平成26年12月5日

宇宙航空研究開発機構
国立環境研究所
環境省

　温室効果ガス観測技術衛星「いぶき」（GOSAT）は、環境省、（独）国立環境研究所（NIES）及び（独）宇宙航空研究開発機構（JAXA）が共同で開発した、世界初の温室効果ガス観測専用の衛星です。二酸化炭素とメタンの濃度を宇宙から全球で均一に観測し、その吸収・排出量の推定精度を高めることを主目的にしており、さらに炭素循環の将来予測の高精度化への貢献を目指して、平成21年1月23日の打上げ以降、現在も観測を続けています。
　今般、平成21年6月から平成24年12月までの3年半に大都市等とその周辺で取得された「いぶき」データを解析した結果、世界の大都市等においてその周辺よりも二酸化炭素濃度が高い傾向が見られました。さらにその濃度差と化石燃料消費量データから算出した濃度差との間に正の相関があることから、「いぶき」は大都市等における化石燃料消費による二酸化炭素濃度の上昇を捉えている可能性が高いことが分かりました。
　今回の研究結果により、衛星で二酸化炭素濃度を観測することが、化石燃料による温室効果ガス排出（インベントリ）の監視ツールとして有効利用できる可能性があることがわかりました。
　今後は、衛星等による二酸化炭素等大規模排出源の監視に関する研究を進め、その成果の「いぶき」及び平成29年度打ち上げ予定の「いぶき後継機」（GOSAT-2）への応用を進める予定です。

　温室効果ガスである二酸化炭素（CO2）の大気中濃度は、人間活動の影響により産業革命前に比べて約1.4倍に増加しました。この人為起源CO2排出は、大規模な火力発電所や大都市における化石燃料消費が大きな原因であると考えられています。このため温室効果ガス排出量の監視に向け、これらの大規模発生源における人為起源CO2排出量を精度良く評価することが求められています。

　「いぶき」に搭載されている「温室効果ガス観測センサ」により観測されたCO2カラム平均濃度注釈ア（以下「CO2濃度」といいます。）データの精度は約0.5％（2ppm程度）であることが地上観測データとの比較により既に示されています。本研究では、平成21年6月から平成24年12月までの「いぶき」によるCO2濃度データを使用して、衛星観測から人為起源CO2排出によるCO2濃度上昇が検出できるか調べました。

　「いぶき」によるCO2濃度は、人為起源排出によるCO2だけではなく、植物の光合成による吸収と呼吸による排出や、森林火災による排出、海洋による吸収・排出を含むCO2濃度です。このため、「いぶき」によるCO2濃度と、人為起源CO2排出との関係を調べるためにはこれらの過程を考慮することが必要です。そこで本研究では以下の手順で「いぶき」による人為起源CO2濃度を求めました。

　はじめに、人工衛星から見た夜間の地球表面の明るさと火力発電所のデータベースに基づく化石燃料消費による人為起源CO2排出量データ（排出インベントリ注釈イ）と大気輸送モデルを用いて、人為起源CO2排出によるCO2濃度の時空間分布を推定します。つぎに、この推定結果をもとに「いぶき」によるCO2濃度データを人為起源CO2排出の影響を受けているデータ（図1上）と受けていないデータとに分類します。最後に、人為起源CO2排出の影響を受けていると判断されたデータとその周辺で影響を受けていないと判断されたデータの差の平均値を求め、更に森林火災やコンピュータシミュレーションで推定した植物の影響等を取り除いたものを「いぶき」による人為起源CO2濃度（図1下）としました。

　以上のようにして算出した「いぶき」による人為起源CO2濃度の全球分布等を図1に示します。

表1　図1中に示された「いぶき」により高濃度の人為起源CO2が観測された領域。（平成21年6月〜平成24年12月の間で25個以上「いぶき」データがあり、かつ人為起源CO2濃度が平均1ppm以上となるグリッドが、複数近接している領域を抽出した。）

　図1上より、人為起源CO2排出の影響を受けていると判断されたデータ（灰色の点）の多くは北半球に集中していること、特に大都市域等の周辺に多いこと等がわかります。
　また図1下、図2において特に人為起源CO2濃度の高かった領域を表1にまとめます。これらの領域は、人口が密集した、または火力発電、油・ガス田開発を含めた産業活動が盛んな領域と考えられます。

　次に、図1下に示す4つの領域（日本、東アジア、北アメリカ、全球）におけるインベントリ等による人為起源CO2濃度注釈ウと「いぶき」による人為起源CO2濃度との関係（過去3年半の平均値）を図3に示します。

　図3より

といったことが分かります。

　以上より、「いぶき」は大都市等における化石燃料消費によるCO2濃度の上昇を捉えている可能性が高いと言うことができます。

　ただし現時点では地上観測によって本研究の結果を検証することができていないこともあり、今回の結果にはまだ多くの不確実性が残されていることに注意が必要です。

　今回の結果より、「いぶき」や将来の衛星によるCO2濃度データを人為起源CO2排出（インベントリ）の監視注釈キに利用できる可能性も示されました。今後は衛星による人為起源CO2濃度の推定精度を高めるために、より高頻度・多数の衛星CO2濃度データの取得方法注釈クを検討するとともに、大規模排出源周辺での地上観測を行うなど人為起源排出量を衛星CO2濃度データから推定する手法を確立するための研究及び推定結果の実証に取り組む予定です。

地表面から大気上端までの乾燥空気に対するCO2分子の割合。現在は晴天域のみ算出されている。

ある期間内に特定の物質（大気汚染物質や有害化学物質など）がどこからどれくらい排出されたかを示す一覧表。温室効果ガスインベントリはその一種で、二酸化炭素など地球温暖化の原因となるガスの排出量や吸収量を、排出源・吸収源ごとに示すもの。

http://www-gio.nies.go.jp/faq/ans/outfaq1a-j.html

本研究では「インベントリ等による人為起源CO2濃度」の算出に、

を用いている。

本研究では「化石燃料によるCO2排出インベントリ」として、ODIAC（Open－source Data Inventory for Anthropogenic CO2）を利用している。ODIACは化石燃料によるCO2排出量は人工衛星から見た夜間の地球表面の明るさと火力発電所のデータベース注釈オから算出されているインベントリである。
Oda et al., Atmos. Chem. Phys., 11, 543-556, 2011

http://odiac.org

ODIACでは火力発電所のデータベースとしてCARMA（Carbon Monitoring for Action）を使用している。CARMAには全世界の60,000以上の火力発電所が登録されている。

http://www.carma.org/plant

本研究では「森林火災によるCO2排出インベントリ」として、GFAS（Global Fire Assimilation System）を使用している。GFASでは火災からの放射エネルギーを衛星から観測することにより、火災の範囲や強度、CO2の排出量等を推定している。 Kaiser et al., Biogeosciences, 9, 527-554, 2011

一例として『衛星による人為起源CO2濃度とインベントリ等による人為起源CO2濃度の差が衛星の誤差より大きい場合には、インベントリに問題が生じている可能性があるため、インベントリの内訳の精査を行なう』といったことが考えられる。

衛星CO2濃度データの数は「温室効果ガス観測センサ」の視野内への雲の混入に大きく左右される（「いぶき」では雲の混入のないデータは全データの10％程度。）ため、

といった方法が考えられる。