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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5話：大気汚染と地球温暖化の関わりはどこまでわかったか？

2021年12月24日

キーポイント

◆エアロゾル減少が昇温に働き、脱温暖化取組の妨げとなる状況は、新型コロナ感染症(COVID-19)蔓延防止のロックダウン時にすでに顕在化した。

◆エアロゾル・メタン・オゾンにHFC類を加えた物質群であるSLCFs（短寿命気候強制因子）は、どのシナリオでも合計すると今後は昇温に寄与するが、シナリオ間で差も大きい。1.5℃目標のために今後残された昇温幅(0.4℃程度)の圧迫要因となるため、残余カーボンバジェットの確保にはSLCFsの管理も重要である。

◆低排出シナリオでは、将来、地表付近のオゾン濃度やPM2.5濃度が減少するため、大気質改善・健康被害軽減にも結び付く。

◆大気組成の衛星観測や長期現場観測は、モデル評価や要因解析に重要な役割を果たす。今後は、森林火災の頻発化・永久凍土の融解などによる大気組成変化の可能性や、メタンの寿命を決めるOHラジカル濃度が維持されるかどうかなどの研究が必要。

第4話では、第6章のあらすじとして、CO₂増加に加えて、エアロゾルの減少が今後の昇温要因となること、メタンの排出やオゾンの濃度を下げることができれば、冷却効果が働き、エアロゾル減少による昇温を打消すことができることを示してきました。今回はそれらにまつわる重要な話として、「大気質」は気候変動とともにどうなるのか、観測のエビデンスはいかほどか、などについて触れます。そのうえで、第3話から今回までのストーリーを合わせて、残余カーボンバジェットに大気汚染物質が与える影響について述べます。最後に物質・生態系・人間・気候にまたがるフィードバックの理解と今後について、示します。

大気質はどうなる？新型コロナからの教訓と将来

2020年、予期せぬ形で新型コロナ感染症が世界的に蔓延し、社会経済活動が停滞しました。そのことがもたらした気候への影響を再現しようと、IPCC AR6では急遽、CovidMIPモデル間相互比較が実施されました。その詳細と主な結果はすでに「コロナ禍によるCO₂等排出量の減少が地球温暖化に与える影響は限定的」としたプレスリリース（2021年5月7日）でもお伝えしたところです。エッセンスとしては、CO₂の「排出」は2020年に約7%低下したが、大気中CO₂濃度はむしろ増加し続け、エアロゾル大気汚染は低下し、インド・デリーなどでも「青空」が広がり、「日傘効果」が失われ、これらが相まって、むしろわずかの昇温傾向が予測されたが、自然の変動に埋もれて世界平均気温に有意な差は認められなかった、という話でした。この事例から、今後2050年にカーボンニュートラルで必要となる排出削減や社会変容の度合がいかに大きなものであるかが実感できます。CO₂排出の減少が全くない場合を基準とすれば、わずかな昇温の鈍りはあったはずですが、それすらエアロゾルが打ち消すように働いたことも注目すべきポイントです。第4話では平時の話として、すでに始まったエアロゾル削減が今後の「避けられない昇温」をもたらす、と述べましたが、全く同じことがすでにコロナ期間に起きた、と見ることもできます。今後、観測からの評価検証が必要ですが、将来への教訓として生かすことが大事でしょう。

AR6の今回の第一作業部会報告書は、気候変動の評価がもちろん主眼ではあるものの、2100年までの大気質変化、つまり大気汚染物質の人間の健康への影響も重要とし、評価結果をまとめています。ここで大気質としては地表オゾンとPM_2.5が主眼です。オゾンは、成層圏にあれば有害な紫外線が地表に降り注ぐのを防いでくれる物質（成層圏オゾン層）ですが、身近にあると有毒です。夏の都市域などで「光化学スモッグ注意報」が出るときがありますが、光化学オキシダントはこのオゾンのことで、呼吸器に影響を与えます。PM_2.5は2013年ごろから日本でもニュースなどでよく聞くようになりました。2.5µm以下の大気中微粒子全てを指すもので、呼吸器や循環器に影響があります。全世界では、寿命を全うせずに死亡する方は、オゾンのせいで37万人、PM_2.5のせいで410万人（室内大気汚染を除く）にも上ると言われています。

