地球温暖化の科学的知見と電気事業への影響
2-1 科学的知見
2-1-1

GHG排出量と気温上昇の関係 ・・・・・・・・・・・・・・・・・10

2-1-2

長期目標の科学的根拠 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・17

コラム 1：地球システムモデル ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・28
コラム２：海洋生態系モデル ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・29
コラム３：海洋酸性化 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・30

2-2 電気事業への影響
2-2-1

概説 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・31

2-2-2

影響評価のための詳細な気候予測情報 ・・・・・・・・・・・・・32

2-2-3

電力設備への影響と対策 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・40

コラム4：日本の過去の気象場の再現・・・・・・・・・・・・・・・・・45

コラム5：地球温暖化と生物多様性条約

・・・・・・・・・・・・・・・・46

コラム6：付着生物

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・47

第２章

第2章

2-1 科学的知見

FAR, SAR, TAR, AR4, AR5）で表記する。IPCC には第２章

三つの作業部会（WG1, WG2, WG3）があり、それぞれ
地 球 温 暖 化 の 対 策 は、CO2 等 の 温 室 効 果 ガ ス

気候科学、影響・適応、緩和の分野を扱っている。

（greenhouse gas: GHG）の排出を減らす施策と、変化

なお、UNFCCC や IPCC の名称に含まれる「climate

しつつある気候に適応するための施策がある。前者はchange」は「気候変動」と訳されるが、その意味する

緩和策と呼ばれ、21 世紀中およびそれ以降も見通して、ところは気候の平均状態や変動特性の変化である。ここ

長期的に取り組むべき課題である。後者は適応策と呼ばでは、その原意を踏まえ、「climate variability」（気候

れ、近未来に予想される不可避の気候変化への対策としの平均状態や各種統計量の変動）と区別するために、「気て言及されることが多い。

候変化」を「climate change」の意味で用いる。

どのような緩和策をいつ頃から実施するかは、関連する技術開発の動向を考慮しつつ、費用対効果の点から検2-1-1 GHG 排出量と気温上昇の関係

討されるべき課題である。その際、気候変化が大きくなると、有効な適応策が限られ、そのための費用も増すこ⑴ 気候予測の不確実性と、および気候変化の影響の度合いとその変化に適応す

気候安定化の目標となる GHG 濃度レベルや気温上る能力が、地域によって大きく異なることに留意する必昇の上限については大きな不確実性がある。ここでは、要がある。したがって、緩和策と適応策は総合的に検討

CO2 排出量と気温上昇の関係を定量化する指標に注目しすべき課題である。

て、目標を大きく左右する不確実性の問題を述べる。

本章では、緩和策の前提となる将来の気候変化とその影響への適応に関する科学知見を述べる。
緩 和 策 は、 国 連 の 気 候 変 動 枠 組 み 条 約（United
Nations Framework Convention on Climate Change:

GHG やその他の気候変化要因は、放射強制力と呼ばれる指標で定量化される。放射強制力は、注目する要因で生じる放射的な外力のことであり、地球のエネルギー平衡における正味の変化を W/m2 の単位で表す。

UNFCCC）の下、人為的な気候変化の危険な影響が生

大気中の CO2 濃度の変化については、その放射強制じないよう、大気中の温室効果ガス（greenhouse gas:力（F CO2）が濃度の対数にほぼ比例することが知られてGHG）濃度を安定化することが目標とされる。この安おり、次の近似式（3）が標準的に使われる。

定化目標の目安としてしばしば言及されるのが、工業化前（1750 年頃）を基準とする気温上昇を世界全体の平FCO2 = 5.35ln（C/C0）（ 2 - 1- 1）

均で 2℃以下に抑える目標である。ただし、地球温暖化

ここで、C は CO2 濃度、C 0 は基準となる工業化前の濃の科学には様々な不確実性があり、2℃目標の根拠は必度（約 280 ppm、AR5 では 278 ppm）である。この式

ずしも明確ではない。したがって、適応策も含めた地球を使うと、CO2 とそれ以外の放射強制力の合計に対応す

温暖化対策の議論では、常に不確実な情報に基づく意思

る等価 CO2 濃度（C eq）が次式で表される。

決定が求められる。ただし、科学知見も年を追う毎に充実しており、地球温暖化対策の意思決定に最新の知見を柔軟に反映させる必要がある。

Ceq = Cexp（ Fother / 5.35）（ 2 - 1 - 2）

ここで、C other は CO2 以外の放射強制力である。通常、

このような観点から、当研究所では、適切な緩和目標

GHG 濃度と呼ばれるのは、この式に基づく等価 CO2 濃の立案に資するために、独自のモデル研究を実施する傍度であり、単位は ppm CO2eq、あるいは ppm eq のよら、IPCC の評価報告書を始めとする多岐にわたる科学

うに表記される。

知見を総合的に俯瞰して、最新の情報を整理・分析して
（1）
（2）
,

いる

放射強制力が濃度の対数に比例することから、気温上。ここでは、これまでの当研究所のモデル研究

昇も濃度の対数に比例すると考えられる。この関係をと情報分析を踏まえて、緩和目標の観点で鍵となる科学

図 2-1-1 に示す。濃度の単位 ppm は体積比（モル混合

知見を解説する。以下、
IPCC の評価報告書（Assessment比）で百万分の一を表し、1 ppm の CO2 濃度の増加はReport）は、慣例にしたがって略称（第 1 次 - 第 5 次 :大気中の炭素の質量が 2.12 GtC 増加することに相当す10る。この場合、平衡時の気温上昇が 2℃となる濃度レベ定値が約 3℃と評価され、450 ppm 程度が 2℃目標に対応する濃度レベルとして注目された。ところが、気候感度の不確実性は非常に大きく、可能性が高い（66% 超の確率）と評価された範囲は、表 2-1-1 に示すように、
AR4 では 2℃から 4.5℃、AR5 では 1.5℃から 4.5℃におよぶ。すなわち、図 2-1-1 の温度の目盛は、不確実性の幅が 1/3 ないし 1/2 から 1.5 倍におよぶことになる。
この不確実性の幅は、実際のところ、過去 30 年以上
図2-1-1の間ほとんど変わっていない。気候感度に関係するのは、CO2濃度と気温上昇の関係

雲などの変化が気温変化を増幅あるいは減衰するフィーる。ここで、GtC は CO2 の C（炭素）のみの質量で 10ドバックと呼ばれるはたらきである（8）。個々のフィード

億トンを表し、CO2 全体の質量はその 3.67 倍（分子量バック過程の理解は着実に進んでおり、AR5 では、不の比 44/12）である。図 2-1-1 の上側の横軸には、濃度確実性の大部分が低層の雲のはたらきによることが特定の増加に対応する大気中の炭素の増分を示している。排されているが、気候感度の幅を狭めるのは依然として難出された CO2 のうち大気に残る割合がわかれば、排出しいようである。過渡応答の大きさについては、気候の（4）

量と濃度の増分が対応づけられる。WG1 AR5 によるフィードバックの他に、海洋の熱吸収が関係する。ECSと、この大気残留率は現在のところ 40% 強と推定されに対する TCR の比率は、次項で述べる気候モデル計算ている。最近の世界全体の CO2 排出量は年間 10 GtC 程から 0.6 程度と見込まれるが、この値もモデルによって（5）度であり 、1 年当たり 2 ppm 程度の増加率に対応する。
（6）

2013 年の年平均 CO2 濃度は 396.0 ppm であり 、2015

ばらつきがある。図 2-1-1 で仮定した 1.8℃は多数のモデルの平均である。

年頃には 400 ppm に達すると予想される。ただし、大AR5 の気候感度の評価では、ECS の最良推定値が示

気残留率は様々な要因で変化し、不確実性も大きい。なされなかったことと、不確実性の幅が低い方に若干広お、CO2 以外の GHG の排出量を地球温暖化係数（global

がったことが注目される。気候感度の値は、基本的にはwarming potential: GWP）で CO2 相当量に換算したも気候モデルで評価されるが、様々な観測情報から推定のは、ここで述べた濃度・質量換算や大気残留率の考えする方法もある。AR5 で改訂されたところは、観測情方には合致しない。

報に基づく推定で低めの値が報告された（9）ことが関係す

気温上昇と放射強制力の比は気候感度パラメータと2る。この推定は、気温変化とその変化の原因となる放射呼ばれ、特に、濃度倍増の放射強制力（3.7 W/m 程度）

強制力の比率を観測情報から求めるものである。ただし、に対する気温上昇は気候感度と呼ばれる。放射強制力に

この推定には少なからず誤差があり、僅かな見積もりの対する気温の応答は、熱容量の大きい海洋のはたらきに違いで結果が大きく変わる。特に、化石燃料の燃焼など

よって遅れが生じる。このため、気候感度は、気温上昇に伴って大気中に放出されるエアロゾル（微小粒子）のが一定となる平衡状態と、変化が続いている過渡状態で放射強制力が大きな不確実要因である。

区別され、それぞれ平衡気候感度（equilibrium climate

様々な気候変化要因について、AR5 で評価された

sensitivity: ECS）
、 お よ び 過 渡 的 気 候 応 答（transient

2011 年時点の放射強制力（1750 年基準）を図 2-1-2 にclimate response: TCR） と 呼 ば れ る。TCR は、 大 気示す。CO2 濃度の変化による放射強制力は 1.82［1.46–

CO2 濃度が年率 1% で増加して 2 倍に達する 70 年目の2.18］W/m2（［ ］内は 90% 信頼区間）、CH4、N2O、ハ

気温上昇と定義されている。

ロカーボン類を加えた長寿命 GHG 全体では 2.83［2.26–

図 2-1-1 の右側の縦軸には、ECS と TCR が 3.0℃と3.40］W/m2 である。この GHG 全体の等価 CO2 濃度は1.8℃として、それぞれに対応する気温上昇を示してい470 ppm eq 程度であり、TCR が 1.8℃の場合の気温上

電中研レビュー No.56 ●

11

第２章

ルは 440 ppm となる。WG1 AR4（7）では、ECS の最良推

表 2-1-1

AR5 と AR4 による気候感度の評価

第２章

AR5
平衡気候感度（ECS）
可能性の高い範囲
1.5℃から4.5℃
最良推定値
非提示
1℃未満： <5%
低い値の限定
高い値の限定6℃超： <10%
気候モデル

3.2±1.3℃

過渡気候応答（TCR）
可能性の高い範囲
1.0℃から2.5℃
低い値の限定非提示
高い値の限定3℃超： <5%
気候モデル

1.8±0.6℃

AR4
2℃から4.5℃
約3℃
1.5℃未満： <10%
6℃超：排除不可
3.2±1.1℃
非提示
1℃超： >90%
3℃超： <10%
1.8±0.5℃

図2-1-2

AR5とAR4による放射強制力の評価

昇は 1.4℃程度となる。一方、観測された気温上昇は、

強制力は、気候システムの外部から与えられる加熱・冷AR5 で評価された 1850–1900 年から 2003–2012 年にか却効果である。これに対して、自然変動は気候システム

けての変化が 0.78［0.72–0.85］℃である。この違いは、の内部で生じる変動である。

TCR の不確実性も関係するが、GHG 以外の気候変化要

ハイエイタスの原因について、AR5 では放射強制力因である程度説明される。中でも、エアロゾルの影響がと自然変動の観点から説明されている。放射強制力につ

大きく、日射を遮る効果や雲の変化を介した間接的な効いては、当該期間の小規模な火山噴火や 11 年周期の太果により、全体として寒冷化に寄与する。ただし、エア

陽活動サイクルにより、GHG 濃度の増加による効果がロゾルの放射強制力は最大の不確実要因でもある。

いくらか相殺されたと考えられている。自然変動についAR5 では、
人為起源の放射強制力の合計を 2.3［1.1–3.3］
2

W/m と 評 価 し て い る。 こ れ は、AR4 で 評 価 さ れ た
2ては、気候システムに蓄積される熱の配分の観点から説明されている。すなわち、当該期間は深海への貯熱が活2005 年時点の放射強制力 1.6［0.6–2.4］W/m と比べて発な時期に当たり、海洋表層の温度上昇が相対的に小さ

44% の増加である。この違いは、評価時点の差（2005

くなるという解釈である。この他、一部の気候モデルは

年から 2011 年にかけての GHG 濃度の増加）に加え、エ

気候感度が高過ぎる可能性にも触れている。

アロゾルの冷却効果が下方修正されたことも関係する。

このうち、AR5 以降の研究では、熱帯太平洋の大気・

このように、不確実性はあるものの、放射強制力は着海洋相互作用に関係する、10 年以上の自然変動を主因

実に増加している。ところが、実際の気温上昇は、1998とする見方が主流となっている（11）。ハイエイタスが熱

年頃から停滞したような状態が続いており、近年注目をの配分に関する自然変動の一端であるとすると、地球全集めてきた。特に、多数の気候モデルによる近未来の予体の貯熱量は停滞なく増加していると考えられる。実際、測は、ほとんどが停滞することなく上昇する傾向を示し

海洋の貯熱量は、最近の海洋観測で得られる深海まで含たことから、その原因が精力的に調査されてきた。このめた水温データから、停滞することなく増加しているこ問題は、気温上昇の停滞が「hiatus」（中断や休止の意味）とが確認されている。さらに、海水の熱膨張による海面と表現されたことから、「ハイエイタス問題」と呼ばれ上昇も停滞していないという裏づけ情報もある。

（10）

ている

。

問題の 10 年以上の自然変動は、東部熱帯太平洋の水AR5 による人為起源の放射強制力 2.3 W/m2 に対して、温変動として知られるエルニーニョ（昇温期）
・ラニー

TCR を 1.8℃として見積られる気温上昇は 1.1℃であり、ニャ（降温期）の頻度と関係している。この水温変動は気候モデルの予測値も平均的にはこの値に近い。一方、

世界平均気温とも連動しており、ハイエイタス期間はラ

観測値は上述のように 0.8℃程度である。両者の違いにニーニャの傾向であった。本稿執筆時点（2015 年 8 月）は、放射強制力、気候感度、観測情報の不確実性に加え、では、前年に 5 年振りに発生したエルニーニョが続いて自然変動も関係する。気候は、大気、海洋、陸面、雪氷域、いる（12）。このエルニーニョは、2014 年に観測史上最高

生態系などから構成されるシステムと捉えられる。放射の世界平均気温をもたらし、それ以前の 1998 年の記録

12

の AOGCM では、気温のずれを抑えるために大気・海るかどうかわかっていないが、いずれにしろ、ハイエイ

洋間の物理量の交換に人為的な調節が施されることが

（14）

。

あったが、計算精度が年を追うごとに向上し、2001 年

排出削減目標を左右する気候感度などの不確実性についの TAR の頃から人為調節を不要とするモデルが主流とても、今後さらに理解が深まることが期待される。

なった。

タスを契機に気候システムの理解が進んだと言える

なお、太陽活動の長期的な変化による自然の放射強制
2

AOGCM の発展には二つの方向性がある。一つは、力は AR5 では 0.05 W/m と評価されており、人為起源

空間解像度や個別の物理過程をより精緻にする方向であの放射強制力と比べて非常に小さい。また、AR4 の評る。物理過程は、雲や放射などの計算格子間隔より小さ

2

価は 0.1 W/m であり、AR5 では下方修正されている。

い規模の現象を指す。個々の物理過程の表現方式の違い

この違いには、11 年周期の太陽活動において、最も新は、モデルの精度（気候の再現性）を大きく左右する。

しい極小期の活動が、それ以前と比べて弱くなっている

もう一つは、地球の気候形成に関わる要素をより多く取ことが反映されている。この傾向が将来どうなるかは不り入れる方向である。AOGCM に統合される要素には、明であるが、いずれにしろ太陽活動の長期的な変化は、

