気象庁における温室効果ガス観測
Observations of greenhouse gases by Japan Meteorological Agency
澤

庸介

＊

Yousuke SAWA＊

気象庁 大気海洋部
Atmosphere and Ocean Department, Japan Meteorological Agency摘要気象庁では世界気象機関（World Meteorological Organization: WMO）
/全球大気監視（Global Atmosphere Watch: GAW）計画に基づき，温室効果ガスの変動を把握するため，世界の監視ネットワークの一環として温室効果ガスの観測及びこれに関わる業務を実施している。国内 3 地点（綾里（岩手県大船渡市），南鳥島（東京都小笠原村），
与那国島（沖縄県与那国町））において，地上付近の温室効果ガス濃度を観測しており，
海洋気象観測船では，日本周辺海域及び北西太平洋における洋上大気及び海水中の二酸化炭素等の観測を実施している。さらに，2011 年から北西太平洋において航空機による上空の温室効果ガス観測を行っている。気象庁は自ら観測を実施するだけでな
く，GAW 計画の中で国際的なセンター業務を担当しており，WMO 温室効果ガス世
界資料センター（World Date Centre for Greenhouse Gases: WDCGG），全球大気監
視較正センター（World Calibration Cntre:WCC），品質保証科学センター（Quality
Assurance/Science Activity Centre: QA/SAC）を運営し，観測データの品質を向上させる活動や，世界の温室効果ガス観測データの収集と提供を行っている。

キーワード：温室効果ガス観測，気象庁，世界気象機関，全球大気監視計画
Key words：observation of greenhouse gases, Japan Meteorological Agency,
World Meteorological Organization, global atmosphere watch programme

1．はじめに2021 年 8 月 に 気 候 変 動 に 関 す る 政 府 間 パ ネ ル（Intergovernmental Panel on Climate Change: IPCC）
第 6 次評価報告書第 1 作業部会報告書（自然科学的根拠）が公表された。この報告書の政策決定者向け
要約（Summary for Policymakers: SPM）冒 頭 で「人間の影響が大気，海洋及び陸域を温暖化させてきたことには疑う余地がない」と，地球温暖化が人間の影響で起きていることを初めて「疑う余地がない」と評価している。太陽の光は，地球の大気を通過し，地表面を暖める。暖まった地表面は，熱を赤外線として宇宙空間へ放射するが，大気がその熱の一部を吸収する。大気中で赤外線を吸収する性質を持
つ温室効果ガスが人間活動によって増加し温暖化をもたらしていると考えられている。主な温室効果ガ
スには二酸化炭素（CO2），メタン（CH4），一酸化二，フロンガスがある。温室効果ガスと地窒素（N2O）
球温暖化について専門的に知りたい方は中澤ほか（2015）
を，温室効果ガスの種類や特徴の一般的な解説については環境省「温室効果ガスインベントリの概要」（https://www.env.go.jp/earth/ondanka/ghgmrv/overview.html）や 気 象 庁「温 室 効果ガス Web
科学館」（https://ds.data.jma.go.jp/ghg/kanshi/info_
tour.html）等を参照していただきたい。
IPCC 第 6 次評価報告書で報告された 2019 年の大気中の温室効果ガス濃度は，CO2 で 410 ppm に達し
1750 年を基準とした工業化以前より約 47％増加している。CH4 及び N2O の濃度もそれぞれ 1,877 ppb
及び 332 ppb（いずれも WMO の解析値）に達し，工業化以前よりも大幅に増加している。
温室効果ガスの地球温暖化への過去・将来にわたる影響が評価されるようになってきたが，気候変動のメカニズムには科学的理解に至っていない部分も残されている。地球温暖化問題に対処するには，変動の兆候を早期に検出するとともに，変化を予測し，将来の影響を想定した対応をとる必要がある。
地球環境の変動理解のためには，地球規模の観測を必要な精度で統一的な基準を用いて長期的に実施
し，時期・場所の異なる観測で得られたデータを相互に利用できるようにする必要がある。このための仕組みの 1 つとして実施されているのが世界気象機

受付：2021 年 10 月 1 日，受理：2021 年 12 月 22 日＊
〒 105 - 8431 東京都港区虎ノ門 3 - 6 - 9，E-mail：yousuke.sawa-a@met.kishou.go.jp
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澤：気象庁における温室効果ガス観測

