地球環境部門

>地球環境部門メニュー

IPCC第6次評価報告書（第1作業部会）の公表
－JAMSTEC研究者たちの貢献とメッセージ－
第4話：CO₂と、CO₂以外が引き起こす気候変動を合わせて評価する～脱温暖化・排出削減の道を照らす知見

2021年10月25日

キーポイント

◆人間活動由来のCO₂排出による昇温の一部は、エアロゾルによる冷却効果(－0.0～0.8℃)が部分的に打ち消してきた。しかしながらこの構図は産業革命前から現在までに対するものであり、2010年ごろから世界的なエアロゾル量の低下（原料物質SO₂などのPM2.5対策のための排出減に起因する）がみられるようになり、今後は逆に、冷却効果の低下、つまり昇温が起こる（Figure SPM.2, 第6章、第7章）

◆大気中エアロゾル量減少による今後の昇温幅は、2100年までに最大約+0.4℃(2019年比)と見積もられる。その最大の昇温は、低排出シナリオで起こる。しかしながらその昇温は、「メタンやオゾンの削減」が起きればそれらの冷却効果により大部分が相殺され、合計としては2100年までに+0.1～0.2℃で収まる。一方、高排出シナリオではエアロゾル量減少による昇温幅は小さいものの、メタン等が増加し続ける効果が大きく、合計は+0.6℃にも上る。（第6章）

◆1.5℃目標では、今後に残された昇温幅は0.43℃のみであり、CO₂のことを問題にする以前に、これらメタンと大気汚染物質の影響だけで破綻する可能性がある。低排出シナリオの場合でも、これらメタンと大気汚染物質の影響を管理し、CO₂の残余カーボンバジェットを確保する必要がある。（第5章、第6章）

◆メタンの大気中の滞在時間は約10年と短いため、低排出シナリオに従えば、高排出の場合と区別できる程度の濃度低下・冷却効果が約20年以内にみられるようになるだろう。どの地域のどの人間活動（部門）が、どの物質を通じて何℃の温暖化を引き起こすかについて、CO₂とCO₂以外の各物質を網羅する形で示され、削減に有効な対策がピンポイントでわかるようになった。（SPM D.2, 第6章）

気候変動に大気汚染が関係する?

気候変動に影響する空気の成分と聞いて、皆さんまず真っ先に思い浮かべられるのは二酸化炭素(CO₂)のことでしょう。確かにその通りで、CO₂は地球から外へ出るはずだった赤外線を吸収し温室効果をもたらすガスであり、人間活動による排出量が大きく増えていることは第1話でしっかりと触れてきました。では「CO₂以外の大気汚染物質も気候変動に大きくかかわっている」、と言われて、ピンときますか？きっとなかなか難しい、と感じられるでしょう。でもそれも無理はありません。大気汚染は都市スケールの話として、気候変動は地球全体スケールの話として、環境問題のなかでも別々の話として聞くことも多いからです。ですが、これからの温暖化や対策を考えるうえでは、この大気汚染と気候変動の関係を抜きに語ることは難しいのです。そこで今回の第4話では、この大気汚染と気候変動の関係を紐解いていくことにしましょう。

図1は産業革命前(1750年)から現在(2019年)まで、どの物質の大気中物質の濃度増加が、世界平均気温にどれだけの昇温・冷却を生み出したのかを棒グラフの大きさで表したものです。ここから、やはりCO₂や、第二話で触れたメタンの温暖化への寄与が大きいことがわかります。それらの次に大きいのはオゾン、そしてマイナスの方向で大きいのはエアロゾルとなっています。これらの物質が今回の話の中心です。メタンは赤外線を吸収します。オゾンは赤外線のほか、太陽から降り注ぐ紫外線も吸収する性質があり、濃度の増加は温暖化を促します。一方、エアロゾルは空気中に浮いている液体や固体の粒子で（ちりや濁り、最近ではPM2.5みたいなもの、といった方がわかりやすいかもしれません）、主に太陽の光を直接拡散し、また水や氷の雲の種となるなどして「日傘効果」などを生み、地表面を冷却します。産業革命前から現在にかけて、エアロゾルは大気中の濃度が増加し、温度を下げる効果をもたらし、CO₂などによる温暖化の一部を打ち消してきました。オゾンやエアロゾルは大気中の化学反応で生成するもので（一部のエアロゾルを除く）、一度できると１～3週間程度は大気中に留まるため、都市部よりはかなり広域に、オゾンの場合は偏西風に乗って北半球全体へと拡散していきます。