陸面、植生、海氷、大気化学、海洋生態系、炭素循環な

GHG 濃度の増加と比べて小さいことに変わりはない。

どがある。このうち、炭素循環は、大気・海洋間、およ

太陽活動については、雲凝結核に関わる銀河宇宙線とのび大気・陸域間の CO2 交換を詳細に定式化したもので関係に気候変化の原因を見出す主張がある。しかしながある。AOGCM をベースに炭素循環を実装したものは

ら、AR5 の評価では、宇宙線と雲量を関連づける確固地球システムモデル（Earth system model: ESM）と呼たる証拠はなく、関連性があったとしても、雲凝結核をばれる（コラム 1）。ESM は、2007 年の AR4 に初期の介した変化である可能性は非常に低いとされている。

成果が引用され、2013 年の AR5 で本格的に扱われるようになった。AOGCM と ESM では、気候モデルの外力⑵ 気候モデル研究となる CO2 の扱いが大きく異なる。AOGCM では与え地球温暖化の予測には気候モデルが使われる。気候モられた大気 CO2 濃度に対して気候の応答が計算されるデルとは、大気、海洋、陸面、植生、海氷などの現象にのに対し、ESM では排出量と濃度の関係が気候応答と既知の法則を当てはめて数式で表現し、地球の気候を計

相互に影響する形で計算される。

算機でシミュレートするものである。気候モデルには簡このように、気候モデルは二つの面で複雑化しており、便なものから複雑なものまであり、目的に応じて使い分

より詳細な予測情報が得られるようになる一方で、不確けられる。最も複雑なモデルは、空間 3 次元にわたって

実要因も増える傾向にあることに注意が必要である。将気温、風、水温、海流などの変化を計算するもので、大来予測の妥当性の判断記述となる過去や現状の気候の再循環モデル（general circulation model: GCM）と呼ば現性は、新しい世代のモデルで着実に向上しているが、れる。地球温暖化の科学知見は、GCM とその計算に用

モデル間の相違が大きく、将来予測の不確実性は必ずしいるスーパーコンピュータの発展とともに向上してきも縮まっていない。

た。これまでの IPCC WG1 の評価報告書は、その時点

最近の気候モデル研究は、6–7 年毎の IPCC 評価報告

で最新の GCM による予測結果が基盤となっている。

書のサイクルと連動する形で、国際的なモデル間相互比

地球温暖化の予測では熱容量の大きい海洋のはたら

較研究の枠組みで実施されている。相互比較の対象となきが重要である。初期の GCM は大気の GCM に簡略る観点やモデル種別には様々なものがあるが、地球温化された海洋モデルを結合したものであったが、1996

暖化研究の観点では、AOGCM を対象とする結合モデ

年の SAR から、大気と海洋の GCM を結合したモデル

ル 相 互 比 較（Coupled Model Intercomparison Project:（atmosphere-ocean general circulation model: AOGCM）

CMIP）が中核となっている（15）〜（17）。

が利用されるようになった。AOGCM による長期の気当研究所は、CMIP で主導的な役割を担っている米候計算では、基準となる工業化前の条件で、世界平均気国大気研究センター（National Center for Atmospheric

温などの値が一定の範囲に保たれる必要がある。初期

Research: NCAR）との共同研究を通じて、1990 年代か

電中研レビュー No.56 ●

13

第２章

が更新された（13）。現時点では、ハイエイタスが収束す第２章
図2-1-3

SRESシナリオの気候計算：(a)大気CO2濃度の設定、(b)全球年平均地上気温、(c)全球年平均降水強度

CO2 濃度等を 18 世紀半ばの状態に保つ計算（Control）から、自然変動の状態が異なる 3 時点を選び、それぞれを初期条件とする 3 メンバーのアンサンブル気候計算を実施。
20 世紀再現（Historical）を経て、A1B と B1 の SRES シナリオを 2350 年まで延長して計算。灰色部分は 3 メンバーアンサンブルの最大・最小の範囲。

ら気候モデル研究に取り組み、2001 年の TAR、および

うち、A1B と B1 を対象に、NCAR の AOGCM である2007 年の AR4 に向けて、主要な成果を創出してきた。

CCSM3 を用いて 1870 年から 2350 年までの長期計算を

当研究所の初期の気候モデル研究については、2001 年実施した。シナリオについての詳細は後述する。CO2 濃発刊の電中研レビュー No.45 にまとめられている。AR4度などの各種の気候変化要因は、2000 年までは過去のに向けた研究は、「人・自然・地球共生プロジェクト」

気候を再現するための実測値、2000 年以降は各シナリと呼ばれる文科省の研究プログラムの枠組みで 2002–06

オにしたがった値である。A1B と B1 はいずれも排出削

年度に実施された。これは、国内の気候モデル研究を結減の政策を含まないが、社会経済的な発展の違いによっ集して、2002 年に運用が開始された世界最速（2004 年て排出量が異なる。図 2-1-3（a）に示すように、CO2 濃

11 月まで）のスーパーコンピュータ「地球シミュレータ」

度は 2100 年に A1B が約 690 ppm、B1 が約 540 ppm にを活用して温暖化予測を実施するという、画期的な研究達する。シナリオで与えられるのは 2100 年までで、そプログラムであった。

の後は 2100 年時点の値に固定して計算を延長している。

共生プロジェクトと地球シミュレータは、国内の気候

この延長計算は、熱容量の大きい海洋のはたらきによるモデル研究のレベルを飛躍的に高め、AR4 には日本の気候の慣性を定量的に評価する目的で、AR4 に向けた研究成果が多数引用された。この中で当研究所はオー

CMIP3（第 3 期の CMIP）（15） の中で共通に実施されたバーシュートシナリオの気候計算を実施した（18）。オー

ものである。当研究所は、CMIP3 の計算を分担するとバーシュートとは、気候安定化の目標となる大気 CO2

ともに、CO2 濃度などを A1B から B1 のレベルに直線

濃度レベルを一時的に超過するという意味である。オー的に下げる計算を追加し、オーバーシュートシナリオでバーシュートは、温度についても目標レベルを一時的に

気候変化が回復するかどうかを調査した。

超過する意味で使われるが、ここでは濃度のオーバー

地上気温は、図 2-1-3（b）に示されるように、2100

シュートに限定する。例えば、2℃目標の目安となる年までそれぞれのシナリオに対応して上昇した後、濃度450 ppm eq の場合（ECS が 3℃の想定、図 2-1-1）、こが一定の状態でゆっくりした上昇が続く。A1B レベルの濃度レベルで早期に生じる気温上昇は 1.2℃程度でから B1 レベルに下げる計算は、A1B を延長した 2150

（TCR が 1.8℃の想定）、2℃に達するのは数百年以上先年から分岐し、100 年後の 2250 年で B1 レベルの条件にである。このため、450 ppm eq を超過しても、長期的一致させ、さらにその状態で 100 年間続けている。このにそのレベルに下がってくれば、2℃を越えないことはオーバーシュートの結果は、B1 の延長計算と比べると、十分あり得る。

濃度レベルが等しくなる 2250 年の時点では若干高いが、AR4 に引用された当研究所の成果を図 2-1-3 に示す。

その差は徐々に縮まって、100 年後には自然変動の幅とこの研究では、AR4 の長期予測で使われたシナリオの同程度になる。降水量の経年変化（図 2-1-3（c）
）は、

14

第２章

図2-1-4

SRESとRCPのCO2排出量と大気CO2濃度

図2-1-5

AR5
（上段）
とAR4
（下段）
で評価された20世紀末から21世紀末にかけての気温上昇と海面上昇の予測

自然変動が相対的に大きいが、シナリオ間の違いやオーレータも 2 回にわたって更新されている。これらのプロ

バーシュートを経た結果との差は、地上気温と同様であグラムでも、AR5 に向けて実施された CMIP5（16）や、そる。このように、大気や地表面の気候要素については、の後の CMIP6（17）に向けた準備が重要な役割となってい濃度のオーバーシュートで生じた変化が、100 年程度でる。なお、CMIP は第 3 期の後に IPCC の評価報告書の回復することが確認された。また、海洋の深層の応答が番号と一致させることになり、第 4 期は欠番となってい関係する海面上昇などは、100 年程度では大きな履歴効る。

果が残るが、濃度の低下によって変化が軽減される効果が長期間続くことも確認された。

⑶ 21 世紀の気候予測

一連の計算で与えた 2100 年以降の CO2 濃度は、気候

気候予測の前提となる CO2 等の気候変化要因のシナリシステムの振舞いを調べるための理想化された計算条件

オは、AR4 まで使われた 1999 年公開の SRES シナリオ（19）である。現実的な排出量の経年変化では、不連続的な濃から、AR5 では 2009 年公開の代表濃度パス（Representative

度の変化は生じない。また、濃度が一定となるのは、排（20）
Concentration Pathway: RCP）に変更された。SRES は

出量と自然の吸収量がバランスした状態であり、その多数のシナリオで構成されるが、AR4 の気候予測では状態が長期間続くのも不自然な条件である。AR4 では、

A1B、A1FI、A1T、A2、B1、B2 の 6 本 が 使 わ れ た。

濃度一定の下でゆっくりと気温上昇が続くことが、気候

RCP は RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5 の 4 本 で 構変化のコミットメント、あるいはコミットされた気候変成される。図 2-1-4 に両シナリオの CO2 の排出量と大気化と言及された。これは遅れて生じる不可避の気温上昇

中濃度の推移を比較する。

を意味するが、濃度一定の条件が不可避というわけでは

現状から 21 世紀末にかけての気温上昇と海面上昇になく、それ自体不自然な条件であることに注意が必要でついて、AR4 と AR5 の予測情報を図 2-1-5 に示す。予ある。2-1-2 節では、より現実的な観点から検討したオー測情報は、多数の気候モデルの結果を集約した代表値とバーシュートシナリオについて述べる。

不確実性の幅で示されている。予測に使われた気候モデ

この研究で用いた CCSM3 は、代表的な AOGCM でルは、AR4 時点の CMIP3 から AR5 時点の CMIP5 にかあるが、数ある AOGCM のうちの一つに過ぎない。同

けて精度が向上しているが、気温上昇の大きさを左右す一の条件で計算しても結果はモデルによってばらつき、る気候感度については、モデルの平均、ばらつきとも、

他と比べて決定的に優れるモデルは存在しないため、定大きな違いはない（表 2-1-1）。したがって、気温上昇の量的な気候予測情報は、基本的に、CMIP の枠組みで実AR4 と AR5 の違いは、基本的にシナリオの違いによる。

施される多数の AOGCM の結果から評価される。文科

不確実性の幅は、AR4 と比べて AR5 の方が小さくなっ省の研究プログラムは、「21 世紀気候変動予測革新プロているが、これは評価方法の違いに起因するもので、不グラム」（2007–11 年度）、「気候変動リスク情報創生プ

確実性の大きさも両者は同等と言える。

ログラム」（2012–16 年度）と続き、この間、地球シミュ

図 2-1-5 に示した気温上昇は現状（AR4 と AR5 で期

電中研レビュー No.56 ●

15

第２章
図2-1-6

12–2月
（上段）
と6–8月
（下段）
の20世紀末からA1Bシナリオの21世紀末にかけての地上気温
（左）
と降水量
（右）
の変化

間が異なる）が基準となっている。工業化前を基準とす

主に氷床流動の効果が追加されたことによる。要因毎のる気温上昇に換算するには、AR5 の結果には 0.6℃を、

内訳では、熱膨張が最大の寄与で（30–55%）、山岳氷河

AR4 の結果には 0.5℃を加算する。この換算から、21 世

がそれに次ぐ。この点については AR4 も同様である。

紀末の気温上昇が、不確実範囲の大半も含めて 2℃以下

地球温暖化は文字通り地球規模の変化であるが、変化に収まるのは、RCP2.6 のみであることがわかる。AR5の度合いは地域によって大きく異なる。図 2-1-6 に、現では、RCP2.6 の気温上昇について、確信度を中程度（5状から 21 世紀末にかけての気温と降水量の変化の空間

段階の 3 番目）とした上で、2℃を超える可能性が低い

分布を示す。この分布は、AR4 で使われた多数の気候（33% 未満）と評価している。また、2 番目に放射強制モデルによる A1B シナリオの予測結果を平均したもの

力の小さい RCP4.5 については、同じく中程度の確信度である。分布の特徴は AR5 で使われた新しいモデルでで、どちらかと言えば 2℃を上回る（50% 超）と評価しも同様であり、シナリオや評価期間が異なる場合でも傾ている。IPCC の確信度は、証拠の種類、量、質、およ

向は類似する。

び整合性と、見解の一致度から評価される。確信度が中

気温上昇は、海洋より大陸、低緯度より高緯度で大き程度に留められたのは、気候モデルのばらつきが大きい

く、特に、北半球高緯度域の冬季の昇温が著しい。このことに加え、気候モデルと観測情報の整合性も十分とは違いは、主に、海洋の熱容量が大きいことと、雪氷域の言えないことが背景にあると推測される。

変化が気温変化を増幅する効果による。降水量の変化

海面上昇は、AR4 以降、観測情報の精度が向上し、は、地域によって大きく異なり、赤道付近の熱帯や高緯AR5 ではより詳細に評価されるようになった。AR4 で度で増加し、亜熱帯や中緯度で減少する傾向である。なは不確実性の幅のみが示されただけであったが、AR5

お、地球全体の年間降水量は増加傾向であり、その変化

では代表値も示された。AR5 の予測値は、AR4 に比べ率は地球全体の熱収支に規定され、気温上昇 1℃につきて全体的に大きくなっている。海面上昇は、海水の熱膨

1–2% となる。

張、山岳氷河の変化、および氷床（グリーンランドと南極）

日本付近の気温変化は、地球全体の平均に近く、北日の変化による寄与があり、氷床の寄与は、表面の質量収

本はやや大きな変化となる。また、季節による違いもあ支（積雪と融解）と流動による変化に分けられる。こり、夏より冬の昇温が若干大きい。日本付近の降水量は、のうち、氷床の流動は評価が難しく、AR4 では予測値

同じ緯度帯の他の地域と異なり、夏季に増加傾向となる。

に含まれなかった。AR5 の予測値が大きくなったのは、

これは、日本が位置する東アジア域で、モンスーン（季16節風）による水蒸気輸送が増加するためである。水蒸気第２章

輸送の増加は、気温上昇とともに大気中の水蒸気量が増加することが関係する。
⑷ 累積 CO2 排出量と気温上昇の関係
気候安定化に向けた排出削減目標の検討では、（1）で述べたように、放射強制力と気温上昇の関係（気候感度、
海洋の熱吸収の度合い）、CO2 濃度と放射強制力の関係、
CO2 の排出量と濃度の関係（自然の CO2 吸収、
コラム 2）、および CO2 以外の GHG やエアロゾルの排出が関係する。