関（WMO）の全球大気監視（GAW）計画である。本稿では GAW 計画の中で実施されている気象庁の温室効果ガス観測と関連業務について紹介する。
2．気象庁の温室効果ガス観測開始とその背景
2.1 気象庁温室効果ガス観測の開始
気象庁は 1987 年 1 月，岩手県気仙郡三陸町綾里（現大船渡市）にある気象ロケット観測所（現大気環境観測所）において，大気中 CO2 濃度の連続観測を開始した。同観測所では WMO の進めていた大気バッ
クグランド汚染観測網（Background Air Pollution
Monitoring Network: BAPMoN）の 地 域 観 測 所 と して，降水・降下じんの化学成分，波長別直達日射計
による大気混濁度の観測を実施していたが，これにCO2 観測を加えて拡大地域観測所として BAPMoNの充実に貢献することになった（伊藤, 1987）。
綾里に続き，気象庁は 1993 年 3 月に南鳥島気象観測所（東京都小笠原村）において，BAPMoN 基準
観測所（現在の全球観測所に相当）を設置し大気中
CO2 濃度の観測を開始した。WMO は人為起源排出源からの影響を極めて受けにくい条件で CO2 等の観測を行う BAPMoN 基準観測所の設置を加盟国に要請していた。南鳥島は東京の南東約 1,860 km に位置する珊瑚礁でできた小さな島で，周囲に存在する
人為的な汚染源も極めて少ない。これらのことから
北西太平洋域の大気を代表する地点として南鳥島が選定され観測が開始された（城尾, 1993）。
その後，1997 年 1 月に沖縄県与那国島測候所（現与那国島特別地域気象観測所）において大気中温室
効果ガス観測を開始したのに加えて，2011 年 2 月には防衛省の協力のもと，航空機による日本の南東上
表1

空の温室効果ガスの観測を開始している。また，測定する温室効果ガスも CO2 だけでなく，CH4 やフロン類に拡大して現在に至っている。観測点の位置と地点ごとの観測項目について表 1 と図 1 に示す。
2.2 観測開始の国際的背景
気象庁が温室効果ガス観測を開始した背景には，
国際的な要請があった。気象，気候や海洋，地震・津波分野の現象は国境を越えて各国に影響を与える。このため，気象庁は，WMO 等の世界各国の関連機関と連携して業務を実施している。
WMO は 1947 年 9 月に採択された世界気象機関
条約に基づいて 1951 年に設立された国際連合の専門機関である。4 年ごとに条約加盟国の政府首席代
表で構成される世界気象会議によって，その運営方

図1

気象庁における温室効果ガスの観測網．

気象庁では，綾里，南鳥島及び与那国島の 3 地点で連続観測を実施しているほか，2 隻の海洋気象観測船（凌風丸，啓風丸）により洋上大気及び海水中の，航空機により上空の温室効果ガス観測を定期的に実施している．

気象庁における温室効果ガス等の観測項目．

観測所

綾里
南鳥島
与那国島
航空機観測
海洋気象観測船（大気環境 （南鳥島気象 （与那国島特別 （厚木航空基地 （凌風丸，啓風丸）観測所） 観測所）
地域気象観測所） －南鳥島間）

緯度39°02ʼN

24°17ʼN

24°28ʼN

約 25°
–34°
N

主な観測線
東経 137 度線 3°
N–34°N
東経 165 度線 5°S –35°N

経度

141°49ʼE

153°59ʼE

123°01ʼE

標高

260 m

7m

30 m

観測要 二酸化炭素
素/観 メタン
測開始
一酸化二窒素年月1987.1

1993.3

1997.1

2011.2

大気中 CO2 濃度

1991.1

1994.1

1998.1

2011.2

表面海水中 CO2 濃度

2011.2

全炭酸濃度

2011.2pH

1990.1

一酸化炭素

1991.1

1994.1

1998.1

地上オゾン

1990.1

1994.1

1997.1

航路上約 6 km
及び南鳥島上空

全アルカリ度

研究観測
1981–
凌風丸
1989–
啓風丸
2000–

クロロフルオロカーボ 1992.1
ン類（特定フロン類）
1,1,1- トリクロロエタン 1993.1
四塩化炭素
ハイドロフルオロカー
ボン類（代替フロン類）

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針が決定（決議）され，毎年の執行理事会において
WMO の事業計画，予算案などを決定する。世界気象会議の出席者は通常は各国気象機関の長が政府代
表として参加する。このため，決議事項には国家的な対応が求められる。
世界的に環境問題に対する関心が高まったことを受けて，WMO は 1970 年第 22 回執行委員会（現執行理事会）で国際的な環境に関する観測網である
BAPMoN 設立を加盟国に要請した。気象庁はこの要請に基づき 1975 年に綾里に地域観測所を設立し運用を開始した。
大気中の CO2 濃度の精密観測は米国スクリプス海洋研究所（Scipps Institution of Oceanography: SIO）のKeeling 博士らによって 1957 年に開始されていたが，その後観測データの蓄積と研究の進展により，大気中の CO2 濃度が全球的な規模で増加していること，今後も CO2 濃度が増加すると気温の上昇を招き，気候や生態系などの地球環境に悪影響を及ぼしかねないことが指摘されるようになった。これらを受 け て，1977 年 WMO 第 29 回 執 行 委 員 会 に お いて，WMO 事務局長は「WMO 大気中 CO2 の研究とモニタリング計画」を提案し，決議 15 として承認された。同決議は，人間活動による大気中 CO2 の増加が全球的な気候に及ぼす影響が十分考慮されるが，現状の知識は今後を予測するには不十分であるとし，そのため事務局長に対して CO2 問題についての詳細な計画の策定を求めた。また加盟国に対しては，CO2 観測所の設置や関連研究の推進を要望した。
1979 年 2 月にスイス・ジュネーブで開催された
第 1 回世界気候会議では，CO2 を始めとする人間活動による温室効果ガス排出の増加の気候に及ぼす影響を憂慮する宣言がなされた（片山, 1979）。
1979 年 4 月に開催された WMO 第 8 回総会では国連環境計画（United Nations Environment Programme:
UNEP）代 表 が，WMO 及 び 国 際 学 術 連 合 会 議（International Council of Scientific Unions: ICSU）と協力した大気 CO2 に関連した研究を提案した。これを受けて総会は，UNEP との協力事業を決議 15 に基づき実施するよう決定した。さらに，1980 年のWMO 第 32 回執行委員会では，第 1 回世界気候会議で採択された世界気候計画（World Climate Program:
WCP）についての討議において，CO2 に関する科学的観点からの評価の必要性が改めて指摘された。そして，WMO 加盟国が国ごとの基本計画を作り，積極的に WCP を推進することが要請された。特に，
CO2 の移流拡散と長距離輸送の機構解明のために海洋及び陸上の代表点で CO2 観測を至急実施することが求められた。
1985 年 10 月にオーストリアのフィルラッハにおいて UNEP，WMO，ICSU により共催された「大気微量成分の気候変動における役割の評価に関する国際会議」では，大気の放射収支に関与するガスや

