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No.40 2005pp.141 156 2003 1993 Synoptic Climatological Analyses on the Cool Summer in 2003 By comparison with that in 1993 Yoshinori NAGANO, Shuji YAMAKAWA, Takashige KAWAI, Seiji TANAKA, Hideo KIFUNE, Tomoko INADA and Azusa MIURA Received September 30, 2004 Japan had cool summers in both 1993 and 2003. In 1993, it was cool from June through August. As for 2003, severe cool summer in July and the abnormal weather in August in northern Japan were compared with that in 1993. Okhotsk highs were strong in both years, but were apt to weaken slightly in the August of 2003. From the last ten days of July throughout August in both years, activities of the Baiu front (or the Akisame front) around Japan were prevailing and frontal waves in the July of 2003 were bigger than that of 1993. In the August of 2003, frontal activities in Northeast China stood out and cold vortexes affected Japan, too. In the lower stratosphere, quasi-biennial oscillation (QBO) of tropical east/west winds reverberate. In 2003, westerlies on the side of Asia cause the Tibetan high to weaken; on the contrary, easterlies on the side of the America developed anticyclonic circulation. On the other hand, in 1993, in the westerly phase of QBO, an impact of the Pinatubo eruption was so great that a sudden warming in the stratosphere did not occur from winter through spring and a strong cold air mass was still accumulated over the Arctic Circle in summer. Therefore, Tibetan highs and upper high pressures over the U.S.A. were both weak. Compared with the two cool summers in 2003 and 1993 from the viewpoint of the atomospheric circulation, we found similarities and diversities. The ridges in the Far East at the 500hPa geopotential height developed continually beginning in the mid-july and it strengthened Okhotsk highs in the both years. However, in 2003, the Far East ridges were developed from early June by a blocking high which originated in subtropical high pressure zone. At the 100hPa geopotential height in the middle latitudes, negative anomalies were dominant in both years. In 1993 when the influence of the Pinatubo eruption was remarkable, a higher continuity of negative anomalies was detected. Keywords: cool summer, Okhotsk high, Tibetan high, cold vortex, frontal activity, quasi-biennial oscillationqbo 1 1970 1997Kawamura et al.19981999 20031993 1993 1997 500hPa100hPa 1993 1994 500hPa 100hPa 1993 500hPa100hPa 1994 500hPa100hPa 1997 1993 1997 2003 2QBO QBO QBO 1993 QBO : 156 8550 3 25 40 Department of Geosystem Sciences, College of Humanities and Sciences, Nihon University: 3-25-40 Sakurajosui Setagaya-ku, Tokyo, 156-8550 Japan 141 87

QBO 1996 Niwano and Takahashi1998 50hPa QBO QBO Naito and Hirota1997 QBO Thompson et al.2002 QBO Tuyuki1994 500hPa 2001 2003 1997 2003 1993 2 50hPa70hPa 100hPa 50hPa NCEP/NCER 3 3 12003 1 1970 2003 6 8 1 a 6 b 7c 8 1971 2000 30 1999 4 4 5 2003 6 0.4 0.8 7 7 3.2 1970 1988 2.2 1993 1.7 1993 1983 88 142

2003 2 a 6 b 7 c8 1971 2000 30 31993 2003 a 6 b 7c 8 3 8 1.6 0.4 0.6 2 1970 2003 6 8 1 1993 2003 1970 2003 34 6 50 mm 23 7 20 mm 80 mm 5 8 1970 5231.1mm 7 3 21993 2003 199368 7 8 2003 1993 1993 1 3 1993 2003 1993 6 8 2003 78 6 8 1993 143 89

1 1993 2003 mm 1970 6 1993 112.5 7 231.1 8 396.1 1 2003 100.910 148.623 244.516 7 1993 115.419 290.3 6 499.9 1 2003 166.5 5 212.613 301.7 9 8 1993 129.110 229.3 5 365.0 1 2003 124.514 324.1 1 231.1 5 1970 2 1 2003 19936 2003 1993 7 2003 1993 8 2003 1993 4 20 50 N120 150 E (a) 1993 2003 50 N 50 N 0 1 0 0 0 0 40 N 40 N 13 18 18 19 15 11 7 30 N 30 N 7 3 2 2 4 1 20 N 20 N 120 E 130 E 140 E 150 E 120 E 130 E 140 E 150 E 50 N 50 N 0 1 3 0 2 8 40 N 40 N 20 19 14 18 20 16 8 30 N 30 N 4 0 1 6 2 2 20 N 20 N 120 E 130 E 140 E 150 E 120 E 130 E 140 E 150 E (b) 1993 2003 50 N 50 N 0 1 3 2 1 7 40 N 40 N 8 12 10 8 22 26 7 30 N 30 N 1 0 1 4 4 4 20 N 20 N 120 E 130 E 140 E 150 E 120 E 130 E 140 E 150 E 50 N 50 N 0 0 7 8 7 11 40 N 40 N 5 7 14 8 7 5 8 30 N 30 N 2 1 1 0 0 1 20 N 20 N 120 E 130 E 140 E 150 E 120 E 130 E 140 E 150 E 4 20 N 50 N120 E150 E a b 90 144