図2-1-7

TCREに基づく気温上昇と累積CO2排出量の関係

個々のプロセスは複雑であるが、大まかに見ると、主な非超過確率が 66%, 50%, 33% の場合で、累積 CO2 排出

気候変化要因が CO2 で、その大気中濃度が累積排出量量の上限を 1000, 1210, 1570 GtC と評価している。累積で規定されることから、所定の気温目標に累積 CO2 排の起点は 1870 年であり、2011 年までの既排出量が 515

出量の上限が対応することになる。排出量は、年々の変

GtC 程度であることも付記されている。TCRE に基づく化ではなく、工業化前から現在および将来に至るまでの評価は CO2 のみによる気温上昇の場合であり、CO2 以

累積量が効く点が重要である。

外の要因を考慮すると上記の数値は減少する。ただし、AR5 では、気温上昇と累積 CO2 排出量が近似的に比気温上昇と累積排出量の比例関係は、あくまでも CO2

例関係にあることが初めて明記された。両者の間にはの諸特性の場合に近似的に成立する関係であり、一般的

様々な非線形的な要因が介在するが、それらが相殺されな GHG 排出に対応する指標はない。AR5 では、CO2 以て直線的な関係になると理解される。実際、多くの気外の要因を含む複数の気候モデルによる RCP シナリオ

候モデルでこのような直線関係が確認されている。ただの計算結果に基づき、2℃レベルに非超過確率 66%, 50%,し、その比例定数は気候モデルによって大きく異なり、33% で適合する累積 CO2 排出量の上限値を 790, 820, 900

1000 GtC の排出につき 0.8℃から 2.5℃までが可能性のGtC と評価している。

高い（66% 超）範囲と評価された。この 1000 GtC 当た

上記の CO2 以外の要因を考慮した場合の評価結果は、りの気温上昇は、「累積炭素排出量に対する過渡的気候

TCRE に基づく方法と比べて確率の違いによる幅が狭く応答」（transient climate response to cumulative carbon

なっている。AR5 の説明によると、この理由は、一つemissions: TCRE）と呼ばれる指標である。現状では不確のシナリオのみで、限られたモデルサンプルから評価さ実性の幅が広いが、TCRE は気温目標を累積 CO2 排出量れたこととされる。そのシナリオ（RCP8.5）では、CO2

（21）
（22）
,

の上限と結びつけることから、関心が高まっている。

以外の放射強制力が比較的大きく設定されているため、TCRE の評価値の幅には、気候感度の他に、海洋と陸域

安全側の（より多くの排出削減を必要とする）評価とな

生態系による CO2 吸収の不確実性が反映されている。

る。ただし、永久凍土層からのメタン排出といった、上TCRE は過渡状態の気温上昇を表すが、上昇した気温記の評価で考慮されていない懸念事項もある。

の不可逆的な性質により、TCRE は所定の累積排出量で長期間維持される気温上昇とも見なせる。上昇した気温

2-1-2 長期目標の科学的根拠が不可逆的というのは、排出をゼロにしてもほぼ一定の気温上昇が数百年間続くということである。当研究所の研究でも、2 種類の代表的な地球システムモデルを用い（23）た数値実験で確認されている。

⑴ WG2 AR5（24）の気候影響の評価
工業化前を基準とする世界平均の気温上昇を 2℃以下に抑える（理念的な）目標は、現在のところ、事実上のTCRE を用いると、所定の気温目標と目標達成の確率

国際合意である。この 2℃目標は、1980 年代頃から繰りに対して、累積 CO2 排出量の上限が決められる。AR5

返し言及され、
UNFCCC の第 16 回締約国会議（COP16、

では、特に 2℃レベルについて、図 2-1-7 に示すやり方で、2010 年）では合意文書（カンクン合意）に盛り込まれた。

電中研レビュー No.56 ●17

もにリスクが増大し、厳しい影響が拡大すると指摘して

第２章

いる。
安定化目標の根拠となる情報には、ティッピング・エ
レメントと呼ばれる事象も含まれる。ティッピング・エ
レメントは、限界（ティッピング・ポイント）を超える
気温上昇によって、ある有限時間が経過した後に質的な変化を引き起こす事象と定義され、多くの事象について
限界温度と質的変化に至るまでの遷移期間が評価されている。表 2-1-2 に代表的な研究（26）で挙げられた主な事象
図の横棒は、左端に対応する気温で影響が顕在化し、気温上昇とともに影響が拡大することを示す。
表の「温度」はティッピング・ポイントに対応する 1980–99 年基準の世界平均昇温、「期間」は質的変化に至るまでの遷移期間。

図2-1-8

AR4でまとめられた気温上昇と主な影響の関係
表 2-1-2を示す。質的な変化は、元の状態と大きく異なる状態であり、多くの場合、人間社会や生態系にとって悪い影響が生じる。ティッピング・ポイントと遷移期間は事象によって様々であり、不確実性の度合いも異なる。この研究では、グリーンランド氷床の融解と北極海の海氷減少が最も大きな脅威であり、不確実性も小さいと結論づけ

主なティッピング・エレメントている。

ティッピング・エレメント

限界（℃） 期間（年）

影響

北極海の海氷減少

0.5–2

10

温暖化増幅、生態系変化

氷床融解に伴う海面上昇は、小島嶼国にとっては国土グリーンランド氷床消失

1–2

>300

海面上昇 2–7 m

消失につながる重大な問題である。カンクン合意では、
小島嶼国の主張を踏まえ、目標を 1.5℃とすることにも

西南極氷床の消失

3–5

>300

海面上昇 5 m

大西洋熱塩循環の弱化

3–5

100

局所的な寒冷化など

エルニーニョの振幅増大

3–6

100

東南アジアの乾燥など言及されている。グリーンランド氷床（7m 分の海面上

西アフリカ植生の増加

3–5

10

環境収容力の増加（良い影響）昇）のティッピング・ポイントは、表 2-1-2 では現状か

アマゾン熱帯林の減少

3–4

50

生物多様性消失、降水減少

北方林の減少3–550

生物群系の遷移ら 1–2℃とされている。この幅は、工業化前の基準では
1.5–2.5℃に相当し、下限値は小島嶼国の主張と一致する。
その後の研究も考慮された AR5 では、1–4℃の幅を示し

ただし、2℃の根拠は必ずしも明確ではなく、目標設定ている。また、南極については、氷床の海底接地部の不には、科学的根拠の他に、価値判断も大きく関係する。

安定性が懸念されるが、AR5 では定量的評価は困難と（25）

2℃目標を示唆する科学情報としては、WG2 AR4いう見解である。

でまとめられた、分野・地域別の影響の度合いと気温上

このような個別の分野や事象に注目した評価の他に、昇の関係が挙げられる。これは、地球温暖化の影響や脆

IPCC WG2 では、分野・地域横断的な観点での気候変弱性について、多くの既往研究の成果に基づき、水資源、化リスクの評価も行っている。この観点は Reasons For

生態系、食糧、沿岸域、健康、特異事象といった分野でConcern（RFC）と呼ばれ、表 2-1-3 に示す 5 種類が選

整理したものである。図 2-1-8 にその主な内容を示す。

定されている。AR5 では、リスクの概念がより体系的

地球温暖化の影響は、必ずしも悪い面ばかりではないが、に整理されるとともに、RFC についての最新の評価結

現状（1980–99 年平均）から温度が 2–3℃上昇すると（工果が図 2-1-9 のように示された。評価結果を示す図は、

業化前の基準では「2.5-3.5℃に相当」）、全ての地域で良その色合いと形からアンバーダイアグラムと呼ばれる。

い面が減少するか悪い面が増加する可能性が非常に高い

アンバーは燃えさし（ember）の意味で、色合いは 4 段と評価されている。

階に分かれるリスクレベルに対応する。

（24）

では、さらに多くの知見に基づいて、気候以

気候変化のリスクは、物理的なハザードと社会経済的外のリスクも考慮した分野・地域別の影響をまとめてな要因が重なり、相互に影響することで生じるとされる。

いる。影響評価は、気温上昇が 2℃の場合と 4℃の場合

AR5 の評価では、AR4 時点の評価（27）と比べて、一部を（RCP2.6 と RCP8.5 に対応）で整理され、排出増加とと除き、気温上昇が比較的大きいところでリスクレベルが

AR5

18

表 2-1-3

IPCC WG2 で選定された分野・地域横断的リスクの種別（Reasons For Concern: RFC）
リスクの視点
（対象、
ハザード、
特性）
比較的狭い地理的範囲に限定され、将来の気候変化によって消滅する恐れのある系：海氷、氷河、珊瑚礁、様々な土地固有の民族や生態系など

2

極端気象

熱波、豪雨、干ばつ、熱帯低気圧（台風）などの極端な天気事象

3

影響の偏在性食糧や水資源の確保などで、リスクが他と比べて大きい地域や住民が存在すること

4

世界総計の影響

世界全体の影響を包括的に表す経済損失、人的影響、消滅する生物種や生態系などの数量

5大規模な特異事象

連続的な変化の過程で生じる急激かつ重大な変化：北極の海氷消失、氷床融解とそれに伴う海面上昇、生態系レジームシフトなど係する。このため、将来の気候変化の見通しを得て対策を検討する際には、複数の排出・濃度シナリオが使われる。シナリオとは、一貫性のある仮定に基づいて妥当性のある将来の発展を記述したものである。シナリオとして扱われる要素には、排出量や濃度の他、その前提となる社会経済の諸条件や、その結果となる気候の変化・影響も含まれる。それぞれの要素について、一定期間にわたる変化を経て到達したレベル（GHG 濃度など）とそのレベルに至るまでの道筋は、pathway（以下、パス）と呼ばれる。
地球温暖化問題の検討では、このような様々なシナリ
オが基盤的な情報となる。特に、排出シナリオに関係す
図2-1-9

 R5のアンバーダイアグラム
A（WG2 AR5 Figure19.4に和文表記を記載）

る電源構成などを含む社会経済の要素は、効果的な対策を進める上で重要な示唆を与える。そこでは、気候政策を含まないベースラインシナリオと、気候政策を含む緩高くなり、根拠となる知見の確信度も増している。リス

和シナリオ（気候変化の緩和の意味）が区別され、対策

クレベルや確信度が上がった背景には、観測や将来予測コストなどの評価が両者の差として議論される。

の新しい情報の獲得に加え、リスクの対象や関連する社

以下では、AR4 と AR5 の気候予測で使われた SRES

会経済的な要因をより広範囲に扱う傾向のあることも関と RCP の位置づけを説明し、IPCC WG3 の緩和シナリ係している。新しい情報の中には、
海洋酸性化（コラム 3）オを気候科学の観点から分析した結果を述べる。

のように、最近になって認識されてきた現象も含まれる。

SRES は、気候政策を含まないベースラインの排出シ

社会経済的な要因には、気候変化の影響下に置かれてナリオであり、
これに関する IPCC の特別報告書「Special

いるかどうか（曝露性）と、その影響を受けやすい状況（19）
Report on Emissions Scenarios」
がシナリオの名称とかどうか（脆弱性）がある。いずれも今後の世界の発展なっている。SRES は多くのシナリオから構成され、この仕方によって大きく異なり、それによって同じ気温上

れらは、社会、経済、技術、環境の特徴を記述した 4 種昇であってもリスクレベルは異なる。ただし、このよう類のシナリオ群に属する。この 4 種類は、図 2-1-10 にな将来の発展経路の違いは、AR5 の段階の評価では明示すように、世の中の発展の方向性として、経済発展

示的に扱われていない。

（A）と環境保全（B）の優先度と、グローバル指向（1）と地域指向（2）の優先度の違いで理解される。二つの⑵ WG3 AR5（28）の排出削減シナリオの評価

評価軸（A–B、1–2）のそれぞれに二つの方向性があり、地球温暖化の進行は、今後の GHG 排出量に大きく左それらの組み合わせが 4 種類のシナリオ群となる。各シ右される。排出量はエネルギー利用や土地利用の形態に

ナリオ群は、
単に「A1」「、A2」といった記号で呼ばれる。

依存し、さらに、これらは人間社会の発展の方向性に関A1 については、エネルギー技術の違いによる、A1FI、

電中研レビュー No.56 ●

19

第２章

RFC種別
1 消滅危惧のある固有系

れるエネルギー・経済・気候の相互依存を統合的に評価

第２章するモデルが使われる。統合評価モデルについては、当研究所で開発しているものも含めて、第（4）項で述べる。統合評価モデルと気候予測に使われる AOGCM とは、シナリオ情報の受渡しを通じたつながりがある。この情報の流れは必ずしも一方向ではなく、AOGCM の計算結果を統合評価モデルに反映する方向もある。気候
感度に代表される気候応答のパラメータはその代表例であり、統合評価モデルに含まれる簡易的な気候計算のパ
図2-1-10

SRESシナリオの概念

ラメータは、多数の AOGCM の傾向に基づいて調整される。両モデルで扱われる土地利用のモデルも、情報のA1T、および A1B の区分があり、それぞれ、化石燃料、
非化石燃料、および両者のバランスが重視されるシナリ流れが双方向になり得る要素である。
こうしたシナリオ情報の相互依存性は、AR4 以降、強く意識されるようになってきている。SRES は IPCC

オである。
これら 6 個のシナリオ群の中では、それぞれの特徴をが主導して作成されたものであるが、その後のシナリオ

良く表すものとして例示シナリオが選ばれている。通作りでは、IPCC は触発者（catalyst）の役割になり、作常 SRES シナリオと言う場合は例示シナリオを指す。図

成主体は研究コミュニティになった。そこでは、シナリ

2-1-4 に見られるように、特段の排出削減政策をとらな

オ情報の重要性とニーズが時間をかけて議論され、全体

くても、将来の排出量は社会経済の発展の方向性によっとして整合性のあるシナリオ作りが指向されている（29）。

て大きく異なることがわかる。A–B の違いは期間全体

実は、RCP は一連のシナリオ研究の出発点に位置しの排出量を左右し、1–2 の違いは経年変化の傾向を左右ている。4 本のパスはいずれも統合評価モデルで作成さする。当研究所のオーバーシュートシナリオの計算で用れているが、付随する社会経済シナリオは表に出ていな

いた A1B と B1 は、SRES の中では中位と低位に位置すい。これは、AR5 に向けて、時間のかかる気候計算をる。排出量に対応する濃度は、簡易モデル計算で推計し最初に実行する必要があり、その気候計算の入力条件とたものが参照用に使われている。この推計値は複数あして RCP が用意されたためである。社会経済シナリオ

り、図 2-1-4 と当研究所の計算で用いた図 2-1-3 に示しの検討は気候計算と並行して進められ、ベースラインシたデータでは若干の違いがある。

ナリオと緩和シナリオの作成と分析が進められた。この一方の RCP は、2009 年に公開された Representative（20）

作業は、統合評価モデルを手がける世界中の研究機関でConcentration Pathway（ 代 表 濃 度 パ ス） の 略 称 で、行われ、AR5 のシナリオとしてデータベース化された

放射強制力のパスを濃度ベースで与えたものである。放ものは 1200 本に上る。そして、AR5 の取りまとめの段

射強制力の範囲は、SRES を含む既往シナリオの大半を階で、CMIP5 の知見を反映した簡易気候モデル（30）によっカバーするように決められ、上限と下限に相当する 2 本て、各シナリオの気候計算が実施された。