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エーロゾル等の大気微量成分の研究は重要かつ緊急の課題であることが認識され，各国政府に対して，それらの観測及び研究を強力に助成することが勧告されている（伊藤, 1987）。
このように 1970 年代から 1980 年代にかけて，国際的に温室効果ガス観測の拡充が求められるように
なった。
2.3 温
 室効果ガス観測をめぐる日本国内・気象庁内の動き
世界的な流れを受けて，気象庁においても環境観測が必要であるとの認識が高まっていた。気象庁では WMO の要請に応じ，1973 年から 1975 年に 3 つの BAPMoN 地域観測所，1976 年以降に 1 つの基準観測所を設立することを計画し検討を始めた。1973
年度からは気象研究所が 4 か年計画で「気候に影響する大気汚染物質の測定法及びその監視のシステム化に関する研究」を実施し，基準観測所建設候補地
として 1975 年度に南鳥島，1976 年度に父島で予備観測を実施している（気象研究所地球規模大気汚染
特別研究班, 1978）。
1977 年の気象審議会答申第 11 号では，「気象災害にかかわる気候調査・研究体制整備の方針について」の中で，CO2 の調査研究を，また，「海洋観測システム整備とその成果利用促進の方針について」の中で，大気・海洋間の CO2 交換の解明等の推進が要請された。
これら要請と庁内の検討結果も踏まえ，気象庁は1977 年に，BAPMoN 基準観測所を 1979 年までに父島に設置する計画と WMO に対し意思表示した。しかしながらこの計画の実施に当たっては予算上，運営上の困難があり，1983 年になっても観測開始に至らなかった。
国際的に CO2 観測への要請が高まる中で，1983 年
3 月の気象審議会第 15 号答申「気象改変に関する長期的な対応について」では，気候に影響する大気中の微量成分の定常観測を強化すべきであることが指摘された。また，1983 年 10 月の衆議院行政改革に関する特別委員会では，気象庁の CO2 観測体制について質問がなされ，定常的な観測と研究の推進についても言及された。前年 1982 年の WMO 第 34 回執行委員会において，WMO 加盟国に対して BAPMoN
や他の CO2 観測所の整備等が勧告されたこともあり，気象庁として速やかに観測を始める必要性が高まっていたが，父島における観測開始の目途は立たないままであった。
このような情勢に対応するため，気象庁では庁内に CO2 観測に関する検討会を設け 1983 年 9 月から12 月にかけて計 4 回の会合を開催し，CO2 観測の具体案の検討を行った。検討会のまとめは，1984 年 1
月に開催された大気バックグランド汚染観測検討会で報告され承認されるとともに，3 月の庁議において以下のような基本方針が決定された。
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澤：気象庁における温室効果ガス観測1） 観測部（当時）では，大気バックグランド汚染の地域観測所として業務を実施している綾里において，大気中の CO2 濃度の測定を行う。
2） 海洋気象部（当時）では，主として東経 137 度線に沿う（気象庁が運用する）観測船凌風丸による定期的海洋観測時に，洋上大気中及び海洋表層のCO2 濃度の測定，並びに海洋の各層における海水中の CO2 濃度の測定を行う。
なお，海洋における CO2 測定については，気象研
究所地球化学研究部（当時）が所内一般研究「溶存ガスの大気・海洋交換の研究」で 1981 年から 1983 年の凌風丸冬季航海に乗船して CO2 測定を行っており
測定方法は確立されていた。
一方，大気 CO2 観測については，観測部測候課等における検討に加えて当時から世界的にも先進的な研究を実施していた東北大学理学部田中正之教授，
中澤高清博士（当時助手）の助言をいただいた。中澤先生からは 1983 年 6 月に「気象庁 BAPMoN station
において実施すべき二酸化炭素濃度の測定について」という詳細な 10 ページ以上に及ぶ手書きの解説資料をいただいている。また，田中先生には同年11 月に気象庁に来庁いただき CO2 観測に関するご助言と当時最終観測地点の候補となっていた綾里に対する評価をいただいた。
気象庁の検討会では綾里以外に，相川（新潟県），
江刺
（北海道）
，八丈島
（東京都）
，富士山，与那国島，南鳥島など多くの地点が候補に挙がっていたが，田中先生の助言も踏まえ，長期的資料を取得するのに適した地点を気象，地勢，運用から検討した結果，綾里での観測を開始することに決定された。
なお，1983 年 12 月には環境庁（大気保全局企画課，大気規制課）と気象庁（企画課長ほか）との CO2観測に関する話し合いがもたれ，気象庁が気候変動に関する監視として大気バックグランドの CO2 観測を行う計画であることを説明している。
2.4 現在の枠組み：GAW
現在の気象庁の CO2 観測を含む大気環境観測は主に GAW 計画の枠組みで実施されている。GAW 計
画 は 1970 年 代 以 前 の 2 つ の 長 期 監視 計 画 で あ る「全球オゾン観測システム（Global Ozone Observing」と BAPMoN を統合し，大気組成
System: GO3OS）
変化を取り扱う観測・監視，研究活動を広く包含した計画で 1989 年の WMO 第 41 回執行理事会において制定された。
GAW の目的は次のようになっている（堤, 2017）。
・ 大気中の化学成分及び特定の物理的特性について，地球規模の長期的な監視を継続的に実施する。
・ 品質保証及び品質管理に重点を置く。
・ 利用者に対し，関連する総合的な成果やサービスを提供する。
GAW の対象分野は，温室効果ガス，オゾン，紫外線，エーロゾル，反応性ガス，大気降下物（降水化学）の 6 つで，対象分野ごとに科学諮問部会（Scientific
Advisory Group: SAG）が組織され GAW の観測・解析に関する計画，技術的事項が検討されている（オゾンと紫外線の SAG は 2019 年に統合）。GAW の仕組みや現在の実施計画についての詳細は，堤（2017）を参考にして頂きたい。
GAW の目的は大気組成の変化の地球規模の長期的な観測と監視であるが，温室効果ガス分野では一般の気象と比較して困難な点がいくつかある。
1 つ目は観測網が地域的に偏在していることである。大気組成の観測は先進国を中心に実施され，発展途上国では観測が少ない。
2 つ目の特徴として，観測基準が必ずしも統一されていないことが挙げられる。温室効果ガスの測定では，標準ガスと呼ばれる濃度既知のガスとの比較による相対測定により濃度を求めている。こ（National Oceanic andの標準ガスは米国海洋大気庁
Atmospheric Administration: NOAA）や SIO，日本では東北大学，国立環境研究所などが独自に開発し維持してきた歴史があり，研究機関によっては WMOとは異なる基準を維持・運用している。
3 つ目の特徴は，観測データの品質差が大きいことである。温室効果ガスの測定には高い技術力を要し，装置の振る舞いや測定データの評価にも機器や現象に対する深い理解が必要である。観測場所によって，得られる観測データの変動特性も大きく異なり，目的によって適切なデータ選択・品質管理が必要となる。
4 つ目はデータの流通が限定的であることである。温室効果ガスの観測は研究観測として実施されることが多く，データの取得に多くの労力がかかっていること，微小な変化を検出するために標準ガス
濃度のドリフト等を評価しデータを確定するまでに多くの検討が必要なこと，観測データの取得が研究成果と密接に関わること等から，データがなか
なか公開されないことも多い。著者は気象庁入庁
時 WDCGG を運営する部署に配属されたが，当時
WDCGG へ提出されるデータは現在よりもかなり少なかった。このため，発足間もない WDCGG へのデータ提出を求めるため，当時のセンター長が温室効果ガス観測を実施している国内の研究機関にデータ提出を依頼して回る訪問に同行した経験があるが，自らが苦労して取得したデータを WDCGG
で一般に公開することに対して難色を示す研究者も一定数いたことを記憶している。現在はデータ公開
に対する理解も進んでいるが，温室効果ガスデータの流通は毎日専用回線で配信される気象データと比較するとかなり限定的である。
GAW ではこれらの問題を解決し，高品質で相互に比較可能な観測データを全球規模で取得しデータ流通を促進することを目指している。この目的のた