2003 10 7 8 4 4a b 1993 2003 7200320 30 N 120 130 E30 40 N130 150 E 1993 1993 1993 2003 8 2003 30 40 N 7 1993 40 50 N 2003 2003 5 5 1 2 50 N130150 E 500 hpa 60 N 130 150 E 500hPa 1982 2003 6 3.067 13.6484.277 6 51.17 61.4840.1 2003 1993 7 2003 546 8 2003 8 1993 2003 6 2003 1.1 1993 3 20 N130150 E 500hPa 30 N 130 150 E 500hPa 1982 2003 6 0.4674.598 2.52 6 13.377.8810.1 2003 1993 7 2003 822003 150 6 1528 164 2003 1993 4 40 N 140 170 E 500hPa 1982 200362.757 7.488 2.05 6 27.27 27.98 24.6 2003 7 1993 6 7 5 70 N 80 N 500hPa 1982 2003 6 3.667 0.98 2.31 6 21993 2003 6 7 8 1993 60.2 1.1 82.0 1.1 14.80.4 2003 19.20.2 115.4 1.7 59.41.5 31993 2003 6 7 8 1993 22.5 1.7 4.3 0.7 0.40.0 2003 2.3 0.2 10.7 1.5 17.01.6 41993 2003 6 7 8 1993 29.41.0 38.01.7 0.40.1 2003 14.1 0.6 2.30.4 20.7 0.8 51993 2003 6 7 8 1993 69.4 1.3 33.9 0.8 41.2 0.9 2003 23.1 0.4 19.90.4 60.8 1.3 145 91

49.97 46.2843.62003 1993 6 7 2003 1 8 1993 44 2003 6 7 5 2 6 40 N 60 N140 E 160 E 2 430km/day 1020hPa 2 y x 2 a e 1 l 1 l 1 /180 a cos/ 1 e 2 sin 2 1/2........... 1 1l 2 l 2 /648000 a1 e 2 /1 e 2 sin 2 3/2..... 2 1 2 u v u l 1 x/1000 v l 2 y 3.6 uvuv a 199378 1010 1719262831 23b 20037 1 1212 12 18 7 25 31 7 25 c 1993 8 1 7 7 7 11 10 14 5 18 20 17 d 2003 8 14 20 7 5 a b 1993 20037 8 c19937 d 20031 0301 2003 19937 2003 3 8 2003 1993 10 2 1993 5 3 4 5 7 8 1993 2003 6 2003 1993 2003 6 1993 6 2003 6 92 146