その図式、AR5でも同じだったじゃない？とおっしゃる方、全くその通りです。AR6でも大きくは変わっていません。しかし図1の「つくり」で大きな違いが一つあります。それはこの図の横軸が「世界平均気温」の変化となっている点です。これまでこうした図の横軸は「放射強制力(W m^-2)」という、専門的で難解なものでした。AR6ではこの軸を「気温」に焼き直しており、「物質の増減」と「温度」との対応関係をより直接的に示す工夫が随所になされています。（ちなみに、元の放射強制力の図もFig. 7.6にありますのでご覧ください）

マイナス×マイナスはプラス：エアロゾルの役割がひっくり返った？

図1は評価対象年とした2019年の状態を、参照とした1750年の状態と比較し、昇温への寄与を評価したものでした。その評価対象年を1750年から連続的に、2019年までスライドしてみたのが図2です。ここから、過去には1800年代や1960-1990年代など、間欠的に火山噴火による冷却が起きたこと、しかしながらその効果も数年すれば収まることが見てとれます。一方、顕著で継続的な温暖化を最近引き起こしているのはCO₂やメタン、そしてオゾンということがわかります。対流圏エアロゾルの冷却効果も1850年ごろから連続的に大きくなってきています。ところがその大きさは2000-2010年ごろに底を打ち、一番右下の部分ですが、2019年にはむしろ小さくなってきている（灰色の線が上昇）ことがわかります。エアロゾルが減ればPM2.5が減って、健康問題が解消されていくわけですが、気温にとっては逆効果です。つまり、エアロゾルが減ると、冷却効果が失われて「昇温」となってくるのです。マイナス×マイナスはプラスとなり、エアロゾルの役割がひっくり返ったことが注目です。将来のことを考える際に、エアロゾルをわざと大気中に残したままにするのは、全物質による地球温暖化の昇温幅を小さく留めるためにはある意味得策なのですが、健康問題を軽視することはIPCCのシナリオの中でも容易に許されることではありません。今後については、エアロゾルの減少に伴う昇温ともうまく付き合う、とする考え方が主流です。ＣＯ_２問題に上乗せされるエアロゾル減少問題、このいわば「二重債務状態」をクリアせよ、という難しい課題を突き付けられていることになります。

エアロゾルやオゾンをコントロールするには：排出される原料物質ごとの昇温への寄与

エアロゾルやオゾンも気にするとして、それらはどうすればコントロールできるのでしょうか？さきほど、それらは大気中の化学反応で多く発生すると書きました。そのため、その反応の原料物質を知り、その量をコントロールすればよいということになります。CO₂やメタンはそれら自身の排出量をコントロールすればよいのと少し異なる点です。人間活動からの排出とどう結びついて、これらオゾンやエアロゾルの効果が生まれているのか、そこまで分解して見せたのが図3です。

この図では人間が排出した物質（一番左の文字）ごとに、どれだけの昇温や冷却（右）が起きたのかを棒グラフで表しています（ちなみに左は、横軸を有効放射強制力の単位で評価したもの）。棒グラフの色は、各排出をもとに、「どの大気中の物質の濃度が変化して」実際に昇温や冷却が生み出されたのか、を示しています。たとえば、CO₂の横棒はすべて黄色であり、このことは、CO₂の排出の増加によって、大気中のCO₂そのものの濃度が変化し、1.0℃強の温暖化寄与が生み出されたことを表しています。次の段のメタンの横棒には、オレンジ色と黄緑色の寄与があることがわかります。メタンの排出増加がメタン濃度の増加を生み昇温した分がオレンジ、メタンの排出増加が化学変化ののちにオゾン濃度の増加を生み昇温した分が黄緑です。同様に、NMVOC+CO (揮発性有機化合物と一酸化炭素) の濃度増加も、化学反応で生み出されたオゾンを通じて、昇温効果をもたらしたことがわかります。SO₂（二酸化硫黄）は化学反応で硫酸になると粒子化する、エアロゾルの主な原料であり、産業革命前からのSO₂排出量の増加は冷却効果をもたらしたことが示されています。