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め，温室効果ガス分野では，WMO から日本国政府
る。また，GAW では GAW を支援する協賛観測所への要請により 1990 年 10 月に WDCGG が気象庁とそれらからなる協賛ネットワーク（Contributingに設置され，世界の温室効果ガスデータを収集・公Network）も定義され協力を求めている。協賛観測
開することとなった（須田ほか, 2010）。また，GAW
所の条件は基本的には GAW 観測所と同様であるがで は 中 央 較 正 施 設（Central Calibration Laboratory:
一部条件が緩和されており，WMO 基準との関係がCCL）に指名された機関が WMO の基準となる標
明らかになっていれば良いこと，GAW のデータセ準ガスを維持・管理している。大気中 CO2 と CH4ンターではなく独自のデータセンターからの公開で濃度については NOAA/地球システム調査研究所
良いなど，観測機関の独自性が一定程度尊重されて（Earth System Research Laboratories: ESRL）がこのいる。
役割を担っている。CCL に加えて，地域的な較正
2.5 国際的枠組みの中での GAW の位置づけ
センターとして全球大気較正センター（WCC）が業
これまで記載したように GAW は WMO の中で気務を分担している。気象庁は 2002 年 3 月からアジ候変動に関わる重要な観測ネットワークとして位置
ア及び南西太平洋（WMO の第 II 地区及び第 V 地区） 付けられている。しかしながら，現在の地球観測はでの CH4 の較正センター業務を担当し，地区内での地球温暖化などの地球環境問題に対する国際的な取標準ガスの巡回比較実験等を実施している。また，組の広がりの中で，従来の気象分野を中心とした
GAW 計画では観測ネットワークのデータの品質を
WMO の守備範囲にとどまるものではなくなってき維持することを目的とした品質保証科学センターている。
（QA/SAC）が設置されている。気象庁は温室効果ガ
1992 年に全球気候監視システム（Global Climate
スの分野において 1995 年 10 月から，アジア及び南Observing System: GCOS）が 設 立 さ れ た。 こ れ は
西太平洋域の CO2，CH4 に関して，観測に対する助1990 年の第 2 回世界気候会議における世界気候計
言や支援を実施している。これらの活動を通じて，
画 WCP の強化策の提言を受けて設立されたもの
各観測所で得られるデータのばらつきを抑え，世界で，WMO と政府間海洋学委員会（Intergovernmental
的に高精度で比較可能な観測を維持するための活動
Oceanographic Commission: IOC）
，UNEP，ICSU がを行っている。
支援機関となっている。その目的は地球規模の気候
GAW の観測所は観測環境に応じたカテゴリー化
観測の状況を定期的に評価し，様々な観測システムがなされている。全球観測所（Global Station）
は局所やネットワークを国際的に調整することである。こ的な汚染源からの有意な影響が永続的にないと評価
れにより GCOS は気候システムの観測に関する包された地点で，2021 年 3 月，現在世界で 30 地点あ括的情報を提供することを目指している。GCOS はり，南鳥島はその 1 つである。地域観測所（Regional
大気，海洋，陸面の 3 つのパネル（分野）から構成
さ れ， 大 気 パ ネ ル は 地 表（GCOS Surface Network:
Station）は，測定項目について，地域を代表し，重GSN），上層（GCOS Upper-Air Network: GUAN），放
大な局所的な汚染源の影響を受けないか，少なくと射（Baseline Surface Radiation Network: BSRN）， 大
も汚染源の影響のない気塊を頻繁に観測する地点
気化学成分から構成されており，GAW は大気化学で，綾里と与那国島は地域観測所となっている。全
成分の基準ネットワークとして位置付けられてい球観測所と地域観測所として認定されるためには，る。GCOS は気候変動に関する国際連合枠組条約
立地以外に観測項目数，適切な品質管理の実施と監査の受け入れ，内部トレーサビリティ及び WMO 基 （United Nations Framework Convention on Climate
Change: UNFCCC）の 2005 年第 11 回締約国会議（the
準へのトレーサビリティの確保，WMO のデータセ
11th Conference of the Parties: COP11）で UNFCCC
ンターへの速やかなデータ提出，気象要素（気温，の組織的観測を推進するものとされた（気候変動枠
気圧，風向風速等）の観測等の要件がある。清浄大組条約第 5 条 研究及び組織的観測）。これを受け
気の観測を目的とした全球観測所と地域観測所に加て 翌 2006 年 に 結 ば れ た GCOS-GAW Agreement にえて，最近になって局地観測所（Local Station）とい
よって GAW は GCOS 実施計画の大気化学成分を担うカテゴリーが追加された（WMO, 2017）。これは，当することとなった。したがって，GAW は，気候
都市環境や都市近隣の排出源の影響を評価する研究
変動に関する国際的な取組の中で大気化学成分の組やサービスへの関心の高まりを反映している。ま
織的観測を担っていることになる。
た，地上観測所以外の航空機や船舶による観測は移動体観測所（Mobile Station）として位置付けられて
3．観測結果おり，気象庁が実施する船舶観測，航空機観測も登録されている。
ここでは，気象庁の温室効果ガス観測の主な結果
GAW には各国の気象機関以外が運営する観測もを紹介する。気象庁の観測データは気象庁 HP（大多く登録されている。国内では，国立環境研究所等
気・海洋環境観測年報（気象庁, 2021a）等）で公開さの研究機関，東北大学等の大学，埼玉県等の地方自れており，より詳しい観測成果は気象庁等の刊行物
治体のデータが WDCGG に提出され公開されてい7