2003 6 7 8 1020hPa 1 a 1993 7 b 20037 N E hpa km/day N E hpa km/day 8 51.7 146.9 1016 SE 347 1 49.5 148.5 1012 9301 9 42.7 150.6 1018 SSE 1032 2 46.6 152.1 1018 SE 418 10 42.6 152.1 1016 E 125 3 47.5 149.2 1016 WNW 240 10 56.3 142.4 1014 ESE 770 4 49.6 150.9 1014 NNE 267 11 53.3 143.3 1012 S 338 5 54.0 152.1 1014 N 498 12 50.2 148.9 1014 SE 521 6 49.2 150.2 1016 SSW 552 0301 13 52.3 151.3 1016 NE 289 7 49.4 151.0 1020 ENE 62 9302 14 52.8 151.9 1016 NE 67 8 50.4 151.8 1022 NNE 125 15 54.1 149.9 1016 NW 196 9 45.8 152.6 1022 S 516 16 53.5 150.0 1018 SE 67 10 45.5 156.2 1026 E 280 17 55.2 150.0 1014 N 191 11 46.8 158.9 1028 NE 254 19 57.6 140.2 1020 12 46.6 157.8 1024 ENE 89 20 54.0 148.0 1018 SE 632 12 56.0 151.0 1022 21 53.0 148.5 1022 SSE 116 13 56.0 148.5 1022 W 156 9303 22 47.2 154.8 1024 SE 783 14 55.7 145.5 1020 W 191 23 49.0 150.0 1020 WNW 409 0302 15 55.5 142.7 1016 W 178 24 48.8 148.2 1020 W 133 16 52.7 142.7 1014 S 311 25 47.1 149.0 1022 SSE 200 17 49.8 149.5 1018 SE 574 26 43.8 154.0 1022 SE 538 18 49.5 155.1 1022 E 405 28 50.8 148.1 1020 ESE 943 25 48.3 152.9 1028 9304 29 49.8 150.4 1024 SE 196 26 49.5 152.5 1028 NNW 138 30 53.3 150.8 1024 N 392 27 52.0 150.0 1024 NNW 329 31 55.0 148.0 1016 NW 263 0303 28 53.0 150.1 1020 N 111 29 56.2 153.0 1018 NNE 405 30 57.0 147.5 1016 WNW 347 31 57.2 146.5 1018 WNW 49 c19938 N E hpa km/day 1 49.0 147.4 1014 9305 9306 9307 9308 d 20038 N E hpa km/day 14 46.3 144.8 1020 SE 908 2 49.1 147.5 1014 NNE 13 15 48.0 149.2 1024 ENE 383 3 49.3 151.0 1012 E 258 16 49.0 149.0 1026 N 111 4 50.0 145.0 1014 E 441 0304 17 46.5 149.5 1026 S 280 5 48.2 144.8 1018 S 200 18 46.5 153.1 1024 E 276 6 44.7 146.4 1020 SSE 409 19 47.4 154.3 1022 NE 133 7 44.0 157.9 1020 E 921 20 56.0 158.5 1022 NNE 1001 7 56.1 139.9 1020 SSW 174 8 49.3 150.7 1024 SE 1050 9 48.5 153.0 1026 ESE 191 10 47.4 154.5 1022 SE 165 11 49.0 157.5 1022 NE 285 10 57.5 154.5 1022 11 59.0 156.0 1022 NE 191 12 57.8 149.5 1024 WSW 405 13 56.6 149.0 1026 WSW 138 14 57.5 157.0 1024 ENE 494 18 55.5 141.5 1012 19 56.0 140.0 1014 WNW 111 20 55.0 143.5 1016 ESE 249 147 93

51993 2003 78 a 1993 7 b 2003 7c 1993 8 d 20038 6 40 N 60 N140 E 160 E 1020hPa 1020hPa 7 5 50hPa 1982 E 1983 W 1984 EW 1985 WE 1986 W 1987 E 1988 W 1989 W 1990 WE 1991 W 1992 E 1993 W 1994 EW 1995 W 1996 EW 1997 W 1998 WE 1999 W 2000 W 2001 E 2002 W 2003 WE 6 6 1 2003 2 1993 2003 7 2 5 50hPa 6 6a 19935 6b 2003 5130 E 130 E 7 50 hpa W 1993 E1993 2003 W E E W 94 148