のパスと、その間に設定された 2 本のパスで構成され

この社会経済シナリオの評価で最も注目されるのは、る。それぞれのパスは RCP を冠した数値で参照され、多数のシナリオを GHG 濃度レベルで分類した表である。

その数値は 2100 年以降の概ね安定化する頃の放射強制

この表は、WG3 AR4（31） に掲載された同様のシナリオ

力（CO2 以外の要因も含む合計、単位 W/m2）を表す。

分類表の改訂版にあたる。ここでは両者を引用して図RCP の排出量の範囲は、SRES の範囲に対して、極端に2-1-11 で比較する。いずれの表も、排出量や気温上昇

低排出となる RCP2.6 を加えた形である。2-1-1 節の第（3）の定量的な特徴が濃度レベルと対応づけられ、排出削減

項で述べたように、RCP2.6 は 2℃目標達成の可能性がの長期目標に直結する重要な政策的示唆を与える。特に、高いシナリオと目されている。

2℃目標に対応する濃度レベルの数値は、報道や政策目

SRES や RCP の作成には、IPCC WG3 の分野で扱わ

20

標でしばしば取り上げられてきた。

第２章(a)AR4 時点
WG3 AR4 Table SPM.5「ポスト TAR の安定化シナリオの特徴」（経産省訳）
排出量の変化は、シナリオ分布の 15–85 パー
センタイルの範囲。

(b)AR5 時点
AR5 統合報告書 Table SPM.1「第 3 作業
部会第 5 次評価報告書で集められ、評価されたシナリオ区分の主要な特徴。全てのパラメー
タについて、各シナリオの 10 ～ 90 パーセン
タイルで示されている。」（経産省訳）

図2-1-11

統合評価モデルで作成・分析されたシナリオの分類（上：(a)AR4時点、下：(b)AR5時点）

AR4 の表では、2℃（平衡時の気温上昇）を含むカテ慮する必要がある。

ゴリ I で、2050 年の CO2 排出量が 2000 年比で 85% か

AR4 のシナリオは、平衡状態の濃度で分類され、気ら 50% 減となっている。この数値は、AR5 以降の長期温上昇も平衡状態の数値が記載されている。この場合、目標の議論で、2050 年に少なくとも半減という認識が濃度と気温上昇が ECS のみで関係づけられる。実際、定着したことに寄与したと考えられる。ただし、その基表に示されている数値は、式（2-1-1）、および気温上昇になったシナリオは僅か 6 本であり、しかも特定の研究と放射強制力の比例関係から得られる（32）

グループによる偏った情報と見られている。

AR5 のシナリオは、総数が大幅に増加した他、気温上昇の確率論的評価が導入されたことも大きな変化であΔT = ECS × ln（C / C0）/ ln（ 2 ）（ 2-1-3）において、ECS を 3℃として得られる値である。

る。この中では、19 世紀後半から 2100 年までの気温上

一方、AR5 の表に含まれる濃度や気温上昇は、平衡

昇が 2℃未満に留まる可能性が高いと唯一評価されたの時ではなく、2100 年時点の変化が続いている状態の値

が 450 ppm eq（2100 年時点の GHG 濃度）の種別であり、である。2100 年以降の濃度の推移は、その後の排出にその GHG 排出量（GWP による CO2 換算値）が 2050 年依存する。大気 CO2 濃度の変化は、人間活動の排出率時点で 2010 年比 41% から 72% 減とされた。2015 年 6と自然の吸収率の差で決まる。ここで、率は単位時間（例月の G7 サミット（主要国首脳会議）では、40% から

えば 1 年間）の排出量や吸収量を意味する。一時的に両70% の範囲の上端を世界全体の 2050 年目標とすること

者がバランスして濃度が一定になったとしても、自然のが首脳宣言に盛り込まれた。そこでは、IPCC の推奨

吸収率が徐々に減少するため、そのまま排出が続けば長という誤った表現が使われているが、450 ppm eq のシ

期的に濃度は増加する。また、排出率を自然の吸収率以ナリオ分類種別の情報が基になっているのは明らかで下とし、その状態を続ければ濃度は低下する。AR5 のある。なお、このシナリオについては政策面の論点をシナリオには、2100 年時点で排出率が負に達するもの

3-6-1 節で議論する。

も含まれる。その状態が長期間続くと仮定すれば、AR4

このように AR4 と AR5 のシナリオ分類表が現行の長のカテゴリ I に相当するシナリオは、AR5 の濃度区分

期目標に少なからず影響していることから、両者の違いの相当広い範囲におよび、カテゴリ I の濃度レベルを下に関心が持たれる。AR4 と AR5 のシナリオ分類を比較

回るシナリオも多数存在することになる。しかしながら、する場合、基準とする濃度レベルの前提条件の違いを考AR5 のシナリオデータは基本的に 2100 年までであり、

電中研レビュー No.56 ●21平衡時の濃度レベルを特定することはできない。

第２章

AR5 のシナリオの気温上昇については、気温上昇の（33）

確率論的評価の基になった多数のアンサンブル計算量について 50–85% 減とされたが、GHG 排出量も同様の削減率と見なすと、AR5 の評価は AR4 と比べて 20
ポイント程度緩やかになったと言える。

の結果も示されている（WG3 AR5 Table SPM.1 等）。

所定の濃度や気温のレベルに至る排出パスは、2050

そこには、2100 年時点（1850–1900 年基準）の気温上年といった特定の時点の排出量ではなく、一定期間に昇が、濃度区分毎に、気温応答の中央値に対応する範わたる累積排出量に制約される。多数の社会経済シナ

囲と、不確実性の幅を考慮した範囲が示されている。

リオの気温上昇と累積 CO2 排出量の関係も、基本的に、

450 ppm eq の区分では、それぞれ 1.5–1.7℃、1.0–2.8℃

CMIP5 モデル等で見出された両者の比例関係と整合すとなり、2℃未満となる可能性が高いという評価の根拠

ることが確認されている（34）。この比例関係は、温度目となっている。

標の高低によらず累積 CO2 排出量に上限があり、最終

ECS を 3℃とした AR4 の気温の評価は、気温応答の的に CO2 排出量をゼロにする必要性を意味する。累積

不確実範囲の代表値（AR4 時点の最良推定値）をとっ値の制約は厳しい排出削減を示唆するが、所定の累積たものである。AR5 のシナリオに対する気温上昇の計値に至る排出経路に任意性があることから、2050 年と算では、TCR の中央値が 1.8℃、90% 幅が 1.2–2.6℃に調いった特定の時点の排出量に柔軟性があることの根拠（28）

整されている。TCR と ECS の比率が経験的に 0.6 程でもある。

度であることから、
TCR の代表値（1.8℃）は ECS では 3℃

早期に削減を開始して緩やかに減らすか、削減開始をに相当する。すなわち、平均的な気温応答は、AR4 と遅らせて急激に減らすかは、シナリオの作成に使われるAR5 で概ね同等の扱いと言える。ただし、AR5 で ECS

統合評価モデルで前提となる技術やコストなどの条件にの最良推定値が決められなかったことから、評価結果の依存する。AR4 と比べて大幅に増加した AR5 の低排出妥当性については根拠が弱まっている。

シナリオでは、オーバーシュート的な排出パスを可能に

2100 年以降の気温の推移は、濃度の場合と同様、そする前提がより強化されたと推測される。さらに、AR4の後の排出量に依存する。気温上昇と累積 CO2 排出量から AR5 にかけて時間が経過し、通常用いられる 10 年が近似的に比例する（2-1-1 節の第（4）項）ことから、間隔の計算時点で、シナリオの開始時点が 2000 年から

2100 年以降の CO2 排出がゼロであれば、CO2 以外の要

2010 年に変わってきていることも、オーバーシュート

因を無視して、2100 年時点の気温上昇を平衡時の気温指向の一因となる。

上昇と見なせる。450 ppm eq の区分は、平均的な気温上昇が 1.6℃であることから、2100 年以降ゼロ排出の場⑶ 気候安定化の考え方

合はカテゴリ I より相当低い気温レベルとなる。逆に、1992 年に作成・採択された UNFCCC は、その究極の2100 年以降、僅かずつでも排出が続けば、気温上昇が目標を GHG 濃度の安定化としている。従来の AOGCM

続き、いずれは 2℃を越えることになる。

による気候計算や統合評価モデルによる社会経済シナ

以上のように、AR4 と AR5 のシナリオ評価は単純にリオの分析は、濃度安定化をベースとするものであった

比較できないが、既に政策目標として言及された 2050と考えられる。しかしながら、AR5 では、累積 CO2 排

年の排出削減量について、基準年とパーセンタイルを揃

出量の制約やオーバーシュート型の排出パスが主流となえて比較することは参考になる。世界全体の GHG 排出

り、濃度安定化の概念が薄れつつある。当研究所は早く

量は、SAR の積算期間 100 年の GWP による CO2 相当

からオーバーシュートの考え方に注目するとともに（2-量では、2000 年の 40 GtCO2 eq から 2010 年の 49 GtCO2

1-1 節の第（2）項）、独自の簡易気候モデルを開発して（35）、

eq に増加している（28）。したがって、AR5 の 2010 年比

長期の排出パスの検討を行ってきた。以下では、海洋

41–72% 減は、2000 年比で 28–66% 減に当たる。さらに、研究開発機構の松野太郎博士と共同で研究した、実現

正規分布を仮定して、AR5 の 10–90 パーセンタイルの可能性の高い合理的な排出パスとその基盤となる気候

範囲を AR4 の 15–85 パーセンタイルの範囲に換算する

安定化（36）〜（38）について説明する。

と、AR5 の評価は 31–62% 減となる。AR4 は CO2 排出22濃度安定化のシナリオを作成する場合、2100 年以降

第２章

世界のCO2排出量と日本のGHG排出量は、それぞれ2010年と2005年を基準とする相対量でスケーリング。世界の実績値は化石燃料起源と土地利用起源のCO2排出の合計。AR4カテゴリⅠは基準年等を換算。日本の実績値は温室効果ガスインベ
ントリオフィスによる2013年までのデータ（CO2とその他6種ガスの合計）、
目標値は2015年7月時点の公表情報に基づく（2020年目標は暫定、2050年目標の基準年は未定）。

図2-1-12Z650と世界および日本の排出実績・目標との比較

図2-1-13従来の濃度安定化（450 ppmレベル）とゼロエミッション安定化（Z650）

Matsuno et al (2012) Figure 3(36)に基づいて作成。

のそう遠くない時期に所定の濃度レベルに達するような上側に位置する。仮に、この幅の中央と Z650 の差に相前提が置かれる。しかしながら、その濃度レベルで気当する削減緩和を日本の長期目標に適用すると、2050

温が平衡状態に達するのは千年以上先となる。その間

年の 80% 減の目標は 60% 減程度に緩和される。

は、自然の吸収率とバランスするよう人間活動による排ゼロエミッション安定化で鍵となるのは海洋の働きで出が続くことになる。この排出は現在の 1/10 程度であある。これまでの人間活動で排出された CO2 は、半分る。松野博士は、長期間にわたる濃度一定の前提が不自強が海洋と陸域生態系に吸収されている（4）。ただし、こ然であること、および安定化の目標には千年規模の海面の割合は一定ではなく、特に海洋は長期的により高い吸上昇も関係することから、より合理的なゼロエミッショ

収率になると期待できる。海洋は気温上昇を遅らせる働

ン安定化という新しい概念を提案した。さらに、この概きもあり、2℃レベルに対応する濃度に達しても、気温念に基づいて 2℃目標を柔軟に考え、AR4 で言及された

上昇が 2℃になるのは遠い先となる。ゼロエミッション

2050 年時点の排出削減を緩和する、Z650 と称する世界安定化では、自然の吸収率より十分に低い排出率を実質全体の CO2 排出パスを提案した。

的に「ゼロ」とし、その状態で気候システムがゆっくり

Z650 の排出パスは、2020 年に 11 GtC でピークアウと（千年以上かけて）平衡に向かう過程を考える。

トして 2040 年に 8 GtC となり、そこから 30 年で半減す

図 2-1-13 に、当研究所の簡易気候モデルを用いた千るペース（年率 2.3% 減）で 21 世紀末に 2 GtC まで減

年規模の気候計算から、CO2 のみの気候変化要因の条件

少し、2160 年にゼロに達する。累積排出量は、21 世紀

で、従来の濃度安定化（450 ppm レベル）と Z650 を比中に約 650 GtC、工業化前からゼロ排出に至るまでの累較した結果を示す。上昇した濃度が一定に保たれる濃度計で 1100 GtC 程度である。Z650 の名称は、ゼロを意味

安定化の場合、気温は緩やかな上昇が続き、平衡時の値する「Z」と 21 世紀中の GtC 単位の累積値に由来する。

（この計算では 2.1℃）に近づいていく。図には、海水の650 GtC は、450 ppm で安定化する従来の排出パスから熱膨張による海面上昇も示している。海洋の深部に熱が見積もられる 550 GtC 程度に、オーバーシュートによる伝わるのに時間がかかるため、熱膨張は数千年規模で続上乗せを 100 GtC 程度見込んだことに相当する。

く。実際の海面上昇には、山岳氷河と極域氷床の融解の参考として、図 2-1-12 に、Z650 の排出パスを世界と
（39）
〜
（41）

日本の排出実績

ならびに目標値と比較する。直近の世界の排出実績は、Z650 の排出パスに近いところで寄与が加わる。特に、氷床の寄与は非常に大きく（表2-1-2）、熱膨張と同様の時間規模で進行するため、気温上昇が長期間続く場合は深刻な影響が懸念される。

推移している。2050 年の排出量は、AR5 の 2℃目標に一方、Z650 のゼロエミッション安定化では、排出ゼ適合するとされる 450 ppm eq のシナリオ区分の幅よりロの下で濃度が徐々に低下し、やがて気温も低下してく

電中研レビュー No.56 ●

23

第２章
図2-1-14

非CO2要因を含む簡易気候計算による450 ppm eq安定化とZ650の比較

450 ppm eq安定化と従来計算のZ650は、Matsuno et al (2012)（37）のFigure 4, 6に基づく。CMIP5準拠のZ650では、Z650のCO2排出パス（2005年以降）
以外をCMIP5の
RCP2.6の条件とし、炭素循環はCMIP5モデルのESMの平均的な傾向に、
気温応答はCMIP5モデルの平均（ECS=3.1℃、
TCR=1.8℃）に調整して計算。

る。海面上昇（熱膨張）は止まらないが、濃度安定化のミッション安定化と共通するが、2100 年以降が無視さ場合より軽減される。また、長期的に気温が下がってくれる点が根本的に異なる。また、AR5 の低排出シナリ

るため、氷床融解が起きる可能性は低くなる。この傾向

オに見られるような負の排出は、ゼロエミッション安定

は、Z650 に限らずゼロ排出の下で共通に見られる特徴

化では考慮されない。

である。ただし、気温が低下するかどうかは複雑な要因

CO2 以外の気候変化要因も考慮して、Z650 と 2℃目が関係する。図に示した計算ではシンプルな仮定が置か標に適合する濃度安定化を比較した結果を図 2-1-14 にれているが、AR5 の知見によれば、気温はほぼ一定の示す。この図には、論文で示された結果（37）と、CMIP5