図1は、将来シナリオ7種（基本5シナリオに、SSP3-7.0(高排出シナリオ)でメタン以外の短寿命気候強制因子を削減したシナリオSSP3-7.0lowSLCFhighCH₄、同SSP3-7.0でメタンを含む短寿命気候強制因子を削減したシナリオSSP3-7.0lowSLCFlowCH₄が追加されている）ごとに、2040年（左）または2100年（右）それぞれについて、2019年を基準とした昇温度と物質ごとの寄与（灰色はCO₂等全体、色はエアロゾル、メタン、オゾン、HFC類をハイライト）と、全球的な地表PM_2.5, 地表オゾンの減少度を合わせて示したものです。温度変化のグラフで黄緑色のオゾンの寄与がマイナス側に出るシナリオでは、オゾン濃度が削減されたためにそうした結果となっているわけですが、我々が呼吸する「地表」付近のオゾン濃度も確かに減少し、例えばSSP1-1.9, SSP1-2.6(非常に低い、低い排出シナリオ)では2040年に最大20%, 2100年には最大31%減少と予測されました。SSP3-7.0系列の3シナリオの比較から、オゾンの原料となるNOxなどの大気汚染物質の削減に加え、メタンの削減がオゾンの削減にも効果的なことが示されており（第4話も参照）、地表オゾンの濃度削減にとっても効果があります。

温度変化のグラフで紫色のエアロゾルが昇温側に大きく出ているシナリオは、基本的には冷却効果をもつエアロゾルが減少しているものであり、地表のPM_2.5レベルも大きく低下します。エアロゾルをほとんど作らないメタンはPM_2.5に違いは生みませんが、NOxや非メタン炭化水素、SO₂などの排出低下が原因で、SSP1-1.9, SSP1-2.6シナリオでは2100年に13%のPM_2.5減少が予測されています。

東アジアではSSP1-2.6シナリオでは、2019年から2100年に46ppbだったオゾン濃度が32ppbにまで下がり、PM_2.5は17µg m^-3が7µg m^-3に下がることが予測されています。WHOのガイドラインのレベルまでは下がらない（最近、オゾンは高濃度季節に約30ppb, PM2.5は年間平均で5µg m^-3まで推奨レベルが下がった）ですが、相乗効果として大きいものが期待されます。

モデルシミュレーションを支える観測

第6章でも、過去から現在までの観測によるエビデンスとモデル評価は重要です。AR6ではAR5に比べ、人工衛星による大気組成観測データの活用度が格段に増したことも特徴となっています。NOxの主要成分であるNO₂の対流圏カラム濃度（地上から対流圏界面まで鉛直積分したもの）の衛星計測は20年超となり、その間に欧米や日本では濃度低下が著しく、中国では2011年ごろ極大となりその後濃度低下、インドや中東では濃度上昇が続いていることもAR6で示されています(図2)。NOx自体は直接的な放射効果は弱く、オゾンや硝酸塩に化学変化してから放射収支に影響し、またメタンの寿命に間接的に影響を与える物質であるため、濃度自体よりは、濃度を排出量変化に結び付けて理解することのほうが重要です。ところが、濃度変化は、排出の変化以外にも気象場や化学反応の変動の影響も受けるため、それらの要因を切り分けて評価することが重要です。JAMSTECでは、各種気体の衛星観測データを大気化学輸送モデルへ「データ同化」するシステムを開発し、上記の要因を分離して、排出量の推移のみを取り出して評価してきました。その結果(Miyazaki et al., 2017、TCR-2データ同化セット)についても、今回のAR6では引用されました。

人工衛星で濃度を観測できない重要物質については、現場の長期観測が重要です。ブラックカーボン(BC)はその代表格で、大きな排出源である中国からの排出量変化を追った、長崎県・福江島での長期濃度変動の結果や、その評価から排出が減少に転じたことを明らかにした結果についても今回のAR6で引用されました（Kanaya et al., 2020; 表1）。

