Using snow cover data derived from satellite observations, the interannual variation of EWTPSC (early winter (November-December) Tibetan Plateau snow cover) is investigated. Results show that the EWTPSC has a linear increasing trend from 1973 to 1999. The linearly detrended EWTPSC shows a significant positive correlation with the Tibetan Plateau snow cover from winter to the subsequent summer. Therefore, examining causes of the EWTPSC anomaly is an essential step toward understanding both winter and summer thermal conditions over the plateau and their influences on the Asian climate.

By the partial correlation and regression analyses, it is shown that the IOD (Indian Ocean Dipole) rather than the ENSO (El Nifio/Southern Oscillation) has a positive influence on the EWTPSC. In the early winter of the pure positive IOD years with no co-occurrences of El Nitio, the dipole diabatic heating anomaly over the tropical Indian Ocean excites the baroclinic responses in the tropics. In the lower troposphere, a pair of stationary anticyclonic (cyclonic) anomalies straddle the equator as the stationary Rossby wave response to the negative (positive) heating anomaly. The anticyclonic anomaly over the Bay of Bengal induces the northward flow along its western edge, and carries extra moisture to the Indian subcontinent. Since both baroclinic and barotropic components of the zonal wind over the Arabian Peninsula increase dramatically in early winter, the energy of the baroclinic mode is converted to generate the barotropic mode. The resulting barotropic Rossby mode propagates northeastward, and induces a barotropic cyclonic anomaly north of India. This enables the moisture that has been already advected to the Indian subcontinent from the tropical Indian Ocean together with the moisture from the Bay of Bengal and the Arabian Sea to be transported cyclonically to the Tibetan Plateau. The convergence of moisture over the plateau increases the possibility of precipitation and snow cover, and explains the positive influence of IOD on the EWTPSC. The above atmospheric response to the IOD is seasonally dependent. In contrast to early winter, both barotropic and baroclinic components of the basic-state zonal wind over the Arabian Peninsula are weak in autumn (September-October). This is not favorable for generation of the barotropic mode and the consequent teleconnection. Therefore, the teleconnection starting from the Arabian Peninsula is not present at this time, even though the IOD-related diabatic heating anomaly in autumn is similar to that in early winter. The result is consistent with the partial correlation between IOD and the Tibetan Plateau snow cover after excluding the influence of ENSO; the partial correlation coefficient is -0.15 in September-October, but increases abruptly to 0.39 in November-December.

The AGCM of FrAM (Frontier Atmospheric General Circulation Model) quantitatively reproduces the observed circulation anomaly in early winter that is related to the IOD and explains the positive influence of IOD on the EWTPSC. In the sensitivity experiment P-IOD (N-IOD), the FrAM is forced by the SST climatology in all basins and the SST anomaly within the tropical Indian Ocean related to the pure positive (negative) IOD with no co-occurrence of El Nino (La Niiia). The P-IOD well simulates the enhanced (suppressed) convective activity over the western (eastern) tropical Indian Ocean, as indicated by the negative (positive) OLR anomaly there. This dipole convective anomaly generates the baroclinic atmospheric response in the tropics, the northeastward teleconnection from around the Arabian Peninsula, and the consequent barotropic cyclonic anomaly north of India, in a good consistence with the observations. Therefore, the extra moisture supply from the northern Indian Ocean to the Tibetan Plateau is also well simulated, confirming the positive influence of 10D on the EWTPSC. The observed seasonality of atmospheric response to the IOD-related diabatic heating is also seen in the P-IOD; no teleconnection from the Arabian Peninsula to the north of India is present in autumn of the P-IOD. The N-IOD also simulates the baroclinic responses in the tropics and the poleward teleconnection to mid-high latitudes. However, due to the northeastward shift of the simulated convective anomaly, the simulated teleconnection pattern is shifted northeastward compared with that in the P-IOD, and hence the expected lack of moisture supply to the Tibetan Plateau is thus not well reproduced in the N-IOD.