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澤：気象庁における温室効果ガス観測（気候変動監視レポート（気象庁, 2021b），気象業務
はいま（気象庁, 2021c），日本の気候変動 2020（文部科学省・気象庁（2020）））等にも掲載されているので，これらも参照いただきたい。
3.1 地上における CO2 濃度観測
気象庁地上観測点における CO2 濃度は，植物や土壌微生物の活動の影響による季節変動を繰り返しながら増加し続けている（図 2）。観測点の中で最も高緯度に位置する綾里では，季節変動が最も大きくなっている。これは，北半球では，中高緯度の陸上
生物圏の活動の季節変動が大きいことを反映している。また，与那国島と南鳥島はほぼ同じ緯度帯にあるものの与那国島の濃度が高く，季節変動の振幅も大きい。これは，与那国島がアジア大陸に近く，秋から春にかけて人間活動や植物及び土壌微生物の活動により CO2 濃度が高くなった大陸の大気の影響を強く受けるためである。2020 年の年平均濃度は，綾里で 416.3 ppm，南鳥島で 414.5 ppm，与那国島では417.2 ppm となった
（いずれも暫定値）。各地点におけ る 2019 年 か ら の 増 加 量 は 2.3～2.4 ppm/年 で あり，これは最近 10 年間の平均年増加量と同程度である。新型コロナウイルス感染拡大に伴う移動制限措置等により，2020 年の人為起源の CO2 排出量は，
2019 年と比較し 7％程度減少したことが報告されているが，大気中の CO2 濃度は増加が続いており，短期的に年々の自然変動と区別することは困難である（WMO, 2020）。
CO2 濃度の年増加量は一定ではなく年々変動がみられる（図 2b）。年増加量が大きくなる時期はエル
ニーニョ現象の発生時期に対応しており，このような対応は日本に限らず多くの観測地点で認められる。これは，エルニーニョ現象がもたらす熱帯域を中心とした高温と少雨により植物の呼吸や土壌有機物分解作用の強化及び光合成活動の抑制が生じ，陸上生物圏からの大気への CO2 放出が強まるためである（Keeling et al., 1995; Dettinger and Ghil, 1998）。特に 1997 から 1998 年に発生した大規模なエルニー
ニョ現象に対応して CO2 濃度は 3 地点とも大きく増加している。最近では 2014 年夏～2016 年春にかけて発生したエルニーニョ現象に続いて，CO2 濃度が大きく増加した。興味深いのは，3 地点の CO2 の濃度絶対値や季節変化の振幅には違いがあるにも関わらず，増加速度は 3 地点ともよく似た年々変動を示していることである。このことは，CO2 濃度の年々変動が大きな時空間スケールを持っており，かつ 3地点における観測データの空間代表性が高いことを示している。一方で，2009 年から 2010 年にかけての CO2 増加速度は綾里で 4 ppm/年を超えているが，与那国島ではそれよりも増加速度が小さく，南鳥島
では更に小さく最大 3 ppm/年となっている。これらの増加速度の違いは，アジア大陸等のやや小さなスケールでの CO2 吸収・排出量の変化を反映していると考えられる。
なお，数年スケールの年々変動に隠れているが，3 地点における CO2 濃度の増加速度は長期的に増加傾向にある。これは，過去数十年にわたって化石燃料消費が加速度的に増大していることを反映しており，同様の結果は NOAA/ESRL 等の全球的な解析結果でも得られている。
3.2 地上における CH4 濃度観測
図 3 に気象庁 3 地点における CH4 濃度時系列を示す。CH4 濃度は冬季に濃度が高く夏季に低い季節変化を示す。これは，夏季には水蒸気濃度が高く紫外線が強くなることにより OH ラジカルが増加し，これと反応することで CH4 が消滅するためである。3地点の濃度は，綾里が最も高濃度で季節振幅が大きく，ほぼ同じ緯度帯にある南鳥島，与那国島では，夏季は同程度の濃度だが，冬季は与那国島の方が高濃度である。これは，放出源が多く存在するアジア
大陸からの影響が緯度や大陸からの距離によって異二酸化炭素月平均濃度
（ppm）

