史上最も暖かい冬に科学者が雪の結晶を追う

バージニア州沿岸にあるNASAワロップス飛行施設の巨大な格納庫に、まばゆいばかりの白光りするP-3オリオン機が、強烈な投光照明の下に駐機している。真夜中過ぎ、科学者、技術者、大学院生たちが翼の下に集まり、パイロットが操縦に使うエルロンの一つにできた5インチ（約13cm）の亀裂をじっと見つめている。

彼らの落胆は明白だ。8人からなる研究チームは、ニューヨーク州北部とカナダに広がる大吹雪の中を10時間飛行する研究機に搭乗する準備をしていた。これは、NASAが資金提供している冬の嵐の仕組みを解明するための新プロジェクトの一環である。研究者たちは、帯状の雪がどのように形成されるのか、なぜある嵐は雪を降らせ、他の嵐は降らせないのか、そしてなぜ特定の条件では氷結晶が生成し、他の条件では雪片が生成されるのかを解明したいと考えている。彼らの最終目標は、北東部の住民5500万人にとってより正確な冬の天気予報と、米国全土で使用できる気象モデルの改善である。NASAはこの3年間の研究を「IMPACTS」（大西洋岸を脅かす吹雪に関する微物理学と降水量の調査）と名付けた。

しかし、今夜予定されていた嵐の中心への科学探査は中止となった。亀裂は、おそらく前回の飛行で鳥か何かに衝突したことが原因と思われるが、修復には数日かかる。実感が湧くまでに数分かかるが、鳥についての陰気なジョークを何度か交わした後、チームは格納庫から出て窓のない二つの部屋に入り、ノートパソコンを接続し、衛星と別の航空機から送られてくるデータ処理に夜通し取り組む準備をする。

このプロジェクトの主任研究者であり、ワシントン大学の大気科学者でもあるリン・マクマーディ氏は、数年をかけて大学やNASAゴダード宇宙飛行センターから研究チームを編成しました。彼女はNASAの競争率の高い助成金を獲得し、バージニア州チンコティーグ島近郊の人里離れたワロップス飛行施設に研究室を移転しました。吹雪を研究する科学者を想像してみてください。そして、記録的な暖冬の一つの時期にプロジェクトが始動します。そして、飛行機が故障してしまうのです。

「皆、フラストレーションを感じています」とマクマーディは言う。「空中任務にはそういう面もあります。飛行機が行くところならどこでも行けるし、嵐のところにも行ける。地上で雨が降っていても、上空では状況が違います。だから、私たちは苦境から脱却できたんです」

今夜の地上待機便を除き、マクマーディー氏と同僚たちは1月初めから12回の飛行を行っている。多いように思えるかもしれないが、実際には予想の半分程度だ。今年は嵐があまり多くなかったのだ。NOAA当局によると、2019年から2020年の冬（公式には12月から2月まで）は、降雪量は地域によって異なるものの、史上最も暖かい冬の一つになると見込まれている。ラトガース大学が管理するデータベースによると、米国東部は過去126年間で最も雪の少ない冬のトップ10に入る見込みだ。ボストンでは平均気温が華氏37.9度（摂氏約17.3度）となり、過去最高記録タイの暖冬となった。ニューヨークのセントラルパークでは、この冬、積雪量はわずか4.8インチで、これまでの平均より1フィート強少ない。これは、1868年に記録が始まって以来、2番目に雪の少ないシーズンとなった。今年は、ニューヨーク、シンシナティ、ボルチモア、ワシントンDC、ピッツバーグなど、東海岸の多くの都市で冬の嵐警報は発令されていない。

「驚くべきことに、それにもかかわらず素晴らしいデータが得られています」とマクマーティ氏は言う。「吹雪はまだ記録されています。ただ、予想ほど頻繁ではなく、広範囲にも及んでいません。私たちはまだ嵐の構造を学んでいるところです。こうした雲の測定を行うことで、予測モデルの精度向上に役立ち、地上の降雪予測の精度向上が期待されます。」

マクマーディー氏によると、彼女と同僚が収集しているデータは、吹雪に関する科学的な謎の解明にも役立つという。「私たちが調査している主な研究の一つは、なぜ冬の嵐の中には雪が大量に降る嵐とそうでない嵐があるかということです」と彼女は言う。「なぜ雪が現在のように分布しているのかを調べているのです。通常、雪は帯状の構造をしています。フロリダからメイン州にかけて、雲の帯が見えるでしょう。しかし、雲の中では雪は連続的ではなく、狭い帯状の領域に存在しているのです。」

P-3オリオンは地上待機状態にあるものの、科学チームは今夜のデータ収集に別の航空機、ジョージア州サバンナのハンター陸軍飛行場から高高度飛行するER-2機を頼りにしている。チームが巨大なコンピューターモニターで見守る中、たった一人のパイロットが午前1時頃に離陸し、約20分で高度65,000フィートに到達。オンタリオ湖まで飛行し、ケベック州を横断した後、嵐の雲の頂上を観測する機器を使いながら、前後に「草刈り」するパターンを描いてペンシルベニア州まで飛行する。