状態で長期間続くと見られる。

モデルの平均に準拠する新しい設定で Z650 を計算した

このように、従来の濃度安定化とゼロエミッション安

結果を示している。ここでは、前者を従来設定として区定化では、長期的な気候の推移に本質的な違いがある。

別する。2050 年の CO2 排出量は、濃度安定化では 2000

濃度安定化では、暗黙のうちに、自然の吸収とバランス

年比 34%、Z650 では同 74% で大きく異なる。この違い

する排出を何世紀も続ける状態が想定され、その結果とは 21 世紀末にかけて気温上昇の差をもたらすが（従来して最終的に平衡に達した時の気温上昇が目標とされ設定の計算でピーク値はそれぞれ 1.8℃と 2.2℃）、そのる。今世紀中は目標温度まで相当に余裕があるので、今差は徐々に縮まり 2300 年以降に逆転する（最終的な平世紀に限れば排出削減をもっと緩和できるはずである。

衡状態でそれぞれ 2.1℃と 1.7℃）。非 CO2 要因が加わる

また、来世紀以降、自然の吸収に合わせて同量の排出を等価 CO2 濃度は、濃度安定化の場合もピーク後減少す続ける必然性もない。これらの点に注目して、濃度一定

る経路となる。Z650 の濃度はさらに大きく減少するが、の前提をなくし、今世紀の排出に余裕を持たせるのがゼ2100 年時点の濃度に基づく AR5 のシナリオ区分（図ロエミッション安定化のねらいである。

2-1-11） で は、550 ppm eq（480–530 ppm eq の 範 囲 ）濃度が下がる前提であれば、目標とする濃度レベルをの区分に位置する。AR5 では、21 世紀中のピークと一時的に越えた（オーバーシュートした）としても、長2100 年時点の差が 30 ppm 以上の場合にオーバーシュー期（来世紀以降）の深刻な気候影響を軽減できる。特に、トとしている。Z650 は負の排出に至るような極端な削グリーンランド氷床融解は千年規模の現象であるので、減を想定しないため、AR5 の基準ではオーバーシュー

この考え方に合致する。排出削減の長期目標は 2050 年

トに該当しない。

時点で議論されるが、気候科学の観点では 2050 年は通新しい設定の計算では、Z650 の気温上昇は明瞭な過点に過ぎない。ゼロエミッション安定化の意義は、時ピークがなく、長期的にほぼ一定（2.1℃程度）で推移間の尺度を大きく延ばして、排出パスの柔軟性を見出すする。この計算では、CMIP5 モデルの平均を模擬する点にある。AR5 で検討された多数のオーバーシュート

ように、海洋と陸域生態系の CO2 吸収に温度依存性を型のシナリオは、排出パスの柔軟性という点でゼロエ導入し、さらに気温応答の特性も調整している。また、24

非 CO2 要因は RCP2.6 のシナリオ（過去の期間含む）を
CO2

は AR5 の知見と整合するが、気温上昇の大きさや長期GHG的な変化傾向は様々な設定条件に依存する。
様々な不確実性があるものの、Z650 は、来世紀以降Lも含めた長期にわたり、50% 程度の確率で 2℃目標を達と見込まれるが、従来の濃度一定の前提と比べて長期の

D1

K

D2

...

Dm

CES

Y

成できる排出パスと位置づけられる。当初意図したゼロエミッションの下での気候復元には相当の時間がかかる

GHG

GHG

I

C

EC

U

気候影響が軽減されることに変わりはない。いずれにしろ、気候感度等の不確実性は依然として大きく、Z650に限らず、気候科学の進展とともに、排出削減目標や気生産を各期の消費と投資に適切に配分し、効用の割引・地域別加重後の総計を最大化。気候影響は生産の損失に含まれる。

候リスクへの対応を柔軟に見直す必要がある。
⑷ 統合評価モデルの役割

図2-1-15

BETモデルの構成が結成され、統合評価モデルに関連する情報共有と意見

Z650 は気候科学の観点から考案された CO2 の排出パ交換の場となっている。

スである。排出パスに対応するエネルギー技術や電源構

当研究所は、この分野では後発となるが、BET と称成等の情報は、統合評価モデルから得られる。モデルはする独自の統合評価モデルを開発し（44）、国際モデル比較

現実の世界を極度に単純化したものであるが、その前提

プログラムへの参加を通じて、AR5 のシナリオデータ

条件の範囲で首尾一貫した結果を出力する。その結果かベースにも貢献した。BET は、Basic Energy systems,

ら、将来のエネルギー需給見通しなどの情報も含めて、

Economy, Environment, and End-use Technology

政策的含意を得ることができる。Z650 の検討は、これModel の略称である。

までキヤノングローバル戦略研究所の地球温暖化研究で統合評価モデルには、対象地域、経済諸変数の均衡、実施されており、そこでは、エネルギー総合工学研究所

時系列と最適化、経済部門やエネルギー部門の扱いなどの統合評価モデル（GRAPE）のエネルギーモジュールの違いにより、いくつかの類型がある。BET は、世界

（42）

が使われた

。その結果によると、Z650 の排出パスを

13 地域の経済一部門で多時点の動学的最適化を行う一実現するには、特に今世紀後半から、全ての部門であら

般均衡モデルで、エネルギー供給部門を詳細に扱える特ゆる技術を駆使した排出削減を世界全体で強力に推進す徴がある。さらに、他の同種のモデルにない特徴として、る必要があることが示される。

エンドユース技術（需要側のエネルギー利用技術）を明

一般に、統合評価モデルは、所定の前提（人口、経示的に扱う仕組みを導入している。図 2-1-15 および表

済、資源、エネルギー技術等の諸元）で、与えられた制

2-1-4 に、BET の構造およびエンドユースの需要区分と約（例えば Z650 の排出パス）に対する最適解を計算す技術を示す。

るツールである。モデルによって構成や最適解を得る仕緩和策の評価では、CO2 等の制約に対するエネルギー

組みが大きく異なり、計算結果に大きな差異が生じるこ

利用の変化やその経済影響が主な関心事である。BETとも多い。このため、計算結果の理解を深め、適切な政モデルでは、電源構成に代表される供給側の技術だけで策的含意を得るために、国際的なモデル比較研究のプロ

なく、需要側の技術も分析対象となる。計算結果の一。AR5 の社会経済シナ

例として、図 2-1-16 に、世界全体の GDP と 2050 年時

リオのデータベースは、このような研究プログラムの成点のエネルギーサービス需要に対する GHG 濃度制約の果が集約されたものである。最近では、IPCC の要請を影響を示す。この計算では、ヒートポンプ、電気自動受ける形で、2007 年に統合評価モデルコンソーシアム

車、ハイブリッド貨物車などを革新的エンドユース技（Integrated Assessment Modeling Consortium: IAMC）

術とし、それを含めるかどうかの違いを比較している。

（43）

グラムが多数実施されている

電中研レビュー No.56 ●

25

第２章

用いている。上昇した気温がほぼ一定で長期間続く傾向

表 2-1-4

第２章

エネルギー
サービス需要産業

業務

BET モデルで扱われるエンドユース技術

エネルギー

液体燃料

気体燃料

高温加熱
低温加熱

電熱加熱、
石炭ボイラ 石油ボイラ ガスボイラ
産業用HP

その他電力※1

電力

—

※1

その他固体

—

その他液体※1—

その他気体※1

—

—

石炭

—

—

—

石油

—

—

—

—

ガス

機器

電気機器

—

石油ランプ※2

—

冷房

エアコン

—

—

—

調理

電気

石炭

石油

ガス

給湯

HP給湯器

—

石油給湯器 ガス給湯器

暖房

エアコン

機器

電気機器

—

石油ランプ※1

—

冷房

エアコン

—

—

—

電気

石炭

石油

ガス

調理

※3

運輸

固体燃料

電熱加熱、
石炭ボイラ 石油ボイラ ガスボイラ
産業用IH

※3

家庭

非電力

電力

石炭ストーブ 石油ストーブ ガスストーブ

給湯

HP給湯器 石炭給湯器 石油給湯器 ガス給湯器

暖房

エアコン

石炭ストーブ 石油ストーブ ガスストーブ

道路貨物輸送 電気自動車

—

従来自動車

—

道路旅客輸送——従来自動車、
ハイブリッド車

—

鉄道※3

電力

—

石油

—

航空船舶※2

—

—

石油

—

※1加熱以外の需要は代替不能と考える。例えば、
電気化学、
モーター、
原材料等。
※2初期時点の実績との整合のみに採用されることを目的とした技術である。
※3現状モデルでは、
将来のシェアは現状レベルで固定と仮定した。

図2-1-16GHG濃度制約に対するBETモデルの試算

GHG濃度は、「ベース」
が制約なし、650、550、450が2100年時点にそれぞれのレベル（等価CO2濃度、単位ppm eq）に達する制約を課す場合。固体、液体、ガスは2次エネルギーとして使用される燃料の形態を表す。

度の改善、CO2 回収・貯留（carbon capture and storage:
CCS）、原子力、太陽・風力、バイオエネルギーが含まれる。
エネルギー強度は、単位経済量当たりのエネルギーで、値が小さいほど改善される（エネルギー利用効率が高

GHG 濃度制約が厳しくなるほど GDP ロスが大きくなるい）ことを意味する。気候政策は、特段の排出削減をが、その度合いは革新的エンドユース技術によって軽減行わないベースラインの他、等価 CO2 濃度を 2100 年まされる。エネルギーサービス需要も GHG 濃度制約ととでに 450 ppm eq ないし 550 ppm eq に抑える条件などもに減少するが、電力利用のサービスは増加する。このが設定された。分析結果は次のように集約される。

結果は、電気の利用拡大が排出削減に効果的であること

・ 世 界のエネルギーシステムの脱炭素化では、エネルを意味する。

ギー強度の改善と、電力部門の脱炭素化およびエンド

このような排出削減におけるエネルギー技術の効果

ユースの電化が確固たる変革となる。

は、モデル間比較のプログラムでも多数検討されている。

・ 鍵 となる技術の中では、負の排出をもたらす CCS と代表的なモデル比較の一つに、米国 Stanford 大学が主

バイオエネルギーの組み合わせといった、効果が多方

催する Energy Modeling Forum（EMF）が挙げられる。

面におよぶ技術が最も重要。

EMF では様々なテーマで多数のプログラムが実施され・ 変革規模が大きくなる 450 ppm eq の条件では、利用ており、各プログラムは実施順に EMF を冠した番号が可能な技術の違いによって、実現可能性（解が得られつけられている。このうち、当研究所の BET モデルもない場合あり）やコストが大きく異なる。

（45）

参加した EMF27 の成果

は、AR5 の緩和シナリオの評価で多数引用された。

AR5 の緩和シナリオの評価においても、需要側の観点から、既存のエネルギー源の低炭素化とともに、電気利EMF27 では、18 個の統合評価モデルが参加して、技用の増加などを通じた低炭素燃料の利用拡大に言及して

術と気候政策の異なる条件を組み合わせた 30 程度のシおり、そこでは当研究所の成果も根拠の一つとなっていナリオ計算が実施された。技術条件には、エネルギー強る（46）,（47）。当研究所では、エネルギー強度の改善にも注

26

目しており、EMF27 の多数のモデルについて次の傾向があることを分析している

。

ともある。
BECCS は統合評価モデルで最も検討が進んでいる CDR・ 450 ppm eq の条件では、エネルギー強度の改善率が手法である。当研究所の BET モデルでは、図 2-1-17 に示

2010–30 年の期間に 1 年当たり 2.3%（モデルの範囲はすように、バイオマス資源量の仮定の違いによって、経全体で 1.3–2.9%、地域別・部門別では拡大）となり、済最適な排出パスが大きく変わる結果が得られた（52）。資

過去の実績（年率 1.3%）と比べて非常に大きい。

源量の制約が最も厳しい場合、2050 年の CO2 排出量は・ この改善率は、CCS が利用できないといった技術的な2000 年比 50% の水準を下回り、CO2 価格（排出削減の制約があるとさらに大きくなり、省エネに過度に期待限界費用）は 2100 年までに 1 tCO2 当たり 3000 ドルをすることになる。

越える。これに対し、土地利用競合等に楽観的な仮定を・モデル間の違いの中で、例えば、輸送部門においては、

おく場合、2050 年の排出量は 2000 年の水準を若干下回

所定のエネルギー効率を達成するために、一般均衡型

る程度となり、2080 年以降の排出量が負になることでのモデルはサービス需要を減らす傾向があり、部分均相殺される形となる。この場合、2100 年時点の CO2 価

衡型のモデルは技術の代替を指向する傾向がある。

格は 1 tCO2 当たり 1000 ドルに抑えられる。

実際のエネルギー強度の改善では、技術の普及を妨げる

BECCS 等の CDR 手法は、所定の累積排出量を達成

様々な障壁やエネルギーサービス価格の低下に伴う需要する排出パスの選択に柔軟性をもたらすが、その導入はの増大（リバウンド効果）が生じる。EMF27 のモデル

確証されてはいない。BECCS も要素技術の開発は進めでは、これらの効果がある程度現実的に扱われている。

られているがシステムとしては未完成である。バイオマ

450 ppm eq のような 2100 年時点の濃度レベルは、基スの大規模利用には生産性の向上や土地利用の競合など

本的には、その時点までの累積 CO2 排出量に依存する。

の課題もある（53）。

したがって、途中の時点（例えば 2050 年）の排出量の多寡によらず、2100 年時点で累積排出量が同じであれ
ば同程度の濃度レベルとなる。EMF27 の異なる技術と気候政策（2100 年時点の濃度レベル）を組み合わせる
設定は、与えられた技術オプションで、気候政策で制約される累積 CO2 排出量を満たす経済最適な排出パスを見出す問題と捉えられる。当研究所の BET モデルでは、CCS が利用できない条件では、450 ppm eq に対する最適解は得られなかった。この結果は、450 ppm eq の達成が相当困難であることに加え、技術の利用可能性に
よって排出パスの選択に柔軟性があることを示唆する。
CCS はバイオエネルギーと組み合わせることで原理的には負の排出を実現できる（49）。この可能性をどの程度想定できるかによって、2050 年といった途中の時点の削減量は大きく左右される。負の排出は、大気中か

図2-1-17

所定のバイオマス資源量で450 ppm eqのGHG濃度の制約に適合するCO2排出パス

2100年時点のバイオマス利用可能量は、標準設定では年間約460 EJ（土地利用競合等に楽観的な仮定をおく場合）、下限の20%の設定では年間100 EJ（廃棄物
系バイオマスの利用に限定する場合）。

ら CO2 を除去することを意味し、その手段は carbon
dioxide removal（CDR）と総称される。その代表例がCCS 付きバイオマス発電で BECCS と呼ばれる（BE は（49）bioenergy の略）。他の CDR には大規模植林や、空気中の CO2 を直接回収・処分する技術などがある。CDRの手法は、規模によっては、従来の緩和策と区別して、
（50）
（51）
,
気候工学（ジオエンジニアリング）と分類されるこ

