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Influential Role of Interdecadal Explosive Cyclone Activity on the Increased Frequency of Winter Storm Events in Hokkaido, the Northernmost Island of Japan

This study examined explosively developing extratropical cyclone activity in the vicinity of Japan in boreal winter from 1979/80 to 2016/17 mainly using the Japanese 55-year Reanalysis data. The in situ observation and reanalysis data revealed the increased frequencies of both strong winds and heavy precipitation in Hokkaido, the northernmost island of Japan, after the end of the last century, which is consistent with the fact that the cyclones migrating along the Kuroshio Current (KC cyclones) have tended to approach the Hokkaido region in recent years.

To examine factors controlling the cyclone track and rapid development, we performed composite analyses of the northward-migrating type (N-type) and eastward-migrating type (E-type) KC cyclones. As for the N-type cyclone, wave trains prevailed along the polar front and subtropical jets over the Eurasian continent, thereby forming an upper-level trough (ridge) to the west (east) of the cyclone. An upper-level divergence accompanied by rapid development of the N-type cyclone excited wave packets downstream as a Rossby wave source, leading to further reinforcement of the upper-level ridge east of the cyclone. The anomalous anticyclone with a barotropic nature is capable of forcing the cyclone track to shift northward. Furthermore, a combination of the N-type cyclone and the anomalous anticyclone to its east facilitates moisture import into the cyclone system from lower latitudes, contributing to enhanced moisture flux convergence. In reality, diabatic heating in the vicinity of the cyclone center is larger in the N-type cyclone than in the E-type one.
It is also suggested that the pronounced Rossby wave propagation along the subtropical jet related to a climate regime shift in the tropics is responsible for the recent increased number of N-type cyclones.

 JRA55再解析データを用いて北半球冬季1979/80年から2016/17年までの期間における日本周辺で急発達した温帯低気圧(爆弾低気圧)の活動を 調査した。現場観測と再解析データから、今世紀に入って北海道地方で暴風と強い降水の頻度が急増(暴風雪が頻発)しており、 その主要因は南岸低気圧(本研究では便宜的に“黒潮低気圧”と呼ぶ)が北進して北海道地方に接近する数が近年増加していることによるものである。
 低気圧の経路と急発達を支配している要因を明らかにするために、黒潮低気圧を北進タイプ(N-type)と東進タイプ(E-type)に分類して それぞれ合成図解析を行った。N-typeに関して言えば、ユーラシア大陸上の寒帯前線ジェットと亜熱帯ジェットに沿って流線関数偏差場に波列パターンが卓越しており、 それによって下流側に位置する低気圧の西方(東方)で上層トラフ(リッジ)が形成されている。N-typeの急発達に伴う上層発散はロスビー波ソースとして下流方向に波束を励起することで、 低気圧東方の上層リッジをさらに強化する。順圧的構造をもつ、その高気圧偏差は障壁となって低気圧経路の北偏を促すことができる。 さらに、N-typeとその東に位置する高気圧偏差の複合によって、低緯度から低気圧システムへの水蒸気流入が促進されており、 低気圧中心近傍の水蒸気フラックス収束の強化に寄与している。実際、中心近傍の非断熱加熱はE-typeよりN-typeの方が大きくなっている。
 また、20世紀末頃に起こった熱帯大気海洋結合系のレジームシフトに関連して亜熱帯ジェットに沿うロスビー波の波束伝播が顕在化しており、 そのレジームシフトがN-type(北進して北海道地方に接近する黒潮低気圧)の発生数の近年の増加をもたらしていることが示唆された。  

*Please refer to the following manuscript.
Tsukijihara, T., R. Kawamura, and T. Kawano (2018): Influential role of interdecadal explosive cyclone activity on the increased frequency of winter storm events in Hokkaido, the northernmost island of Japan. International Journal of Climatology, in press.


Figure 1. (a) Location of in situ observation stations in Hokkaido, the northernmost island of Japan. (b) Interannual variations in the frequency of extreme events based on the total of 22 stations in the Hokkaido region (day winter−1) during boreal winter (DJF) from 1979/80 to 2016/17, where 1980 refers to the period from December 1979 through February 1980. (c) As in (b), but for seven stations in the eastern part of Hokkaido (station numbers 16 to 22). The frequencies indicate the number of days with a daily maximum wind speed exceeding 20 m s−1 (red lines) and daily precipitation exceeding 30 mm day−1 (black lines). Horizontal lines denote long-term mean values over the earlier (1979/80–1997/98) and later (1998/99–2016/17) periods.