2003 年冷夏の総観気候学的解析 が 1993 年より強いといえる 図 9に2003年と1993年の100 hpa高度場を示している 100 hpa 高度場において 各月ともにチベット高気圧の 中心に特徴がみられた 6 月のチベット高気圧は 2003 年 の方が西偏している その一方で7月は1993年が双峰型 2003年がイランモード Zhang and Qian, 2002 であった 8 月 は 1993 年 は 広 範 囲 に 広 が っ て い る の に 対 し て 2003 年は東進してチベットモードになっている しか し 両年ともにチベット高気圧は弱い 6 月の成層圏下部においても極域での高気圧が強く アジア方面へ張り出していた 成層圏下部の 100 hpa 高 度場において 1993 年は 6 月から 8 月にかけてチベット 高原上空にチベット高気圧の中心が存在している しか し 2003 年はチベット高原上空にチベット高気圧が存在 している月は 8 月のみである Zhang and Qian 2002 によれば 100 hpa 高度場におけるチベット高気圧の中心 がチベット高原の上空に存在すると 東アジアで冷夏と 降水量の増加をもたらす チベット高気圧の中心がチ ベット高原上空で持続したことも 1993 年における低温の 長期化と夏季における降水量の増加の一因と考えられる 図 6 5 月における 50 hpa 高度場の東西風成分 暖色系が西風成分 寒色系が東風成分である a は 1993 年 5 月 b は 2003 年 5 月 単位は m/s 6 3 突然昇温と 30 hpa 高度場 成層圏突然昇温は 1 月から 3 月にかけて発生している 表 8 の a に 1993 年 1 月から 2 月 b に 2003 年の 1 月 から2月の30 hpa高度場における気温分布を示している と示す 22事例中15 事例でWパターンもしくはEパター 2003 年は 1 月 9 日 15 日の間に東シベリアの 130 E付 ンとなっている W E パターンとなっているのは 1985 近で 20 の突然昇温が起きている 一方 1993 年は 1 年 1990 年 1998 年 と 合 わ せ て 4 事 例 だ け で あ っ た 週間に気温が 20 以上も上昇するような突然昇温は起 2003 年の熱帯成層圏の東西風は特異な状況を呈してい こっていない 小規模な昇温は 1 月 27 日 2 月 1 日 2 月 たといえる 20 日 24 日の 2 度 発生している このことから 2003 年と 1993 年の違いが認められる 6 2 図 10に30 hpa高度場の偏差を示した a c e より 夏季の成層圏循環 図 7 は 1993 年と 2003 年の 50 hpa 高度場を示している 1993 年は北半球の中高緯度において負偏差が卓越して 50 hpa 高度場において 7 月および 8 月は北極上空からの いる しかし 2003 年は b d f より極域に正偏差 低 高気圧の張り出しが 1993 年はアジア方面 2003 年はア 中緯度で負偏差となっている また 春から夏にかけて メリカ方面と対照的となっている また 極高気圧の中 極域の正偏差がアメリカ側に寄っており アジアの中緯 心部の高度場は 2003 年の方が 1993 年より高い また 度帯で負偏差となっていることも特徴的である 2003 年はアメリカ上空に高圧帯がみられるが 1993 年は 明瞭でない 2003 年と 1993 年の下部成層圏における循環の違いは 成層圏突然昇温の発生の有無も影響しているのではない 図 8 に 1993 年と 2003 年の 70 hpa 高度場を示している かと考えられる Matuno 1971 は 成層圏突然昇温が 70 hpa 高度場において 7 月および 8 月は 1993 年には明 発生すると極渦の崩壊が起こりやすいことを大気大循環 瞭にみられないアメリカ付近の高圧帯が 2003 年には認 モデルで再現しているが 実際に突然昇温が発生した められている これは 50 hpa 高度場のアメリカ方面へ 2003 年は極渦が弱くなった 加えて熱帯東風も作用し 伸びるリッジとも対応している また チベット高気圧 アメリカ上空における高気圧を発生させた一つの要因と の上限付近に相当するが その観点からは 2003 年の方 考えられる 一方 1993 年は突然昇温が発生しなかった 149 95

8 1 230hPa a 1993 b 2003 20 10 a b / 1993 2003 1 1 48 38 2 50 38 3 48 40 4 48 40 5 48 42 6 46 46 7 46 48 8 46 48 9 48 48 10 48 46 20 11 50 44 12 52 46 13 52 34 14 50 32 15 52 28 130 E 16 54 28 17 54 32 18 54 36 19 52 38 20 52 38 52 21 50 40 44 22 48 40 40 23 48 40 40 24 46 40 40 25 46 42 38 26 46 42 38 27 48 42 40 28 48 10 44 44 29 46 44 42 30 44 44 44 31 42 44 46 2 1 38 160 E 46 48 2 38 48 46 3 40 46 46 4 42 46 48 5 42 50 6 42 46 18 7 42 44 8 42 40 9 42 38 10 42 34 11 42 32 130 E 12 40 34 13 36 40 14 38 42 15 38 44 16 40 46 17 40 46 18 38 46 19 44 46 20 48 46 21 48 +18 48 22 48 48 23 36 50 24 30 140 E 50 25 30 50 26 32 50 27 36 50 28 38 50 100hPa500hPa 56 100hPa 500hPa 140 E 11 11c 40 60 N 1993 2003 4hPa2003 75 1993 2 8 18 8hPa 1993 4 7/20 7/298/9 8/18 2003 5 7/10 147/20 7/298/9 8/18 7 8 1993 6 6 500hPa 11b 7 8 6 gpm 2003 1993 2003 1 2003 18 7 6 2003 1993 6 7 100hPa11a 6 8 96 150

2003 7678 50hPa a 1993 6 b 20036c 19937d 20037 e 1993 8 f 20038 gpm 151 97

8678 70hPa a 1993 6 b 20036c 19937d 20037 e 1993 8 f 20038 gpm 98 152

2003 9678 100hPa a 1993 6 b 20036c 19937d 20037 e 1993 8 f 20038 gpm 153 99

1030hPa a 1993 1 2 b 20031 2 c 1993 3 5 d 20033 5 e 1993 6 8 f 20036 8 gpm 100 154