電中研レビュー No.56 ●

27

第２章

（48）

コラム 1: 地球システムモデル

第２章

人間活動によって排出された CO2 が海洋や陸域生

大きく、可能性の高い（66% 超）範囲が 1000 GtC

態系に吸収される割合は、気温が高くなるにつれて当たりの温度上昇で 0.8℃から 2.5℃の範囲と評価さ減少する。このため、CO2 排出に起因する気温上昇れている。また、気候炭素循環フィードバックの符は、大気に残る CO2 の割合が増加することで、さ号が正、すなわち気温上昇によって自然の CO2 吸らに大きくなる。この効果は気候炭素循環フィード

収率が減少し、排出された CO2 がより多く大気中（1）

バックと呼ばれる 。

に留まることが、高い確信度で評価された。

このような気候変化と炭素循環の間の相互作用を

このように気候と炭素循環に関する科学的理解は評価するために、従来の気候予測に利用されている

深まっているが、炭素循環は温暖化予測の新たな不大気海洋結合モデルに、地球規模の炭素の循環を表

確実要因と認識されるようになった。当研究所では、す生物地球化学過程を結合した地球システムモデル

地球システムモデルを用いて、長期の気候安定化に（図 1）の開発が進んでいる。この生物地球化学過

ついて、特に CO2 排出がゼロになった後の気候の程には、植生による生産活動、微生物による有機物復元に着目して、検討してきた（3）。ゼロ排出すなわの分解、海洋による CO2 の吸収や放出、海洋生態

ち累積排出量が一定の状態では、大気 CO2 濃度は系による有機炭素の沈降分解など、様々な過程が含長期的に低下するが、気温は大気 CO2 濃度の変化まれる。地球システムモデルによって、炭素循環過から期待されるほどには低下しない。これは CO2 濃程を含めた気候変化やその不確実性の要因などに対度による放射強制力の低下と海洋の熱吸収による気する科学的理解の向上が期待される。また、CO2 排候の慣性が相殺するためと理解され、その度合いは出量から大気 CO2 濃度や気候の変化を詳細に評価

地球システムモデルの特性によって異なる（4）。また、できるようになり、温暖化緩和策の検討で基盤とな

長期的な気温変化の傾向は、累積 CO2 排出量を一る科学情報がさらに充実してきた。

定とした場合の排出経路にほとんど依存しないこと

2013 年に発表された IPCC WG1 AR5（2）では、地も確認している（5）。これらの結果は、累積 CO2 排出球システムモデルを用いた一連の研究から、累積量が長期的な気候安定化を特徴づける重要な指標で

CO2 排出量と気温変化がほぼ比例関係にあることをあることを示唆している。

報告している。ただし、その比例定数の不確実性は

枠と矢印は要素モデルと要素モデル間の物理量の交換を表す。実線は大気海洋結合モデルの要素で、点線は地球システムモデルに組み込まれる生物地球化学過程の要素を示す。

図128

地球システムモデルの概念

コラム 2: 海洋生態系モデル
将来の環境変化は、正味の影響として一次生産を（CO2）の約 1/3 は海洋が吸収してきたと考えられどちらの方向に変化させるのであろうか ? 複合的な

（1）

第２章

産業革命以降に大気中に放出された二酸化炭素ている 。そのため、今後、海洋が大気中の CO2 を

要因を定量的に評価するため、海洋生態系モデルをどの程度吸収するか明らかにすることは、温暖化を,用いた温暖化実験を行った（2）（3）。産業革命前の状態予測する上で重要である。当研究所では米国大気研からモデルを駆動し、高排出シナリオ（RCP8.5）の究センターと協力して、海洋の生物活動や化学物質

条件で 2100 年までの計算を行った（図 1）。その結果、の循環を計算できる数値モデル（海洋生態系モデル）

一次生産は低緯度域で成層化により減少、高緯度域を開発し、海洋の CO2 吸収量変化の予測を行ってでは水温・光環境の改善により増加した。正味の影いる。

響として 2090 年代の一次生産量は 1990 年代と比べ海洋の表層では、光合成により植物プランクトン

6% 減少すると予想された。このような結果は世界が海水中の CO2 を固定し（一次生産）、その死骸が各国のモデルの結果からも得られており、一次生産

有機炭素として沈降することで、海洋の深層へ炭の減少量は 1–10 % 程度と予想されている（4）。温暖素を輸送している。海洋の深層へ輸送された有機炭化に伴う環境の変化は生物ポンプの働きを弱め、他

素の大部分は分解されて無機態に戻るが、深層水がの条件が同じであれば、温暖化を加速させる可能性

表層に戻るまでには百〜千年の時間を要することかが高い。

ら、長期に渡って大気から CO2 を隔離する。この海洋の一次生産量変化の予測には、多くの不確実性

炭素の輸送過程は駆動力が一次生産であることからが残されており、さらなる研究が必要である。例えば、生物ポンプと呼ばれている。海洋の CO2 吸収量変我々の結果では東部赤道太平洋域で一次生産が増加し化を予測するには、駆動力である一次生産の変化をていたが、他のグループの結果では減少していた。こ

予測することが大切になる。

の違いを調べたところ、我々の結果では、温暖化に

海洋の一次生産量は、主に水温や光、溶存栄養物

伴う海流の変化が栄養物質の一つである鉄の供給を質の濃度により決まる。温暖化すると、水温の上昇増加させているためであることが分かった（2）。モデル

や海氷の融解により海面に届く光量が増え、水温や間の結果の比較による不確実要素の洗い出しと、観光の条件は改善すると予想される。一方、表層水温測データとの比較によるモデルの妥当性の検証によの上昇や海氷融解による表層水の低塩分化は、鉛直り、海洋の CO2 吸収量の予測を精緻化することが、の密度差を増加させ（成層化）、深層水との混合を

温暖化予測の不確実性の低減に不可欠である。

減少させる。栄養物質は深層水に豊富に含まれることから、栄養物質の条件は悪化すると予想される。

正の値は、将来一次生産が増加することを表し、黒点で示された領域は鉄循環の変化が生産の増加を駆動していることを意味する。

図1‌海 洋生態系モデルで再現された、1990 年代の一次生産量の分布（a）と、高排出シナリオ（RCP8.5）における（2）
2090 年代と 1990 年代の一次生産量の変化（b）

電中研レビュー No.56 ●29

コラム 3: 海洋酸性化

第２章

海洋酸性化は大気 CO2 濃度の増加により引き起こ

当研究所では、海洋における食物網の起点であり物される新たな環境問題として認識されつつある。人

質循環の駆動力となっている植物プランクトンへの為活動により大気 CO2 濃度が増加すると、大気と接海洋酸性化の影響を室内や現場での培養実験によりしている表層海水への CO2 溶解量が増加する。CO2,
評価し（1）（2）、その成果を発表してきた。現在は、海は弱酸性を示す気体であるため、CO2 溶解量の増加

洋酸性化と同時に進行すると考えられる水温上昇やは海水の pH を低下させる。外洋海域での定点観測

溶存酸素濃度の減少をも加味した影響評価研究が実結果から、表層海水の CO2 分圧は大気 CO2 濃度と施されつつあり、当所でも海洋酸性化と水温上昇の同程度の速さで増加していることが明らかとなって

複合影響評価に取り組んできた。2016 年 5 月にオーいる（図 1）。将来の大気 CO2 濃度の増加はさらなストラリアで開催される次回会議では、これらの複る pH の低下をもたらすことになり、CO2 排出シナ合影響に関する新たな知見が数多く報告されること

リオによっては 2100 年時点で海水 pH が 7.7 まで低が期待されている。

下する可能性もある（表 1）。pH とは、水中の水素

IPCC WG2 AR5（3） では海洋酸性化の生物影響にイオンのモル濃度を逆数の常用対数で示したもので関する最新の知見が取り纏められ、当所の成果の一あり、pH が現在の 8.0 から将来 7.7 まで低下したと部も引用され貢献したが、海洋生物への影響を総合すると、水素イオン濃度は約 2 倍に増加することを的に理解する上では知見がいまだ十分ではないこと意味する。現在観測されている pH 低下速度は、過が示された。今後は生物や物質循環への影響の知見

去の地球環境の変遷のなかでも極めて大きなものでを充実させるだけでなく、モデルなどを活用した海あり、海洋生物に種々の影響をもたらすことが懸念

洋生態系への影響評価が求められている。

されている。
海洋酸性化の現状とその生物影響を解明するための研究は世界中で活発に進められている。例えば、

表1 水‌ 温 20℃、塩分 35、全アルカリ度 2350μmol/kgを仮定した海水が大気成分と平衡状態にある場合の、
大気 CO2 濃度と海水 pH の関係

最新の研究成果は 4 年毎に開催される国際シンポジ

大気 CO2（ppm）

海水 pH（total scale）

年代

ウム「The Ocean in a High-CO2 World」において

280

8.17

産業革命前

400

8.04

現在

550

7.93

2100年
（RCP4.5）

650

7.86

2100年
（RCP6.0）

900

7.74

2100年
（RCP8.5）

発表されてきた。会議での研究発表件数は回を追うごとに飛躍的に増加しており、この分野が近年の海洋研究のトピックの一つであることを示している。

米国 The Carbon Dioxide Information Analysis Center（http://cdiac.ornl.gov/）の公開データを使用。

図130

ハワイ沖の観測定点における大気 CO 2 濃度、海水 CO 2 分圧、および海水 pH の時系列変化

2-2 電気事業への影響（2） 安定供給における電力設備への影響

2-2-1 概説

中で、地球温暖化の影響にも適切に対処することが求められる。当研究所ではこの問題に早くから注目し、地球（1） 温暖化の適応策の役割

温暖化がわが国の電気事業におよぼす影響を分析し、適気候安定化に向けた CO2 排出削減が実現できたとし,応策の考え方を示してきた（1）（2）。さらに、影響項目の中ても、その効果が現れるまでには時間がかかる。したがっから電力供給設備に注目して、具体的な対応策を議論して、今後の排出シナリオによらず、今世紀半ば頃まではてきた（3）。以下では、文献（3）に基づいて、電力供給設備

同程度の温暖化が進行する。このような不可避の気候変における温暖化リスクと対応戦略を概観する。

化に対処するため、各種の適応施策が必要となる。CO2
排出削減が計画通りに進まない場合や、オーバーシュー
トシナリオの考え方で排出削減が遅れる場合は、適応策の役割がさらに重要になる。
予想される気温上昇には、気候感度などの不確実性が■緩やかな気候平均量の変化が電力施設に及ぼす影響
海面水位上昇＋降水量変化海面水位上昇＋台風強大化

海水温上昇

降水量変化

気温の上昇

地盤安定性
の低下

高潮による
発電所被災

冷却水温の上昇

出水量の変化

融雪の早期化

火力・原子力発電効率の低下含まれる。気候感度は長年にわたる重要な研究課題の一つであるが、現状では、気候感度が想定以上に高い場合に備えるリスク管理も求められる。
現実の気温変化には、自然起源の外的要因や、気候シ
ステム内部の変動も加わる。数十年規模の変動によって、ある時期に急激な気温上昇が生じる状況や、逆に気温上昇が抑えられる状況もあり得る。いずれにしろ、長期にわたる人為的な気候変化と自然の気候変化・変動を合わ対策技術の検討

水力発電量の変化

運用の検討■極端現象の増加が電力施設に及ぼす影響（不確実性が高い）
異常高温
の出現

雪質の
変化

機器の 着氷雪荷重
寿命縮小
の変化

送電設備の
対策技術の検討

降雪強度
の変化

台風の
強大化

雷頻度
の増加

豪雨発生数 異常出水
の増加
増加

雪害地域
の変化

塩害・風害
の増加

雷害の
増加

土砂・流木 ダム堤体や
の増加
設備損傷

送配電設備の保守運用の検討

水力設備の保守・対策技術の検討■自然エネルギーの大量導入に伴う影響

せて、気温上昇とその不確実性を定量化する必要がある。

風系の変化

日射量の変化

気温の上昇

天候不順の長期化

適応策は、地球温暖化のためだけの施策ではなく、既存

風力発電出力の変化

太陽光発電出力の変化

太陽光発電効率の低下

稼働率低下の防災や水資源管理などの施策に統合化されるべき性質のものである。したがって、人為起源、自然起源の区別によらず、気候変化・変動に対処し適応するための施策は、同一の枠組で検討されるべきである。これは、地球
温暖化対策の主流化、すなわち様々な施策の中で地球温長期的・順応的な対応

予備電源の確保・対策技術の検討※懸念される事項を抽出したもので影響度合いが正確に予測されているものではない。

図 2-2-1‌電 力安定供給への潜在的な温暖化影響リスク（ 出 典「 電 気のチカラ」 エネルギーフォーラム2010 年 4 月 : 図Ⅱ-29 より転載）

暖化対策を一定程度位置づける考え方に通じる。
適応策の検討には、地域毎の詳細な気候予測が必要と安定供給の観点では、図 2-2-1 に示すような潜在的ななる。また、気温や降水量などの気象要素の平均的な変リスクがある。これは、気候影響に関する既往のイベン化に加え、それらの変動の大きさや、極端な変動を引きトツリーや専門家へのヒアリングを基に、再生可能エネ

起こす事象の頻度や大きさが問題となる。このような局

ルギーの利用拡大も考慮して、電力設備の健全性に関わ所的な変動や極端現象に関する気候予測は、自然変動のる主要なリスクを整理した結果である。個別の事案につ影響が大きく、気候モデルによって定性的、かつ定量的いての影響の度合いはそれぞれ異なるが、対策は既存のにも異なることがあり、不確実性が大きい。地域規模の安定供給を確保するための施策の延長線上にあり、必ず気候予測は、今後の研究の進展が期待される分野である。

しも特別な対応が必要となるわけではない。前述のよう

当研究所の取り組みについては 2-2-2 節で述べる。

に、既存の様々な施策の中に、地球温暖化対策の観点を取り入れる主流化の考え方が基本となる。
個々の設備に影響をおよぼす気候の要因は、気温や海電中研レビュー No.56 ●

31

第２章

電気事業においては、CO2 等の排出削減を進めていく

第２章

面水位などの平均値の変化と、台風、豪雨、異常高温、

近の過去の気象場を、5 km、1 時間間隔の高解像度で再および雷の発生頻度といった極端現象の変化に分けられ現しており（コラム 4 参照）、さらに、気候予測モデル

る。前者は緩やかに進行する変化であり、その影響を早の出力の力学的 DS を計画している。力学的 DS は、現い段階で検出して、計画的に影響を軽減・回避すること

在の気象予測でも行われている手法であり、気象モデルが重要である。その際、例えば、海水温（冷却水）の上の進歩とともに精度の向上も期待できる反面、莫大な計

昇によって発電効率が低下する懸念については、当研究算量を必要とする。特に、稀にしか起こらない極端現象（4）

所の評価ツールを活用できる。

一方、極端現象については、不確実性が大きく信頼できる予測結果を得ることが難しいが、自然変動の振れ幅の頻度を精度よく推定するために見掛けのデータ期間を増やすアンサンブル手法を用いるような場合には、その計算量はさらに大きな問題となる。

の拡大が懸念されている。このため、現状の極端現象に力学的 DS に対して、過去のデータの統計的関係に基伴う自然外力に対して電力設備をより強固にすることをづき、全球モデルで表現される広域場から地域的気象