表1. (本編Table 6.6より) バックグラウンド観測点での地域別炭素性エアロゾルの濃度トレンドをまとめたもの。

Species	Analysis Period	Change/Trends	References
BC	1990–2009	Arctic Sites (Alert, Barrow, Ny Alesund) −2% yr−1	Sharma et al. (2013)
	1970–2010	Finland (Kevo remote site) −1.8% yr−1	Dutkiewicz et al. (2014)
	2005–2014	Germany (rural site) −2% yr−1	Kutzner et al. (2018)
	2009–2016	United Kingdom (Harwell rural site) −8% yr−1	Singh et al. (2018)
	2009–2019	Japan (Fukue Island) −5.8 ± 1.5% yr−1	Kanaya et al. (2020)
	2009–2015	India (Darjeeling mountain site) −5% yr−1	Sarkar et al. (2019)
OA	2001–2015	USA (IMPROVE sites east of 100°W) −2% yr−1	Malm et al. (2017)
Total Carbon (EC + OC)	1990–2010	USA (IMPROVE sites) Western USA: −4 to −5% yr−1 Eastern USA: −1 to −2% yr−1	Hand et al. (2013)
	2002–2010	Spain (Montseny rural site) −5% yr−1	Querol et al. (2013)

残余カーボンバジェットとSLCF

第4話図５では、エアロゾル・メタン・オゾン・HFCの合計(SLCF全体)で、2019年基準で2100年までの昇温幅は+0.1~0.8℃の昇温となることを示しましたが、このことが、社会が注目する「残余カーボンバジェット」（第3話参照）にどう関係しているか、考えてみましょう。図3はその模式図で、産業革命前からの世界平均気温の上昇度を1.5℃にとどめることを目標とすると、CO₂の累積排出量がその昇温幅に比例する量として決まります。1.5℃のうちすでに現在までに1.1℃近く上昇してしまっていますので、残りの0.4℃程度について取り扱うのが「残余カーボンバジェット」の考え方です。ただしこの部分すべてがCO₂を今後排出できる量とはなりません。その部分を、SLCFが圧迫する図式とみることができます。その圧迫具合が、シナリオによって異なるのです。たとえば、SLCF寄与分上限の0.8℃もあると、残り0.4℃だった上昇分はすでに吹き飛んでしまい、CO₂の今後の排出分は残りません。逆に、低排出シナリオにみられるように、SLCF寄与分が0.1~0.2℃程度で収まっていれば、CO₂の残余カーボンバジェットも確保できる、ということになります。したがって、パリ協定などの目標に際しても、SLCFをCO₂と合わせて管理してゆくことが重要、ということになるのです。

大気汚染・メタンの今後の研究で大事なポイントは？

図3では、黄色と赤の仕切りを示しましたが、その仕切りの位置は、モデルで考慮しているプロセス自体の不確かさや、考慮できていないプロセスの影響で大きく変わります。たとえば、森林火災が想定以上に頻発化して大気汚染物質の排出などが急増する、永久凍土の融解からのメタン放出が想定を超える、といった可能性について、今後の注視が必要です。オゾンは健康を損なうと書きましたが、植生にもダメージを与えます。その結果、光合成を阻害してCO₂吸収量を低下させ、間接的に温暖化をもたらすことになります。このメカニズムはAR5より前から指摘されていますが、研究の進展が乏しく、今回のAR6でも評価に至らず、「影響が大きいかもしれないが、信頼度は低い」、と記述されるにとどまりました。こうした自然と人間活動が相互に作用しあうようなプロセスについても、観測を含め、今後の評価が重要となっています。