こうした結果は大気中の化学反応も考慮した気候モデルから得られたものですが、その計算の大事な入力値となるのが排出量のデータです。過去から現在、そして将来まで、社会経済活動量の変化や物質ごとの排出係数をもとに積み上げて作り上げたものです（図4）。SO₂(右上)に注目してみましょう。黒い線がすでにピークを過ぎ、減少に転じていることがわかります。SO₂は石炭や重油の燃焼に伴って多く排出されますが、その処理技術の進展で、新興国などでも排出量が減少に転じています。SO₂がエアロゾルの主な原料であることと合わせると、SO₂の排出削減が大気中のエアロゾル量の減少、そして昇温効果を引き起こし始めた、ということになります。排出データベースでは、地域別の情報も整備されています。2014年にはSO₂だけなく、図４に挙げられたCO₂以外のすべての物質で、アジア（東アジア、東南アジア、南アジア、西アジア等）からの排出量が世界全体の量の半分以上を占めている状況で、アジアが今後の鍵を握っているといっても過言ではありません。排出量はさらに細かく区切ってグリッド化され、気候モデルへと入力されてゆきます。

これらの排出量の将来についてはシナリオごとに整備されています。コア5シナリオ（非常に多い(SSP5-8.5), 多い(SSP3-7.0), 中間(SSP2-4.5), 低い(SSP1-2.6), 非常に低い(SSP1-1.9)）（第3話の図などを参照）などでも、それぞれ、CO₂（左から2列目、一番下）だけでなく、大気汚染物質各種について、将来想定される社会経済状態における排出推計の予測値があり、気候モデルへ入力できる形となっています。大気汚染物質の排出量の今後の推移は、CO₂のものと似ている場合もありますが、タイミングや変化の割合などでは大きな違いがみられる場合もあります。これらの排出量が大気中濃度の推移の実態とどれだけ整合しているか、確かめてから使うことも重要な観点です。過去や現在については、この排出量を組み込んだ大気化学輸送モデルシミュレーション結果を、観測と見比べることなどにより評価されています。その話は次回に回すこととし、今回は将来予測の結果についてみてゆきましょう。

エアロゾル減少による将来の昇温はどのくらい？メタンやオゾンの削減で打ち消せるか？

図５は将来シナリオごとに、メタンやエアロゾル、オゾンなどの大気汚染物質濃度の変化の結果、どの程度の昇温（または冷却）効果を生むか、物質別に表しています。排出削減が顕著なSSP1-1.9, SSP1-2.6シナリオでは、エアロゾルについてはまず2040年ごろまでに2019年基準で0.3℃程度の昇温が起き、その後2100年までに0.4℃程度となります。これらのシナリオでは、このエアロゾル反転による昇温を、メタン（ここではメタンの排出削減によるメタンの寄与のみ）とオゾンの濃度低下がもたらす冷却効果で大きく打ち消すことができることになります。具体的にはメタンで顕著な排出量削減が起こると、2100年で最大-0.2℃、オゾンでも同程度の冷却がSSP1-1.9, SSP1-2.6シナリオで期待でき、合わせて-0.3℃以上となり、エアロゾル反転の昇温0.4℃の大部分を打ち消しています。HFCも合わせて考えると（図5下）、SLCF全体では、これら2シナリオでは2100年まで、2019年比で+0.1~0.2℃程度の昇温で収まっています。排出量が非常に多い(SSP5-8.5), 多い(SSP3-7.0)シナリオではエアロゾルの昇温は弱いものの、オゾン、メタン、HFCの寄与が大きく、合計で2019年比で最大0.6~0.8℃も昇温してしまいます。1.5℃目標は、2019年からみるとあと+0.43℃以内に昇温幅を収める、という話であり、すでにメタンと大気汚染物質類だけでも超過、CO₂の残余カーボンバジェット（第３話参照）など残らない、という話になるわけです。その関係で、大気汚染物質の今後を正しく評価することが重要です。