基本に、将来想定される自然外力にも対応できる運用技場を推定する手法は統計的ダウンスケーリング（統計的術や監視・保守体制の強化に向けた取り組みが必要であ,DS）と呼ばれる（7）（8）。統計的 DS では、力学的 DS に比る。これは温暖化対策の主流化の考え方に合致するもの

べて極めて少ない計算量で推定結果が得られる反面、極で、その際、当研究所の保有する様々な技術（塩雪害・,
端な値の再現は難しく、文献（7）（8）でも平均的な気候の議

雷害対策、地盤安定性評価、出水解析など）が、温暖化論にとどまる。そのため、極端現象の強度や頻度の温暖リスクの低減や実際の被害軽減に役立つ。2-2-3 節では、化影響を予測するためには、単純な統計的手法にとどま

気候の外力が支配的となる送配電設備と水力設備、およらない経験的手法や、気象要素の物理的関係性に着目しびその周囲の生態系における影響と対策について述べた手法が提案されている。

る。

本小節では、そのような手法のなかから、当研究所で開発した手法やその適用結果を紹介する。

2-2-2 影響評価のための詳細な気候予測情報（1） 統計的 DS 手法による確率予測
地球温暖化の影響や適応策を検討するには、平均的な

通常の統計的 DS では、広域場（説明変量）と局所

気候よりも、むしろ熱波・豪雨・強風などの極端な現象

的な値（目的変量）の関係は、重回帰やその派生的なの強度や頻度の変化の予測が重要である。極端な現象に形で定式化されるが、そのほとんどは標準誤差が一定

は、時間的に数時間以下、空間的には数十 km 以下のスであることを暗黙のうちに仮定したものになっている。

ケールのものが含まれる。ところで、気候変化予測には、

しかし、実際には標準誤差は気象場の状態に大きく依

通常 2-1 節で述べたような全球気候モデルが用いられる

存することが経験上示唆される。当研究所では、このが、その出力データの空間解像度は 100 km 程度、また標準誤差の変化に着目して、推定対象（目的変量）の時間的にも 1 日に 1 回程度、高頻度でも 6 時間毎までと確率密度関数（Probability Density Function: PDF）をなっており、そのままでは、前述のような極端現象の情推定する手法を開発した（9）。本手法は、九州の気象官署

報抽出は難しい。そのため、全球気候モデルの出力からにおける日降水量や同じく九州の河川の流域平均日降時間・空間的に細かい現象に関する情報を抽出するため水量を対象として、過去のデータに基づく検証により、に、様々な手法が提案されており、それらは一般に「ダ観測値の分布と矛盾ない気候的 PDF が得られるというウンスケーリング」と呼ばれる。

優れた特性を有することが示されている（10）。本項目でダウンスケーリングで最もオーソドックスなのは、力は、本手法の概要と、これを過去の気候的 PDF の推定や、学的ダウンスケーリング（力学的 DS）と呼ばれるもので、気候モデルに基づく将来の豪雨強度の変化推定を行っ全球モデルの出力を境界条件として、数十 km 以下の格た結果を示す。

子の気象モデルを用いて高解像度の気象場を推定する方,法である（5）（6）。当研究所では、この方法を用いて日本付

32

a. 確率密度関数推定手法を最大化するように、係数 a1 j , a2 j（超パラメータ）を決定する。式（2-2-4）より明らかなように、この最大化問的状態を表す説明変量と局所的な状態を表す目的変量の題は、非線型の逆問題（∂L/∂a1 j , ∂L/∂a2 j=0）であるため、関係を過去のデータの組から統計的に導出する部分と、

ニュートン法に基づく繰り返し計算を用いて解く。得ら② 新たな説明変量の値に対して目的変量の値を推定すれた係数 a1 j , a2 j と式（2-2-1-2）、（2-2-1-3）に基づき、説る部分より構成される（図 2-2-2）。但し、ここで用い明変量の値に対応するμ , σの値が得られ、PDF は式

た手法では、推定対象が目的変量そのものではなく、目（2-2-1）の形で推定される。このようにサンプル毎に推（9）的変量の PDF を決定するパラメータという形になる 。

定される PDF を対象期間平均することで、その期間の例えば、目的変量 y の PDF モデルとして正規分布を用い、気候的 PDF が推定される。

そのパラメータである期待値μと標準偏差σを説明変量
b. 流域平均日降水量の PDF 推定

x の一次関数で表す形をとる。
P（y;x）=

［（

1
exp
σ 2π

−

1
2

y −μ
σ

）］
2

（2 - 2 - 1）

Σa x

1j j

（2 - 2 - 2）

Σa x

（2 - 2 - 3）

μ = a10 +σ = a20 +

j

j

2j j

統計的ダウンスケーリングでは一般に、説明変量として過去のデータと対応のつく低解像度データを用いて推定式を構築する。ここでは、気象庁と当研究所の共同研究として実施された JRA-25 長期再解析（JRA-25）の結果を用いた。JRA-25 での解析方法や結果の特性については文献（11）〜（13）に詳しい。目的変量が日降水量であるこ

ここで、a1 j , a2 j は、超パラメータで、推定式構築の処とに対応して、説明変量は JRA-25 の出力のうち 1 日サ

理での推定対象である。推定は最尤推定法（Maximum

ンプル（1 日平均値または 1 日積算値）のものに限定した。

Likelihood Estimation: MLE）の原理に基づく。すなわち、

流域日降水量はレーダーアメダスのデータから推定し、更に AMeDAS データに基づき対象期間 1988–2008

全サンプルにわたる平均対数尤度

Σlog [ P( y ; x ) ]

L=

i

i

（2 - 2 - 4）i

JRA-25(,)(JRA-25,)

年までの 21 年間が均質になるよう補正を行なった。
まず、説明変量（JRA-25 データ）と流域平均日降水(

PDF
P(y) N(,)

PDF
P(y) N(

,

)

)

PDF
P(y)
P(y,i)/N

図 2-2-2

PDF 推定モデルの概念

過去のデータに基づきPDF 推定式を構築する。構築した式に、説明変量を当てはめて、日々のPDFを推定する。
更にこれを平均することで気候的 PDF を得る。

電中研レビュー No.56 ●

33

第２章

一般的には、統計的ダウンスケーリングは、① 大域

第２章
図 2-2-3

流域平均日降水量の PDF の推定例（流域 A、7 月）

左は対象期間を通じての気候的 PDF、右は観測値が 301.7 mm となった 1993 年 7 月 17 日の PDF。
横軸は日降水量、縦軸は確率密度。実線、破線はそれぞれ本手法及び、重回帰による推定。ヒストグラムは観測の頻度を表す。

[mm 1]

確率密度

現状（1985-2005）
将来（2040-2069）
観測（1988-2008）

日降水量
［mm］

図 2-2-4

日降水量［mm］

気候モデルの出力より推定した流域平均日降水量の気候的確率

流域 B（737 km ）7 月の気候的 PDF（左）の推定結果とこれを積分することで得られる超過確率（右）を示す。実線、破線はそれぞれ現状再現（1985–2005 年）及び、将来予測（RCP4.5 シナリオによる 2040–2069 年）に対する推定、ヒストグラムは観測の頻度（PDF のみ）を表す。超過確率について、50 年（7 月のみ）に 1 回の頻度に相当する確率を水平線で示す。この頻度に対応する降水量の将来の増加率は、解析した 20 の流域の平均で 20% と推定された。
2量の関係式を構築し、次に、その関係式に JRA-25 のデ

低頻度の豪雨の領域での表現に優れることがわかる。

ータを適用して日々の PDF 推定を行ない、更に対象期
間平均により気候的 PDF を推定した。得られた PDF

c. 温暖化による極端降水の変化予測の例を図 2-2-3 に示す。同図右は、大きな流域平均日降

気象研究所の気候モデル MRI-CGCM3（14） による温水量（301.7 mm）を記録した 1993 年 7 月 17 日の例で

暖化予測結果（空間解像度約 120 km）を用いて、九ある。本手法と重回帰手法では、期待値の推定はほぼ同州の主要河川 5 水系 20 流域における日降水量の、現じになっているが、標準偏差について、本手法では重回状再現時と将来予測時（全球平均気温上昇 1.1 ℃）の

帰に比べ大きな値を推定しているため、観測値に対応す

PDF を推定した。図 2-2-4 にその例を示す（15）。左は面る PDF の値、すなわち尤度が大きくなっている。これは積 737 km2 の流域の現状再現と将来予測の推定 PDF を、本手法の優位性を示すものである。同図左は、個別の日

右はこれを積分することで得られる超過確率を示す。後の PDF を期間平均した気候的 PDF であるが、本手法で者においては 50 年に一度の頻度に相当する確率を横線

は大きな降水でも PDF が極端に小さくなることはなく、で示したが、これに対応する降水量（再現期間 50 年の34グリッドデータを使用した。再解析データには、JRA-は約 240 mm に増加することが示されている。また、推25 の改訂拡張版として気象庁で作成された JRA-55 長

定した九州の 20 の流域のいずれにおいても、将来の極期再解析（18） の日平均データを用い、降水量には雨量

端降水の頻度が増加する結果が得られている。当研究所

計観測から得た日降水量データをもとに作成されたでは、今後、複数の気候モデル出力について同様の解析

APHRODITE’s Water Resources プロジェクトによるを行い、将来変化の予測の信頼性を評価するとともに、

解像度 0.25 度の高空間分解能日降水量グリッドデータ（19）

対象を日本全国の流域に広げて、豪雨増加率のマップ化を使用した。気象場として JRA-55 の 850-hPa 東西風、を計画している。

南北風、相当温位、200-hPa 気圧面高度場の 4 要素を入力ベクトルとし、日平均の気候値からの偏差（1958–2011（2） 極端気象のパターン抽出

年の気候値からの差）にノード数 12 × 12 の SOM を適

豪雨の長期的な変動と将来的な変化に関する情報は防用し、さらにその結果をクラスター解析により分類した。

災・インフラ設備の被害軽減や維持管理に有用である。

相当温位とは、水蒸気を含む空気塊の断熱過程で一定値

特に、梅雨前線の強化等に伴って生じる豪雨・洪水は、となるように定義された温度で、大気の状態の不安定性

河川周辺・ダム設備の防災・運用・保守管理などに多大を捉えるのに適している。また、上空の気圧面高度場はな影響を与えている。設備に大きな影響を与える洪水の偏西風の蛇行などの影響を捉え、下層の水平風は気圧配発生には、数日程度の広域スケールの気象場と関係して置の代替になるとともに、熱帯からの影響を捉えるのにいることが多い。当研究所では、自己組織化マップ（Self-

適していると考えられる。

Organizing Map: SOM）と呼ばれるニューラルネットワー

SOM による解析の結果、マップ上において、強い降クの手法を用いて、梅雨期における広域気象場の変動パ

水（日降水量 150 mm）が頻繁に発生する気象場が見らターンの分類を行い、広域気象場と降水との関連性を地れた。これら豪雨イベントと比較的関連性が深いと考え

（16）
（17）
,

。

られる、7 個のクラスターを豪雨に関連した気象パター

解析には全球再解析データと高解像度の日本域降水ン（Clst1–7）として抽出した（図 2-2-5）。各豪雨パター域的な差異や長期的な変化傾向の観点から調査した

豪雨に関係した代表的な気象場

図 2-2-5

豪雨（150 mm/day）の発生と関連が深い SOM 上の気象パターンの分類

気象パターンの分類は、規格化された日平均の 850-hPa 相当温位（陰影）、200-hPa 気圧面高度場（等値線）、
および 850-hPa 風速（矢）の偏差による。文献（16）Fig. 2 から引用。

電中研レビュー No.56 ●

35

第２章

確率降水量）は現状での約 190 mm に対し、将来予測で第２章（文献（16）Fig. 4 から引用。）

図 2-2-6

パターン別の平均降水量偏差（a）と日降水量 150 mm の豪雨イベントの発生率（b）

図 2-2-7

豪雨パターンの発生頻度（a）と豪雨イベントの発生頻度（b）の時間変化

豪雨パターンの発生頻度は、分類種別毎の 5 年移動平均、豪雨イベント（日降水量 150 mm）の発生頻度は、全データの集計と 60 地点のデータの集計から、5 年移動平均（赤色と青色の線）および年別値（灰色と黒色の棒）を示す。文献（16）Fig. 8 から引用。

ンは主に湿潤空気の流入方向によって特徴付けられる。

と Clst4 がより卓越する期間が現れている。図 2-2-7 で

例えば、日本の東側下層に高気圧偏差が張り出す

は、豪雨イベントの増加が 10 年程度の期間に起きておClst1 では、その南西部から湿潤空気が流入して、九州り、その期間に特定の気象パターンが支配的となる傾向

から四国・中国地方で豪雨の発生頻度が高くなる（図が見られる。1980 年代の豪雨増加期は Clst2、4 が支配

2-2-6a）。

的である。その後の 1995–2000 年あたりは Clst3、4 が、

本豪雨パターンの長期的な変化傾向を把握するため

2000 年代後半は Clst2、5 が目立っている。このようなに、過去 54 年間の各パターンの発生頻度を豪雨イベ

梅雨期に豪雨をもたらす場の顕著な変化は、熱帯太平洋・ントの頻度と比較する（図 2-2-7）。1970 年代後半まで

インド洋における海面水温変動のレジームシフトなどには Clst7 が比較的卓越していたものの、それ以後 Clst3

関係すると考えられる。

36

以上のように、日– 週規模の気象場の変動の中で生じの方式を用いている。
図 2-2-8 に、日本近海を含む緯度帯別に、現状気候の複数の豪雨パターンが見出された。このような豪雨パ

熱環境で計算した MPI と実際の台風の最低中心気圧のターンの長期変動は、将来の豪雨イベントの頻度を予測

年変化を比較する。ここで、現状気候の熱環境は JRA-するための重要な手掛かりとなる。

25 長期再解析の月別気候値（1979–2004 年平均）
、実際の台風は気象庁の 1951–2010 年のベストトラックデータ（3） 台風に伴う強風と豪雨の評価（事後解析を経て最終的に確定した中心気圧等のデータ）

電力設備の構造設計等で台風に伴う強風や豪雨が基準である。実際の台風は必ずしも MPI の強度まで発達すとなる場合、その地球温暖化による変化を耐用年数に応るわけではないが、その中心気圧の下限値は MPI で概じて考慮する必要がある。設計の基準となるような過去ね包絡される。ただし、6–7 月の台風シーズンの早い時最強クラスの台風は、局所的で非常に稀な事象であり、期は、低緯度で MPI の強度に達する台風がほとんど観自然の変動が大きい。このため、地球温暖化による将来測されていない。この時期の熱環境は台風の発達に適しの台風の変化は、ダウンスケーリング等の通常の手法でているが、他の力学的な条件（大規模の風系）が発達を評価するのが難しい。この問題に対し、当研究所では、妨げていると考えられる。また、9 月以降の台風シーズ

最大潜在強度（Maximum Potential Intensity: MPI）とンの後半には、実際の台風の中心気圧が MPI の値を下呼ばれる台風の発達限界を定量化する理論を基にして、回るものがいくつか見られる。これは、MPI の精度の地球温暖化による強風や豪雨の変化を評価する手法を開問題の他に、台風が発達しながら北上する場合に、図に