初冬にチベット高原に積もる雪は冬から春、初夏にかけて地表や大気を冷やし、アジアの夏の気候に大きな影響を与えている。従って、この積雪の経年変動とその原因を解明することはアジアの夏の季節の異常を理解する上で極めて重要である。世界各地の気候に影響を及ぼす気候変動モードがインド洋にも存在することが1999年に明らかになり、ダイポールモード現象と名付けられたが、本論文は、このダイポールモード現象がチベット高原の初冬の積雪面積に及ぼす影響を初めて明らかにしたものである。

本論文は5つの章で構成されている。第1章では、対流圏に高く聳えるチベット高原が大気循環、特にアジアモンスーンに及ぼす力学的、熱力学的役割に関する研究史が記述されている。熱力学的に特に重要なのは積雪の効果であるが、チベット高原はその高度ゆえに冬季の積雪深、積雪面積とそれに続く夏の積雪深、積雪面積との相関が高く、冬季の降雪は冬だけでなく続く夏の気候にも影響を及ぼしている。古くはBlanford(1884)が冬季の積雪深とそれに続く夏の西インドにおける降水量の負の相関を示唆したが、1970年代に衛星による積雪面積の観測が可能になったことで、積雪の季節を超えた影響に関する多くの研究がなされるようになった。しかし、チベット高原の積雪そのものの経年変動の原因を探る研究はほとんどなされておらず、わずかに太平洋熱帯域に発生するエルニーニョ現象が冬季の降雪深を増やすとする研究があるのみであった。チベット高原への水蒸気の供給は主にインド洋からであるとする報告がなされているにもかかわらず、インド洋との関係については全く調べられていなかった。そこでインド洋のダイポールモード現象がチベット高原の初冬の積雪面積におよぼす影響を明らかにする本論文の意義が述べられている。

第2章では、まず衛星データに基づき、チベット高原の積雪面積の季節変動と経年変動が明らかにされる。経年変動は11月から4月にかけて大きく、偏相関解析によって、エルニーニョ現象ではなく、正のダイポールモード現象と正の相関を示すことが初めて明瞭に示されている。これは既存研究を否定する著しい成果である。更に大気循環および水蒸気流束の解析から、インド北部の低気圧性循環に伴って、水蒸気がチベット高原に輸送されることが示されている。

第3章では、熱帯対流圏の運動を簡素化した松野―ギルモデル、波の活動度フラックスの解析、ロスビー波の波束伝播理論を活用して、正のダイポールモード現象がチベット高原の初冬の積雪面積に正の偏差を引き起こすメカニズムを明らかにしている。ダイポールモード現象に伴う熱帯インド洋上の顕熱加熱によって、対流圏に傾圧的な循環が引き起こされるが、ベンガル湾上の高気圧性循環の西縁には北向きの流れが生じ、これがインド亜大陸に水蒸気を運ぶ。一方、偏西風ジェットは初冬に南下し、その鉛直シアーも強まって、傾圧的な応答から順圧的な応答が形成され、これによる順圧ロスビー波列がアラビア海から北東方向に伝播して、インド北部に順圧性の低気圧性循環を生む。この循環がアラビア海とベンガル湾から供給された水蒸気を効果的にチベット高原に輸送することが明らかにされた。こうして輸送された水蒸気の収束によって、チベット高原の初冬の降雪面積の正偏差を説明することができることを明らかにしている。

第4章では、大気大循環モデルFrAMを用いた数値シミュレーションの結果について示している。正のダイポールモード現象に対応する海面水温偏差をインド洋に与えた数値シミュレーションは第3章の結果をほぼ再現していることが示されているが、負のダイポールモード現象に対応する数値シミュレーションでは、順圧的なテレコネクション・パターンが北東方向にずれて、大気応答は反対称にはならないことが述べられている。

第5章は、本論文のまとめである。ここでは積雪面積の正の偏差は続く夏のモンスーンを弱めることから、負のダイポールモード現象を引き起こす可能性、引いてはダイポールモード現象が準二年振動の性格を帯びるという興味深い示唆がなされている。

以上に記述したように、本論文は、チベット高原の初冬の積雪面積の経年変動が太平洋のエルニーニョ現象ではなく、インド洋のダイポールモード現象によることを、データ解析、理論解析、大気大循環モデルシミュレーションを用いて、国際的に初めて明らかしたものであり、アジアの気候変動予測に向けて大きく貢献したものである。したがって本学の学位論文として十分な水準に達していると判断できる。なお、本論文の第2,3,4章は指導教員の山形俊男教授と東塚知己助教との共同研究であるが、論文提出者が主体となって研究を行ったものであり、その寄与は十分であると判断できる。したがって,審査員一同は、博士(理学)の学位を授与できると認める。