物質ごとの大気中の滞在時間：メタンは10年、CO₂は100年スケール

さて、図5右上では、低排出シナリオ(SSP1-1.9, SSP1-2.6)ではメタン排出削減による冷却効果がわりと速やかに起こっていることが示されています。このことは、CO₂の排出量が削減してもなかなか濃度の変化に結び付かず、2019年比で何十年も冷却効果が得られないこととは対照的です。ここには、CO₂とメタンの大きな性質の違いが隠されています。大気中の滞在時間がCO₂の場合ほぼ100年規模であるのに対し、メタンは約9年と短いのです。大気中のメタンの寿命（滞在時間）は、大気中にあるOHラジカルとの反応で決まっており、OHの量が大きく変わらない限り、約10年です。メタンの濃度が何倍かにもなるとOHも減ってくるフィードバックが起きますが、それでも10年が多少延びる程度です。メタン収支（第２話参照）は、人間活動などが毎年、大気へ排出（放出）する量(581-872Tg; 2008-2017年)と同程度の量(507-803Tg;ボトムアップ推計値,Table 5.2）が、化学反応により毎年除去処理されていると評価されており、大気中の現存量(約5100Tg)との比較でみても10年で「動く」システムです。一方、CO₂については、現在大気中にある量が870PgC, 人間が排出する量が約10.9PgC/年(2010-2019年平均、土地利用変化分を含む)、森や海が毎年取り除いてくれる量が5.9PgC/年ですから、出入りに100～200年もかかる「動きにくい」システムです。これらの比較から、メタンはCO₂と異なり、排出をストップすれば濃度低下を10年程度で確認できる、ということとなります。その効果が図5右上で見えているのです。一方で、100年単位の温暖化を決めているのはCO₂でありその重要性は変わりません。

人間活動ごと（経済部門ごと・地域ごと）に、どの物質の排出が昇温をもたらしているかが見えるようになった：脱温暖化・排出削減の道を照らす

この時間スケールを念頭に、人間活動ごと（経済部門ごと、地域ごと）に、どの物質の排出が昇温をもたらしたのか、取りまとめた図（図６）をみてみましょう。まず、図6上の2本の横棒は、2014年の1年間、通常どおりの人間活動があったとして、それぞれの活動による排出が、それぞれ10年スケール、または100年スケールでどれだけの昇温（および冷却）を生み出すのかを表したものです。簡単のためにここではプラスの側の寄与だけを見ることにしましょう。この図の下の棒、100年スケールの気温に与える影響でみると、黄色のCO₂の寄与がほとんど、ということになり、このスケールではCO₂の対策がやはり必要、となります。一方、10年スケールでみるとCO₂も重要ですが、メタンの影響もむしろCO₂より大きいほどであるということがわかります。さきほどCO₂の時間は100年規模、メタンの時間は10年規模との話をしました。メタンはある1年だけの排出を考慮すれば、100年後にはすでに大気中に留まっている分はなくなり、昇温には寄与しない、一方で、CO₂は大気中に留まる割合があり、温暖化に寄与する、ということです（ただしこのことは、100年前のメタンの排出が効かないということであり、100年後にメタンは全く重要ではなくなる、ということではありません。たとえば90年後にメタンの排出があれば100年後の昇温にはもちろん響きます）。

図1など、温暖化への寄与を示す棒グラフでは、メタンは重要だがCO₂より寄与は小さい、という結果でしたので、10年スケールでメタンとCO₂が同じくらい、という点は不思議に感じられかもしれません。図1では過去約300年の積年の結果を見たもので、CO₂の場合は100-200年分が大気に残っていてそれら全体がもたらした温室効果をみたものです。ですので1年分の排出量の寄与でみるとCO₂はかなり小さくなります。一方、メタンは大気にあるのは過去10年分で、それが赤外線を吸って温室効果を生み出すということで、1年ごとの排出の気候影響でみると大きな寄与を持つのです。また、このグラフでは、先に触れた、メタンからオゾンを生んで温暖化を増強する効果はメタンのオレンジ色の中に含まれており、そのために大きく見えていることもあります。この図で大きな寄与を持つということは、その分もし排出がなかったらその棒の長さ分の昇温が避けられたということを意味します。それなら10年後の温暖化抑制効果を得るために今年のメタンを止めたらよいのでは、と考えるのは自然なことです。