メタンの消失項となる「OHラジカル」の濃度が今後も維持されるかどうかは、メタン削減策にとっても「生命線」です。OHラジカル濃度はこれまでの自然の変動や人間活動による放出に対し、大きく揺らぐことがなかったと考えられており、その維持メカニズムは「大気化学の奇跡」ともいうべきものです。それでも、最近の著しい人間活動からの排出変化（NOx濃度の上昇とCO濃度の低下）によって、1980-2014年の期間に、OH濃度に+9％の上昇があったともいわれています。ただ、別の評価の仕方（排出量は既知でありOHラジカルとの反応で専ら消失する「メチルクロロホルム」の濃度観測からOH濃度を推計する方法）では、もっと弱い変化しかないはずとされており、意見が割れています(JAMSTECからはPatra et al. (2021)が引用されている)。この違いの理由を明らかにし、将来のOHラジカル量をよりよく評価することが求められています。（図4）。

京都議定書以降、CO₂などの長寿命温室効果気体について、国別排出量報告が義務付けられていますが、AR7のサイクルでは、第４～5話で述べてきた、「大気汚染物質類」についても排出の報告を進めるため、方法論開発に取り組むこととなっています。観測から「リアルタイム」の情報として排出を評価し、将来の削減計画が効果的なものとなるようにすることも大事です。

◆理解を深めるための参考資料

1)

コロナ禍によるCO₂等排出量の減少が地球温暖化に与える影響は限定的
http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20210507/

2)

Miyazaki, K., Eskes, H., Sudo, K., Boersma, K. F., Bowman, K., and Kanaya, Y.: Decadal changes in global surface NOx emissions from multi-constituent satellite data assimilation, Atmos. Chem. Phys., 17, 807–837, https://doi.org/10.5194/acp-17-807-2017, 2017.

3)

Kanaya, Y., Yamaji, K., Miyakawa, T., Taketani, F., Zhu, C., Choi, Y., Komazaki, Y., Ikeda, K., Kondo, Y., and Klimont, Z.: Rapid reduction in black carbon emissions from China: evidence from 2009–2019 observations on Fukue Island, Japan, Atmos. Chem. Phys., 20, 6339–6356, https://doi.org/10.5194/acp-20-6339-2020, 2020.

4)

Patra, P. K., Krol, M. C., Prinn, R. G., Takigawa, M., Mühle, J., Montzka, S. A., et al.: Methyl chloroform continues to constrain the hydroxyl (OH) variability in the troposphere, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2020JD033862, https://doi.org/10.1029/2020JD033862, 2021.

5)

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, 2021.

◆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）

Technical Summary
Arias, P. A., N. Bellouin, E. Coppola, R. G. Jones, G. Krinner, J. Marotzke, V. Naik, M. D. Palmer, G-K. Plattner, J. Rogelj, M. Rojas, J. Sillmann, T. Storelvmo, P. W. Thorne, B. Trewin, K. Achuta Rao, B. Adhikary, R. P. Allan, K. Armour, G. Bala, R. Barimalala, S. Berger, J. G. Canadell, C. Cassou, A. Cherchi, W. Collins, W. D. Collins, S. L. Connors, S. Corti, F. Cruz, F. J. Dentener, C. Dereczynski, A. Di Luca, A. Diongue Niang, F. J. Doblas-Reyes, A. Dosio, H. Douville, F. Engelbrecht, V. Eyring, E. Fischer, P. Forster, B. Fox-Kemper, J. S. Fuglestvedt, J. C. Fyfe, N. P. Gillett, L. Goldfarb, I. Gorodetskaya, J. M. Gutierrez, R. Hamdi, E. Hawkins, H. T. Hewitt, P. Hope, A. S. Islam, C. Jones, D. S. Kaufman, R. E. Kopp, Y. Kosaka, J. Kossin, S. Krakovska, J-Y. Lee, J. Li, T. Mauritsen, T. K. Maycock, M. Meinshausen, S-K. Min, P. M. S. Monteiro, T. Ngo-Duc, F. Otto, I. Pinto, A. Pirani, K. Raghavan, R. Ranasinghe, A. C. Ruane, L. Ruiz, J-B. Sallée, B. H. Samset, S. Sathyendranath, S. I. Seneviratne, A. A. Sörensson, S. Szopa, I. Takayabu, A-M. Treguier, B. van den Hurk, R. Vautard, K. von Schuckmann, S. Zaehle, X. Zhang, K. Zickfeld, 2021, Technical Summary. 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.

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.

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