ER-2機には6種類のレーダー、ライダー、マイクロ波機器が搭載されており、それぞれ異なる周波数に調整されているため、遠隔地から積雪の観測に最適です。一方、P-3機は吹雪の中を飛行し、雪、氷、湿度、気温を観測するように設計されています。ワロップスの地上局からP-3機を追跡しながら、複数の研究者がER-2のデータと衛星画像を比較し、嵐の上層で何が起こっているかを把握しています。

グレッグ・ソーヴァ氏は、嵐の中心、つまり下層で何が起こっているのかを知りたいと考えています。ノースダコタ大学の大学院生であるソーヴァ氏は、過去2ヶ月間、P-3航空機の翼下に取り付けられた金色の雲粒子イメージャーからデータを収集してきました。魚雷型のイメージャーの2つの突起の間をレーザー光線が通過します。この装置は、微細な雪片が光線を通過し、検出器に影を落とす様子を画像化します。

ソバさんはその後、雪の結晶を分かりやすいカテゴリーに分類する。「雪の結晶の形を見れば、雪がどの気温で、大気のどの高度で成長しているかが分かります」とソバさんは言う。彼はノートパソコンに何百枚もの雪の結晶の写真を収集している。中には、幼稚園で描いたような、6本の腕を持つ伝統的な結晶に似たものもあり、これは専門的にはデンドライトと呼ばれる。他にも、先端に斑点が付いた、とがった棒のような形のものもある。これらはキャップドカラムと呼ばれる。さらに、中央の斑点でつながれた対称的な六角形の形状のものもあり、ソバさんはこれをスターウォーズに登場する帝国軍のTIEファイターに例える。

「これらの画像は、雲の中での雪の成長状況をより深く理解するのに役立ちます」とソヴァ氏は言います。「現在、雪の降る量を計測する方法は、宇宙や地上の衛星から測定しています。雲の中で何が起こっているかについては、根拠に基づいた推測を行う必要があります。」

ソヴァから数個離れた場所では、今夜飛行する予定だった別の科学者が、カラフルな衛星画像が映し出されたコンピューターモニターの列を眺めている。ワシントン大学で気象学のポスドク研究員を務めるジョー・フィンロン氏は、上層雲の形成を観察している。ニューヨーク州オスウェゴ周辺で撮影された衛星画像に、嵐を伝わる重力波の影響を反映している可能性があるという。

嵐の周囲の大気は、暖かい空気が上昇し、冷たい空気の波が下降する、荒れ狂う海のような挙動を示します。湿気を含んだ重い空気の波は上昇し、その後、大気の安定した層内の重力の影響で下降します。その結果、狭い範囲に大量の雪が積もり、その周囲には全く雪が残らないことがあります。吹雪における重力波は比較的最近発見されたもので、発見や予測は容易ではありません。そのため、このめったに見られない現象に、彼は非常に興奮しています。「今年の嵐ではあまり見られなかった、ユニークな現象です」とフィンロン氏は言います。

午前8時近くになり、チームは徹夜で作業を続け、ER-2飛行試験機と周回気象衛星からのデータ収集を続けている。この嵐はニューヨーク州とニューイングランドの一部で最大15センチの積雪となり、雪不足に悩まされていたスキーヤーを喜ばせる一方で、朝のドライブの準備をする通勤客を苛立たせている。

もちろん、多くの冬好きは未来がどうなるのか知りたがっています。東海岸で過去最も暖かい冬を迎えている時期に吹雪の調査を行うという見通しは、これが新たな常態になるのかどうかという興味深い疑問を提起します。しかし、IMPACTSは実際には長期的な気候変動を研究するために設計されたものではありません。収集されるデータは、吹雪の頻度と強度に関する手がかりを与えるだけです。そして今のところ、研究者たちは気候変動が将来の降雪量にどのような影響を与えるかを決定的に解明していません。

特定の場所の降雪量には大きな季節変動があるため、気候変動が降雪量を左右する要因を予測するのは困難です。実際、温暖化は東部の降雪量に相反する影響を及ぼすだろうと、ペンシルベニア州立大学の気象学・気候力学助教授で、IMPACTS研究には関与していないコリン・ザルジッキ氏は述べています。

「大気が温暖化すると、暴風雪の頻度は減少するというのが、明白かつ自然な結論です」とザルジツキ氏は言う。「しかし、嵐から降水として放出される水蒸気の量も、気候が温暖化するにつれて増加します。東海岸に沿って移動するスポンジは大きくなります。それを絞り出す時には、より多くの液体が残ります。地表が十分に冷えれば、雪となって降ることもあります。」

ザルジツキ氏は、今後は全体的に吹雪の数は減るが、規模は大きくなると予測している。「毎年6～7回の小規模な嵐が発生する代わりに、2～3回しか発生しません。しかし、Twitterのハッシュタグで「#Snowzilla」「#Snowmegeddon」「#Snowpocalypse」といった名前が付くような大規模な嵐は1～2回は発生するでしょう」と彼は言う。

マクマーディー氏をはじめとするIMPACT研究者にとって、少しでも雪が降れば、そしてより多くのデータを収集できれば、それは大きな喜びとなるだろう。今夜をもって、彼らの冬季飛行は終了となる。チームは荷物をまとめて帰国し、夏の間に再び会合を開き、データセットを比較しながら2020～2021年のフィールドシーズンに向けて準備を進める。

「落ち込んではいませんよ」とマクマーディは笑いながら言った。「あと2年ありますから」

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