気は冷たい空気より軽いため、最終的には熱気球のように上昇し、冷たい空気は沈みます。この空気の上昇と下降は、沸騰した水の中の泡のように対流を引き起こします。暖かい空気が寒い高度に到達すると、それが凝縮して水滴となり、通常は雷雨として雨となって降り注ぎ、熱波を和らげることができます。
新しい研究のために、リーとタマリン＝ブロツキーはこう考えた: 地表の空気を対流させ、最終的に熱波を終わらせるには何が必要だろうか?別の言い方をすると、空気の対流が始まり、最終的に雨が降るまでに、その地域がどれだけ暑くなるかの限界は何で決まるのでしょうか?
研究チームはこの問題をエネルギーの問題として扱いました。熱は、2 つの形式で考えることができるエネルギーです。1 つは乾熱 (つまり、温度) から生じるエネルギー、もう 1 つは潜熱または湿った熱から生じるエネルギーです。科学者らは、空気の特定の部分または「小包」には、ある程度の量の水分が存在し、それが凝縮すると、その空気小包の総エネルギーに寄与すると推論しました。空気塊がどれだけのエネルギーを持っているかに応じて、空気は対流を開始し、上昇し、最終的には雨が降る可能性があります。
「空気の塊の周りに風船を置き、同じ場所に留まるのか、上がるのか、それとも沈むのかを尋ねることを想像してください。」タマリン＝ブロツキー氏は言う。 「上昇しているのは暖かい空気だけではありません。そこに存在する水分についても考慮する必要があります。そこで、私たちはその空気中の水分を考慮しながら、空気塊のエネルギー学を検討します。そうすれば、空気が不安定になって対流する前に、地表近くに蓄積できる最大の『湿ったエネルギー』を見つけることができます。」
遮熱層
研究者らは分析を進めていくうちに、湿りエネルギーの最大量、つまり空気が保持できる熱と湿度の最高レベルは、大気逆転の存在と強さによって決まることを発見した。大気の層が反転している場合（暖かい空気または軽い空気の層が、より冷たいまたはより重い地上の空気の上に沈むとき）、空気塊が反転層を持ち上げて突破するのに十分なエネルギーを蓄積するために、空気はより多くの熱と湿気を蓄積する必要があります。反転が持続するほど、空気が上昇して対流する前に、より高温で湿った空気が必要になります。
彼らの分析は、大気の逆転によって地域の熱と湿度を保持する能力が増加する可能性があることを示唆しています。この熱と湿度がどの程度まで高くなるかは、反転がどの程度安定しているかによって決まります。暖かい空気のブランケットが動かずに領域上に留まると、ブランケットがすぐに取り除かれる場合と比較して、より多くの湿った熱が蓄積されます。最終的に空気が対流すると、蓄積された熱と湿気により、より強力で激しい嵐が発生します。
「この逆転の増加には、2つの影響があります。より深刻な湿った熱波と、頻度は低いがより極端な対流嵐です」とタマリン＝ブロツキー氏は言う。
大気中での逆転はさまざまな形で起こります。夜になると、日中温められた表面は空間に熱を放射することで冷え、それに接触する空気は上空よりも冷たく密度が高くなります。これにより、夜間逆転と呼ばれる、高度が上がるにつれて温度が上昇する浅い層が形成されます。また、海洋の冷たい空気の浅い層が海洋から内陸に移動し、陸地上の暖かい空気の下に滑り込み、表面近くに冷たい空気が残り、その上に暖かい空気が残る場合にも反転が形成されることがあります。場合によっては、太陽で温められた山々で暖められた空気が寒い低地に運ばれると、持続的な逆転が形成され、その結果、上空の暖かい層が地上付近の冷たい空気を覆い隠すことになります。
「グレートプレーンズと中西部は、ロッキー山脈のせいで歴史的に何度も逆転してきました」とリー氏は言う。 「山々は効率的な高温熱源として機能し、西風はこの比較的暖かい空気を下流の米国中部および中西部に運び、そこで地表近くの冷たい空気を閉じ込める持続的な温度逆転を引き起こす可能性があります。」
「中西部の将来の気候では、より激しい雷雨とより極端な湿気の多い熱波の両方が発生する可能性があります」とタマリン＝ブロツキー氏は言う。 「私たちの理論は、将来の熱波と雷雨のホットスポットとなるこれらのコミュニティの湿った熱と激しい対流の限界を理解するのに役立ちます。」
この研究は、MIT Climate Grand Challenge on Weather and Climate Extremes の一部です。サポートは Schmidt Sciences によって提供されました。
#新しい研究は科学者が湿った熱波がいつ起こるかを予測するのに役立つかもしれません #マサチューセッツ工科大学ニュース