（a）

（b）

図2

綾里，南鳥島及び与那国島における大気中 CO2 の（a）月平均濃度と（b）濃度年増加量の経年変化．

濃度年増加量は，季節変動成分を除いた月別値から，各月の増加量を 1 年あたりに換算して求めている．算出方法は WMO（2009）
による．

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なること，OH ラジカルが豊富な低緯度の海洋性気団の影響が観測点や季節によって異なるためと考えられる。3 地点の CH4 濃度は，2000 年代前半には濃度増加がほとんど見られないが，2007 年頃から再び増加している。WDCGG が収集している世界の CH4濃度の解析結果でも同様の傾向が認められている。
2007 年以降の増加については，熱帯の湿地及び北半
球中緯度での人為起源による排出が寄与していると考えられている（WMO, 2020）。
3 地点の CH4 の増加速度は，CO2 の増加速度に比
べて地点間のばらつきが大きい。CH4 は，化石燃料
燃焼・採掘，畜産，稲作，埋め立て，湿地，シロア
リなど多様な排出源の影響を受けるため，これらの地域的な影響を反映して濃度の違いが生じていると考えられる。CH4 は分子あたりの放射強制力が大き
く，大気中寿命が CO2 よりも短いことから，排出を削減すれば CO2 よりも早くその効果が表れると期待されている。しかしながら，多様な排出源の個々の排出量見積もりには大きな不確かさがあり，CH4 濃度の変化を監視するために観測を継続することが必要である。
3.3 上空の温室効果ガス観測
気象庁は防衛省の協力の下，2011 年から厚木航空