そうした考えで、10年スケールのほうで活動部門別、地域別、物質別の温暖化寄与をみてみましょう（図6左下、右下。2本ずつある横棒グラフの上が10年スケールの結果）。たとえば、化石燃料燃焼(Fossil fuel combustion for energy)や産業(Industry)からのCO₂はよく知られていますが、化石燃料採掘(Fossil fuel production and distribution)のメタン、農畜産業(Agriculture)のメタンも同程度に重要であることがわかります。第2話では、30年スケールでのメタン濃度の段階的な増加の理由の解析で、化石燃料採掘と農畜産業が重要な排出源となっていることをお伝えしましたが、その点とも整合しています。地域別では、CO₂は東アジアや北米、欧州が大きいですが、メタンは東アジアや南アジア、中南米などで大きな寄与を持つことがわかります。このような具合で、排出部門・地域・物質ごとの温度上昇への寄与がわかり、個別の排出削減政策の優先度まで可能になってきた、という点が注目に値します。国・自治体レベル、企業レベル、私たちの市民生活レベルで、見る場所はさまざまかもしれませんが、今後の排出削減取り組みを考えるうえで多いに参考になります。

これまで、IPCC第1作業部会報告書の役割は主に、将来の気温上昇予測の精度向上や、暮らしを守る適応策のための気象将来予測ということでしたが、新たに、緩和策、脱炭素・脱大気汚染をどう進めるべきかの指針を示すことが可能となった、緩和策や経済を扱う第3作業部会の報告書への橋渡しができた、という点で意義深いものです。

◆理解を深めるための参考資料

1)

過去30年間のメタンの大気中濃度と放出量の変化 〜化石燃料採掘と畜産業による人間活動が増加の原因に〜
http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20210129/

2)

分光学的手法を用いた観測によるアジア大気汚染の統合的理解の推進—2019年度堀内賞受賞記念講演—，金谷有剛，天気，67(9), 519-529 (2019)
https://doi.org/10.24761/tenki.67.9_519

3)

Thornhill, G.D. et al., 2021: Effective radiative forcing from emissions of reactive gases and aerosols – a multi-model comparison. Atmos. Chem. Phys., 21(2), 853–874, doi:10.5194/acp-21-853-2021.

4)

Lund, M.T. et al., 2020: A continued role of short-lived climate forcers under the Shared Socioeconomic Pathways. Earth System Dynamics, 11(4), 977–993, doi:10.5194/esd-11-977-2020.

◆IPCC AR6 WGI報告書出典：
Full report
IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J. B. R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.
AR6 Climate Change 2021: The Physical Science Basis（外部リンク）

Summary for Policymakers
IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J. B. R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.

Chapter 5
Josep G. Canadell, J. G., P. M.S. Monteiro, M. H. Costa, L. Cotrim da Cunha, P. M. Cox, A. V. Eliseev, S. Henson, M. Ishii, S. Jaccard, C. Koven, A. Lohila, P. K. Patra, S. Piao, J. Rogelj, S. Syampungani, S. Zaehle, K. Zickfeld, 2021, Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J. B. R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.

Chapter 6
Naik, V., S. Szopa, B. Adhikary, P. Artaxo, T. Berntsen, W. D. Collins, S. Fuzzi, L. Gallardo, A. Kiendler Scharr, Z. Klimont, H. Liao, N. Unger, P. Zanis, 2021, Short-Lived Climate Forcers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J. B. R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.

Chapter 7
Forster, P., T. Storelvmo, K. Armour, W. Collins, J. L. Dufresne, D. Frame, D. J. Lunt, T. Mauritsen, M. D. Palmer, M. Watanabe, M. Wild, H. Zhang, 2021, The Earth’s Energy Budget, Climate Feedbacks, and Climate Sensitivity. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J. B. R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.

©JAMSTEC, www.jamstec.go.jp