アメリカ合衆国NOAAのNational Climatic Data Centerが 1994年に発行した 「Global Daily Summary」CD-ROMを使う。 これは、世界の10277地点の1977年10月から1991年12月までの 日最高・最低気温と日降水量を収録したものである。 ただし値が全部の地点、全部の日についてそろっているわけではない。
同じ日の最高気温と最低気温の平均を入力データX(t)として、 3節で述べた周期解析を行なう。 tは各年の1月1日からの通しの日付である(年による区別はしない)。 ただし、うるう年の場合は、1年の長さをそろえるため、 通しの日付を 365 / 366 倍している。
データファイルの気温の値とflagの値を参照して、 データが有効であるかどうか判断した。 最高気温と最低気温の両方が得られる場合だけを有効なデータとした。 同じ日の記録が複数ある場合は、有効なもののうちあとに現われたものを採用した。 また、解析の過程で、緯度23.4oから高緯度側の地点で 第1周期成分の分散が全分散の1/2より小さい場合はもとのデータファイルを 点検した。その多くの場合に明らかにおかしな値が含まれていたので、 その値を除いて周期解析をやりなおした。
周期解析の対象とした地点は、有効な値が全部で1200日ぶん以上、 各月ごとに年を問わず20日ぶん以上あるところである。 この条件はMay et al. (1992)や多くの気候学的研究に比べてゆるいものである。 なるべく細かい空間分布を見たいのでこのようにした。
図7: 周期解析の対象とした地点の分布 (緯度23.4oから高緯度側)。
図8: 正弦波のあてはめの例(Hotan)。 上: 毎日の気温。 下: 年周期成分(実線)、半年周期成分(点線)、2成分の合計(破線)。 年平均値をたした形で示してある。 縦棒は位相(その成分の極大の日付)を示し、そこで振幅も読みとることができる。 以下で論じる位相は1年周期成分の極大極小の日付であって、 2成分以上を使って表現した気温の年変化の極大極小とは必ずしも一致しない。
表示のため、周期解析の結果得られた統計量を、 緯度経度1oの格子点データに変換した。 緯度範囲は85oS--85oNである。 手順は次のようにした。
図9: 1o格子のデータの存在分布。 緑=そのマス目に観測値がある。 黄色=周囲から内挿された値がある。 赤=近傍の値を採用した。 空白=値がない。
ヨーロッパのアルプスなどの山岳の観測点では、 平地に比べて1年周期の位相が遅い (7節参照)。 しかし、この特徴が全世界の山地に共通というわけではないようである。 山地と平地の違いの議論は別の研究として行なう必要があると考え、 ここでは、緯度経度1o格子の平均の標高 (アメリカ合衆国National Geophysical Data CenterのGLOBE 0.5と Terrainbase 1.1から作成)に比べて1000 m以上高い地点を、 以下の作業から除くことにした。
図10: 年周期成分の分散の全分散に対する割合 (V1 / V × 100)。 熱帯では小さく、中高緯度で大きい。 南半球のほうが北半球よりやや小さい。 (注: 36oN 付近の19 % という値を示す観測値は、まちがいとは 言い切れないが、疑わしい。)
図11: 年周期成分の振幅 (A1)。 V1 / V1-6 > 0.5 であるところに限って示す。 熱帯では小さく、中高緯度で大きい。 南半球では北半球よりかなり小さい。
図12: 気温の年周期成分の振幅の日射量の年周期成分の振幅に対する比 (A1,temp / A1,insol) [単位 K W-1 m2]。 どちらの量についてもV1 / V1-6 > 0.5 であるところに限って示す。
図13: 気温と日射量との年周期成分の位相(極大の日付)の差 (Φ1,temp - Φ1,insol)。 どちらの量についてもV1 / V1-6 > 0.5 であるところに限って示す。
図14: 半年周期成分の分散の全分散に対する割合 (V2 / V × 100)。
図15: 半年周期成分の振幅 (A2)。 V2 / V1-6 > 0.1 であるところに限って示す。 熱帯と南極地域でかなり大きい。
以下では、中高緯度(南北回帰線から高緯度側)の年周期成分だけを扱う。
図16: 年周期成分の分散の全分散中の割合 (V1 / V × 100)。 北半球中高緯度のほとんどの地点で50 %をこえる。 例外は、北アフリカの西海岸(西サハラとモロッコ)、 北アメリカの西海岸(カリフォルニア)、 北回帰線に近いメキシコの内陸にある。 南半球、とくに海洋中の島と南回帰線の近くでは小さめの値を示す。
図17: 年周期成分の分散が、6成分の合計の分散にしめる割合 (V1 / V1-6 × 100)。 ほとんどの地域で 95 % をこえる。 回帰線付近と南極で小さめの値となる。
図18: 年周期成分の振幅 (A1)。 全分散に対する割合(図12)が50 %をこえるところに限った。
北半球中高緯度では、年周期成分が季節変化の中で圧倒的に大きい割合を 示すため、A1の値は、多くの著者が示している月平均気候値による 年較差の半分とほぼ等しい。
図11でみたように、高緯度ほど大きい傾向がある。 また、特にユーラシアでは、東ほど大きい傾向もある。 大陸の内部に向かって大きくなる。 ユーラシアのほうが北アメリカよりも量の幅が大きい。 最大値は東シベリア高緯度の、かなりオホーツク海に近いところにある。 モンゴル西部などに局所的極小値がある。 特に小さい値は、大陸の西海岸の南部に見られる。またフロリダ付近にもある。
南極以外の南半球の大陸での値は北半球の大陸よりも小さい。 乾燥度よりも大陸の大きさが効いているようである。
図19: 気温の年周期の振幅の日射量の年周期の振幅に対する比 (A1,temp / A1,insol) [単位 K W-1 m2]。 図18に比べて南北勾配が消え、 ユーラシアの中緯度の東西勾配が強調されている。 大きな値はサハラやアラビアの砂漠に見られるほか、 中国南部の湿潤地域にも見られる。 大陸(南極大陸を含む)の海岸部では比較的値が小さい。 特に西海岸では小さい。 しかし、北半球の大陸の東海岸と北極海沿岸では、 内陸よりもやや小さいもののあまり大きな違いがない。
図20: 気温と日射量の年周期の位相(極大となる日付)の差 (Φ1,temp - Φ1,insol)。 大陸内部ではかなり一様 (夏至のあと21 -- 31日 cf. 小暑 = 15、大暑 = 31)。 特にアメリカ合衆国本土内では差が小さい(Trenberth, 1983やShea, 1984と同じ)。 沿岸部や島では遅い(特に遅いところで46日 = 立秋)。 大きな湖(カスピ海、北アメリカ五大湖、バイカル湖)のところで まわりより遅い(振幅も小さくなっているが位相のほうがよく見える)。 熱帯に近いところでは非常に早い(半年周期の影響? 潜熱? 雲?)。 南極大陸でも早い。
分散にしめる割合
日射量に相対的にみた振幅
日射量に相対的にみた位相