3 – 12（2021）

機（神奈川県綾瀬市）– 南鳥島間の輸送機において，
北緯約 34 度 –25 度の航路上で水平飛行中の上空約
6 km 及び南鳥島降下中の異なる高度で温室効果ガ（Tsuboi et al.,
ス濃度の観測を月に 1 回行っている2013）。図 4 に水平飛行中に採取した大気中の CO2濃度を示す。また，南鳥島の地上で観測した濃度の月平均値を赤点で示す。上空の CO2 濃度は，地上における観測値と同様に年々増加している。ただし，南鳥島の地上及び航路上で観測された上空約 6 km
での観測値から季節変動を取り除いて比較すると，平均的には上空の濃度が地上の濃度よりも低い。南鳥島上空の鉛直分布を解析すると，冬から春にかけては上空に向かうほど濃度が低くなる傾向がある
が，夏季には鉛直的な差は小さくなる。これらの結果は，大陸域において陸上生物圏の影響を受けた地
上付近の大気が南鳥島の地上や上空まで輸送されていること，また，その輸送の様相が季節や高度によって異なることを示している。冬から春にかけて
上空ほど濃度が低くなり，夏に鉛直方向の濃度勾配が緩やかになる傾向は，東北大学の航空機観測の結果（Tanaka et al., 1987）やチャーター機や民間航空機を利用した鉛直分布の観測でも同様に得られている（Machida et al., 2008; Sasakawa et al., 2013; Sweeney

（a）

（b）

図3

綾里，南鳥島及び与那国島における大気中の CH4 の（a）月平均濃度と（b）濃度年増加量の経年変化．

図4

厚木航空基地－南鳥島間の航空機観測による水平飛行時（高度約 6 km）に採取した大気中（黒点）とその平均値（青点）及び南鳥島の地上における月平均 CO2 濃度（赤点）．
の CO2 濃度

青破線及び赤破線は，上空及び地上の各平均値からそれぞれの季節変動を取り除いた成分を示す．

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et al., 2015）
が，対流圏中層における温室効果ガスの定期的な観測は少なく，上空の観測データは，アジ
ア大陸における吸収・排出量の季節的な変化や輸送を評価する上で極めて貴重である（Niwa et al., 2014）。
3.4 海洋の観測
気象庁における海洋の CO2 観測は，1981 年に気象研究所の研究観測として始まり，1989 年から凌風丸で，2000 年から啓風丸（両船とも気象庁が保有する観測船）で定期的な観測が開始された。2010 年には，当時神戸海洋気象台に所属していた啓風丸を本庁に移管するとともに，両船の化学物質の分析装置
や海水を採取する採水装置を更新して，北西太平洋域で海水中の CO2 関連要素の高精度・高密度の観測を開始した。
現在気象庁では，表面海水中及び大気中の CO2 濃度と海水中の CO2 に関連する 3 つの要素（全炭酸濃度，pH，全アルカリ度）を観測している。これらの
うち，表面海水中及び大気中の CO2 濃度の観測は，観測船の航行中に連続して，そのほかの 3 つの要素については，観測船を留めて多筒採水器を用いて決められた深度の海水を採取し，船内の実験室で分析している。
図 5 に，東経 137 度線における表面海水中と大気
中 CO2 分圧の長期変化を示す。気象庁が観測した北西太平洋（東経 137 度線上の北緯 3–34 度）の表面海
水中及び大気中 CO2 分圧は，全ての緯度帯において増加し続けている。東経 137 度線における 1985 年
から 2020 年までの 36 年間で表面海水中の CO2 分圧
は 平 均 1.8 µ atm/年（1.5–2.1 µ atm/年 ）の 割 合 で，また，大気中の CO2 分圧は平均 1.8 µ atm/年（1.8–2.0 µ atm/年）の割合で増加している。東経 165 度線
でもほぼ同様の増加傾向が認められている。亜熱帯図5