2003 年冷夏の総観気候学的解析 N N 図 11 140 E 南北断面でみた 1993 年 左 2003 年 右 6 8 月の半旬別気圧 高度偏差の推移 a 100 hpa 高度 gpm b 500 hpa 高度 gpm c 地上気圧 hpa 寒色系は負偏差 暖色系は正偏差を示す a b 60gpm 間隔 c 4 hpa 間隔 著 と な っ て いることである この状況は 明 ら か に とから 極側から日本へ寒気が流入したこと 換言 1993 年の方が卓越しており 8 割は負偏差で 極渦の発 すると 多数の寒冷渦が日本付近を通過したことも 達が認められる この原因は 1991 年 6 月 15 日のフィリ 要因と考えられる ピン ピナトゥボ火山の大噴火によって成層圏に注入さ ② 8 月の冷夏の要因は 東日本から北日本において前 れたエアロゾルに起因する パラソル効果 の影響とし 線が存在し 特に東日本において停滞前線が多く出 て認識される Yamakawa 1997 山川 1997 両年で 現したためであり その結果 同地域における降水 共通する 6 月の負偏差は 6 /30 7 /4 の 75 N 付近にあ 量が飛躍的に増えたと考えられる り その頃の極渦の張り出しが冷夏を予兆している可能 ③ 性がある 熱帯成層圏下部の東西風がアジア上空では西風で あったため チベット高気圧の東方への張り出しが 弱く 東アジアの冷夏につながったと考えられる 8 結果のまとめと考察 その一方で 太平洋からアメリカの成層圏下部の東 2003 年の冷夏の要因を考察すると以下のようになっ 西風が東風であり アメリカから大西洋にかけての た ① 高気圧の強化につながったと考えられる 7 月の冷夏の要因はオホーツク海高気圧指数が高指 ④ オホーツク海高気圧の卓越が 500 hpa 極東リッジよ 数であり 地上においても高気圧が多く出現してい り先行し現われていることから その前のオホーツ ることから オホーツク海高気圧が卓越していたこ ク海の海氷発達に伴うオホーツク海とその周辺の冷 とである さらに 西太平洋亜熱帯高気圧指数が大 水域が 同高気圧の形成に例年以上に作用したと考 きい値を示していることから 北太平洋高気圧が南 察される 偏していたことも冷夏の一因であると推測される ⑤ 極域での寒気は強く 東方海上高度は値が大きいこ 155 オホーツク海高気圧を卓越させた極東リッジの持続 には 北太平洋高気圧の北偏 ブロッキング化のプ 101

Kawai2003 8 2003 1993 2003 1993 2003 1993 7 2001 50hPa 2001 p.227 Kawai, T., 2003: Relationship between the decrease of sea ice and early summer atmospheric circulation in and around the Sea of Okhotsk. Geogr. Rev. Japan, 7612 843853. Kawamura, R., M. Sugi., T. Kayahara and N. Sato., 1998 : Recent extraordinary cool and hot summers in East Asia simulated by an ensemble climate experiment, J. Meteor. Soc. Japan, 76, 597617 Matuno, T., 1971 : A Dynamical Model of the stratospheric Sudden Warming, J. Atmos. Sci., 28, 14791493 2003 211114 Naito, Y. and I., Hirota, 1997 : Interannual Variability of the Northern Winter Stratospheric Circulation Related to the QBO and the Solar Cycle, J. Meteor. Soc. Japan, 75, 925 937. 1997 199394 189199216 1999 46269280 1997 QBO 35116 Niwano, M. and M. Takahashi, 1998 : The Influence of the Equatorial QBO on the Northen Hemisphere Winter Circulation of a GCM. J. Meteor. Soc. Japan, 76, 453461 Thompson, D. W. J., M. P. Baldwin and J. M. Wallace, 2002 : Stratospheric Connection to Northern Hemisphere Wintertime Weather : Implication for Predicton. J. Climate, 15, 14211428 Tuyuki, T., 1994 : Impacts of Increased Vertical Resolution in the Stratosphere on Dynamical Extended-Range Forecasts. J. Meteor. Soc. Japan72795810 19971993 1994 189269 19971991 189153164. Yamakawa, S., 1997: The Impact of the Pinatubo eruption on global and regional climatic systems. Jour. Agric. Meteorol., 525 713716. Zhang, Q.,G. Wu and Y. Qian, 2002 : The Bimodality of the 100hPa South Asia High and its Relationship to the Climate Anomaly East Asia in Summer. J. Meteor. Soc. Japan80733 744 102 156