東 経 137 度線における表面海水中と大気中 CO2
分圧の長期変化．

表面海水中の CO2 分圧の観測値（●）及び解析によって得られた推定値（細線）と長期変化傾向（破線）並びに大気中
CO2 分圧（灰色の実線）を示す．

域においては，表面海水中の CO2 分圧は，夏季に高く，冬季に低いという季節変動をしており，その変動幅は東経 137 度線，東経 165 度線ともに緯度が高いほど大きくなるという特徴がある。それに対して
大気中の CO2 分圧の季節変動は小さく，夏季以外には表面海水中の CO2 分圧が大気中の CO2 分圧を下回るため，一年を通じて平均すると海洋が大気中のCO2 を吸収している。一方，熱帯域においては，ほぼ一年を通じて表面海水中の CO2 分圧が大気中のCO2 分圧を上回るため，海洋が大気に CO2 を放出している（Ishii et al., 2009）。
4．解析成果，観測データの利用
気象庁は 1980 年代から温室効果ガス観測を実施
し，データを積み重ねてきた。観測データは気象庁
HP や WDCGG を通じて公開され，WDCGG での全球解析値に利用されている。IPCC の第 6 次報告書
では，SIO，NOAA の解析値に加えて WDCGG の解析値が WMO の値として掲載されている。気象庁の観測結果は気象庁刊行物等で公表されるとともに，毎年春に前年の濃度変化傾向について報道発表を行
い，温室効果ガスに関する情報提供を行ってきた。
また，気象庁は国内外の観測データと合わせて大気輸送モデルを用いた解析を行い，CO2 濃度の全球三次元分布「二酸化炭素分布情報」を 2009 年から公表している（池上ほか, 2009）。また，観測データは気象庁内の利用だけではなく，温室効果ガス観測技
術衛星 GOSAT 等の人工衛星データの検証や地域規
模の温室効果ガスの循環研究の基礎データとして広く利用されている（Shim et al., 2013; Patra et al., 2016;
Ciais et al., 2019）。観測地点が東アジア域の下流に位置することから，気象庁の観測データは大陸起源の温室効果ガスの収支を評価する上で有効であることが示されている（Suntharalingam et al., 2003; Niwa
et al., 2014）。
海洋観測についても，これまでに蓄積された国内外の海洋観測データから，表面海水中の CO2 濃度と水温・塩分・クロロフィル濃度との間には，海域や季節によってそれぞれ特徴の異なる相関関係がある
ことがわかってきた。気象庁では，この相関関係を利用して，全海洋の表面海水中の CO2 濃度を推定
し，CO2 の吸収・放出を解析して公表している（Iidaet al., 2020）。海洋には大気から CO2 を吸収する海域と，大気に CO2 を放出する海域が存在するが，海洋全体で平均すると海洋は大気から CO2 を吸収している。しかし，将来地球温暖化が進行すると，海洋のCO2 吸収能力が低下することが予測されている。このため，気候変動の将来予測にも海洋 CO2 吸収の変動を捉えることが重要になっている。

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5．今後の課題2018 年に制定された「地球温暖化対策の推進に関する法律」第三条では，「国は，大気中における温室効果ガスの濃度変化の状況並びにこれに関連する
気候の変動及び生態系の状況を把握するための観測及び監視を行うとともに，総合的かつ計画的な地球温暖化対策を策定し，及び実施するものとする」とされている。2015 年の UNFCCC 第 21 回締約国会
議（COP21）で採択されたパリ協定の成立を受けて，2018 年 11 月の科学技術・学術審議会研究計画・評価分科会地球観測推進部会の「パリ協定を踏まえた
気候変動対策に貢献する温室効果ガス観測及びデー
タ利活用」では，温室効果ガスの排出量・吸収量を推定し気候変動対策に貢献するために数年から数十年にわたる観測が不可欠とされ，国内外の様々な枠
組下で長期継続的に実施されている観測の維持が求められている。また，「パリ協定に基づく成長戦略としての長期戦略（2019 年 6 月閣議決定）」では，「温室効果ガス，気候変動及びその影響等を把握するための総合的な観測・監視を引き続き進めていく」とされている。
気象庁の温室効果ガス観測開始から 30 年以上が経過した。この間，気象庁は北西太平洋域において貴重な長期観測データを提供してきた。一方で，温室効果ガス観測は気象庁だけが実施しているものではなく，国立環境研究所や産業技術総合研究所，東北大学なども国内に限らず長期系統的な観測を実施している。2015 年の第 6 期地球観測推進部会「今後10 年の我が国の地球観測の実施方針」では，「地球環境の現状を正確に記録することで，過去から現在に至る変化過程の把握，将来予測のための初期値の設定など，多様な課題解決に至る基礎的な情報が得られることから，そのための観測を強化する必要がある」とされている一方，「予算及び人的資源等に限りがある中，必要な観測体制を維持し，継続的に観測データを取得していくためには，地球観測を実施する機関が中心となってそれぞれの観測の目的を明らかにしつつ，既存の観測項目の必要性や課題解決への貢献度の評価と新たな観測項目の洗い出し等を実施し，今後，我が国が長期継続すべき観測項目を特定することを検討すべきである」との課題も指摘されている。さらに，「重要度の高い定常的観測
項目は，関係府省・機関の業務観測の 1 つとして実施する等の長期継続性を確保する方策を検討すべきである」とされている。温室効果ガスの観測は，現在でも高い技術力を必要とし，研究観測が大きな割合を占めているが，気象庁が業務観測の 1 つとして長期継続性を確保することは引き続き重要である。
気象庁の温室効果ガス観測業務がこれまで継続してこられたのは，庁内関係者はもとより，庁外の専門の先生方のご支援があってこそのものである。今3 – 12（2021）

後も国内・国際的枠組の中で必要な責務を果たせる
よう変わらぬ支援をお願いしたい。
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澤庸介／Yousuke SAWA

気象庁大気海洋部環境・海洋気象課全球大気監視調整官。
東北大学理学部卒業。
東北大学大学院理学研究科博士課程前期
2 年 の 課 程 修 了。1994 年気象庁入庁，
WDCGG におけるデータ処理業務に従事。1997 年気象研究所に異動。航空機，
富士山測候所や地上観測所における温室効果ガスと関連物質の観測研究に参加。2019 年に気象庁本庁に異動となり全球
大気監視調整官を拝命。博士（理学），気象予報士。

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