（20）
（21）
,

発してきた

示す比較では南方の高水温域での発達が反映されず、見。

MPI は、与えられた熱環境（海面水温や上空の気温

かけ上 MPI が過小評価されることが関係する。なお、分布）に対し、最大風速や最低中心気圧で表される発MPI では力学的な条件が考慮されないが、気候モデル

達限界を定式化したものである。その理論的枠組みは、計算等の MPI 以外の手法でも、その効果を地球温暖化

地球温暖化の問題が注目され始めた 1980–90 年代に、の観点で評価するのは難しいのが現状である（25）。

,
Emanuel（22）（23）と Holland（24） によって、それぞれ異なる

Holland の MPI は、与えられた海面水温と上空の環境方式が提唱された。当研究所の評価手法では、Holland

気温に対し、台風の発達に関わる熱力学的な過程に基づ

図 2-2-8

西部北太平洋の日本近海を含む緯度帯別 MPI 気候値の年サイクルと観測された台風の最低中心気圧の比較
陰影部は年々変動の標準偏差の幅（± 1 倍）
。観測は気象庁の 1951–2010 年のベストトラックデータで、各台風の生涯最低中心気圧をそれが記録された地点の緯度帯の図にマーカで表示している。文献（20）Fig. A1 に基づく。

電中研レビュー No.56 ●

37

第２章

る豪雨イベントの背景場として、10 年規模で変動するいて、中心気圧の下限値を定式化したものである。海面第２章

水温が高いほど、また上空の環境気温が低いほど、MPIの指標となる中心気圧は低くなる。地球温暖化による気温上昇は、水蒸気を含む大気の熱力学的な性質により、熱帯の対流圏では上空に向かって増加する。このため、海面水温の上昇による台風の強大化は、上空のより大きな昇温によってある程度抑制されることになる。
台風は、海面水温が 26℃以上の海域で発生し、海面水温が高いほど強度が増すことが経験的に知られているが、この経験則は温暖化した環境にそのまま当てはま
るわけではない。これは、上述のように、MPI が上空の環境気温に依存すること、および熱帯対流圏の昇温の特徴から理解され、図 2-2-9 に示す MPI の計算結果から確認される。この図では、12.5–32.5N、122.5–145E の
南北 2.5 度間隔の東西平均場に対する月別の MPI から、

図 2-2-9

MPI（最低中心気圧）と海面水温の関係

12.5–32.5N、122.5–145E の月別南北 2.5 度間隔の東西平均場で、現状と温暖化した気候の MPI を計算した結果。それぞれ黒点と月別のマーカで表し、個別に線で結んでいる。温暖化した気候は、
海面水温が一律 1℃上昇する設定。文献（20）Fig. 5 に基づく。

現状と温暖化した気候で中心気圧と海面水温の関係を比較している。ここで、温暖化した気候は海面水温が一律
1℃上昇する設定とし、対応する上空の昇温は、多数の気候モデル（26）による気候予測の平均的な傾向を反映して設定している。図に示されるように、温暖化した気候
での中心気圧と海面水温の関係は、現状に対して高温側に平行移動して、気圧が低い方に若干ずれることがわかる。この気圧低下が温暖化による強度の増分であり、その大きさは海面水温の上昇量とそれに相対的な上空気温の昇温量に左右される。
以下では、日本の本土に上陸する最強クラスの台風を想定して、緯度 30N に沿った領域の 8–9 月平均の熱環境を対象に、地球温暖化に伴う MPI の変化を評価する。
現状気候の MPI は、JRA-25 気候値の熱環境に対して
944 hPa となる。地球温暖化による MPI の変化は、台図 2-2-10

台風域内の地上風分布の例

実線コンターは風速（単位 m/s）
、破線コンターは気圧深度の変化率が 6.5%
（全球平均で 1℃の昇温に相当）の場合の風速の変化率（単位 %）。

風周辺の気圧と中心気圧の差を気圧深度（δpc）として、その変化率で表す。この例では、基準となる現状気候の伴う風を考慮して、図 2-2-10 に示すような風速分布が

δpc は 65 hPa である（周辺気圧 1009 hPa）。

得られる。この風速分布は送電鉄塔などの設計外力の基

δpc の変化率は、
現状気候の δpc にほとんど依存しない。

礎となるもので、各地点の風速の変化率も δpc の変化率

したがって、例えば、伊勢湾台風（1959 年）や室戸台と対応づけられる。さらに、降水強度を評価する理論ス

風（1934 年）の事例（δpc は 80–100 hPa 程度）を基準にキーム（27）を導入すると、台風中心付近の降水強度の変して、より低頻度の極値の評価に適用することもできる。

化率も評価できる。地球温暖化による降水強度の変化

δpc は、台風域内の風速分布の特徴から、中心付近のは、大気中の水蒸気量が増加することによる熱力学的効最大風速と対応づけられ、最大風速の変化率が δpc の変果と、上昇気流が変化することによる力学的効果に分け

化率の 0.5 倍強と見積もられる。より広い範囲についてられる。δpc の変化は後者に反映される。このように δpc

は、同心円状の気圧分布を与える経験式と台風の移動にの変化率は、地球温暖化による台風強度を定量化する指38

標として汎用性がある。

第２章

図 2-2-11 に、δpc と降水強度の変化率を全球平均の地—

表温度偏差（ΔTS ）の関数として評価した結果を示す。
温度偏差の基準は現状気候（20 世紀末）としている。
—

ΔTS に相対的な海面水温や上空気温の変化は、将来予測のシナリオや時点にあまり依存しないことが知られている。したがって、図の評価では、日本付近の海面水温や—上空気温の偏差が、ΔTS に比例すると仮定している（海—面水温偏差は ΔTS の 0.86 倍）。ただし、上空気温の偏差
は気候予測に使われる AOGCM によってばらつきがあり、δpc を大きく左右する。このため、多数の AOGCMの平均を最良推定値として、昇順に並べて 25–75% に相当する範囲を不確実性の幅としている。
—

δpc は ΔTS が大きくなるにつれてやや非線形的に増加する。ただし、上空の気温偏差に関係する不確実性は非常に大きく、温暖化で強度が若干弱まることを示すマイナスの値から、最良推定値の 2 倍程度の範囲におよぶ。
降水強度の変化率も同様の傾向であるが、δpc と比べて変化率が大きくなり、不確実性の幅は相対的に小さい。
これは、降水強度の変化に台風強度と関係しない熱力学的効果（図中の一点鎖線）が含まれることによる。図に—は、代表的な値として ΔTS が 1℃と 2℃の場合の変化率を明示している。最良推定値はそれぞれ δpc が 6.5% と14.2%、降水強度が 9.3% と 19.7% である。

図 2-2-11‌気 圧深度および降水強度の変化率と全球平均の地表温度偏差の関係

評価対象は 29–31N、127–139E の 8–9 月平均の熱環境で、その海面水温偏差（追加の横軸）は全球平均の地表温度偏差の 0.86 倍に設定。

—

ΔTS は、地球温暖化の予測情報の中で最も基本となる変量である。様々なシナリオの任意時点における台風強—度の変化は、それぞれの ΔTS を基に定量化でき、ダウン—

スケーリング等の他の手法による評価結果とも、ΔTSを介して相互に比較できるようになる。これまでの国内—が、ここでの理論的な手法との比較から、先の事例では豪雨の頻度が変化していることが示唆される。
MPI は熱環境のみに注目して現実の台風の発達の仕の気候変化影響では、21 世紀末の ΔTS が 2.6℃程度の気組みを単純化したものであるが、地球温暖化に対する適候予測（A1B シナリオの CMIP3 モデル平均）が基になっ応策を具体的に検討するための有用な手法である。特に、ていることが多い。この場合、図 2-2-11 より、日本付

注目する地域の δpc や降水強度の変化率を ΔTS の関数と近の豪雨強度は 27% 程度の変化率で、上昇気流の変化をして定式化することで、様々な応用が考えられる。例え考慮しない熱力学的効果のみでは 15% 程度である。このば、気候感度等の不確実性を考慮した任意のシナリオに変化率は、全国 1 級水系における年最大流域平均雨量の対する ΔTS の確率論的評価から、台風強度についても増加率とされる約 1.1–1.3 倍（28）と概ね整合する。

同様の評価が導出される。MPI の手法は、ダウンスケー

—

—

—

なお、第（1）項で述べた統計的 DS では、ΔTS が 1.1℃

リング等の詳細な手法と相補的な関係にある。MPI のの場合、50 年確率降水が平均的に 20% 程度増加する結定式化は、詳細な手法から得られる知見を基に改良され果が得られている。この手法では台風が考慮されていなるべきものであり、詳細な手法による結果は、MPI の

いため、熱力学的な効果のみの変化としてはやや大きい。

結果と比較することで定量的な解釈と不確実情報が補完

統計的 DS は変化の仕組みまで踏み込んだ分析が難しいされる。

電中研レビュー No.56 ●39

2-2-3 電力設備への影響と対策

務的な判断材料になり得る具体的な荷重に翻訳すること第２章である。当研究所では、送電用鉄塔の耐風設計研究を実（1） 送配電設備施してきている。この研究で用いた台風モデルによる設

常に自然環境にさらされている送配電設備は、不確定

計風速評価法（29）を拡張し、種々の温暖化シナリオに対性の高い自然外力（強風、着氷雪など）、特に極端現象する設計風速の変化の定量化検討を進める予定である。

が安全性に大きな影響を与える。また外力に対する抵抗

現場での維持管理・保守のなかで、シナリオに基づく力（耐荷力）についても、腐食など環境の影響を強く受定量値（例えば、台風強度が所定の割合で増加したときける。設備固有の視点からは、外力に対する応答特性のの設計風速の変化量など）を参考にして補強の程度を変異なる支持物と電線により構成される線状構造物であえるなど、少しずつ適応することが、現実的な対策と考り、特に電線は揺れやすいことから、様々な振動によるえている。

設備の疲労の問題が生じる。加えて、機能維持のために次に、架空配電設備について述べる。わが国におけるは絶縁性能の確保も必要であり、数が膨大であるため事

架空配電設備は、電柱が約 2091 万本（2005 年現在）と故時の復旧対応も重要な課題となる。これらの特徴から、報告されており、送電用鉄塔（約 25 万基）に対して圧以下の 3 視点で地球温暖化のリスクをとらえることがで倒的に数が多い。また、設計方法は単純化されているこきる。

とから、安全性のばらつきも大きい。このため、配電設① ‌設計・維持管理 : 考慮すべき自然作用（強風、着氷

備の地球温暖化への対応として、上記送電線で述べたよ雪など）の強さ・頻度の変化、構造部材・材料強度

うな設計、維持管理面でのハードな対応に加え、供給支の劣化速度の変化、これら両者の関係で決まる安全障が発生したとき早期復旧への対応がより重要となる。

性の変化

温暖化を踏まえた早期復旧を考える場合には、これま② ‌電線に関するギャロッピングなどの振動対策や着雪でに例のない強大な台風が襲来した場合でも、確実に早量の低減対策など各種対策法 : 風況特性や雪質の変期復旧を実現できる技術が必要であり、台風接近時の被化による各種対策法の効果の消失、対策地域の変化

害数の事前予測、被害発生時の被害箇所の検知技術が③ ‌復旧対応への課題 : 被害規模の拡大、被害発生頻度

重要となる。このためには、台風の進路や強度、降雨のの増加、被害発生地域の変化

予報技術、被害数の予測技術、被害箇所の検知技術など

上記を踏まえ、送配電設備それぞれの影響と対策についを、現在よりも高度化することが一つの対策となる。一て述べる。

方、台風の強度や襲来頻度が変化した場合の年間の復旧

送電設備の設計に用いられる JEC127（電気学会）
では、費用、資材確保といった経営的な問題や復旧戦略への対設計風速や設計着雪量として、地域別の再現期間 50 年

応も重要である。この場合は、送電線と同様に、事前にに対する値（以下、設計外力）を用いており、この設計

様々なシナリオ台風で相対的な被害規模の予測ができれ外力による応答値が部材の強度を超えないように設計す

ば、対策の検討が可能となる。

ることで安全性のレベルを規定している。地球温暖化の当研究所では、図 2-2-12 に示すような配電設備の台対策では、これまでと同等の安全性を将来にわたって確

風被害予測システム RAMPT を開発している（30）。本シ保することが目的となる。

ステムは、台風進路や中心気圧の予報値を入力として、

地球温暖化によって設計外力が大きくなるとすれば、

台風接近時の地上の風速や配電設備被害数を予測するも補強や建替などの直接的な対策が求められる。対策の必ので、本システムの予測精度向上が対策の一つとなりう

要性、およびその程度や方法を決めるためには、地球温る。また、予報値をシナリオ台風に置き換えれば、復旧

暖化のシナリオの下で再現期間 50 年の設計風速や設計戦略の策定に寄与できると考えている。

着雪量を定量化する必要がある。極端現象の将来予測は、

以上、送配電設備について、設計・維持管理の視点、

特に発現頻度の変化についての評価が難しいが、2-2-2

災害早期復旧の視点から、影響と温暖化対策について述節で述べたように、定量的な評価のための手法はある程べた。特に地球温暖化対策としては、現状の技術開発を度整ってきている。当面の課題は、気候予測の情報を実着実に進めるとともに、意志決定の判断に必要な情報の40る。電気事業連合会の電力統計情報によると、北海道か年間に 651 億 kWh であり、その約 78% にあたる 505 億
kWh が、自流式設備によって発電されている。自流式
発電はダムによる貯水を行わないため、ある一定量以上に河川水が増えても発電電力量が多くなるわけではないが、一般的には、河川水量が多くなるほど発電電力量も多くなる。毎月あるいは年度の平均流量を、過去 40 年の平均流量と比較したものを出水率という。自流式水力発電による 1 年間の発電電力量とその年の出水率の関係について、回帰式を求めたところ、出水率が 1% 増えると 1 年間に 5,000 万 kWh の電力量が増える。このように降水量が増えると出水率も増えるため発電電力量も増
図 2-2-12

R‌ AMPT における台 風 通 過 時 の
最大風速の推定値えることが期待されるが、台風や梅雨に伴う豪雨時の雨量が増えても、発電に利用されない無効放流が増えれば発電電力量の増加とはならないことも懸念されている。

整理、「設計風速」のような実務で使用される数値での気温が上昇することにより降雪量が減少する可能性も大定量化が重要であることを強調した。

きいが、雪から雨に変化したものも含めての降水量の増減を正しく予測することは難しいものの、融雪時期の早（2） 水力設備期化による自流式発電は大きく影響を受けることは確実

水力発電は再生可能な純国産エネルギーとして、供給であると言われている（32）。

安定性や経済性に優れるとともに、発電時に CO2 を排極端な豪雨でなくても洪水量やその頻度が増加する

出しないことから地球温暖化防止の面からも重要な電源と、洪水を適切に処理するために今以上の高度なダムと認識されている。電気の低炭素化の取り組みとの一つゲートの操作が求められる。また、無駄な放流を少なくとして、全国各地で既存のダムからの河川維持流量を利し、洪水後にできるだけ多くの貯水量を確保するため用した発電所が建設されており、2015 年度運用開始予に、電力会社では高精度な降雨・出水予測手法を開発し定の出力 540 kW の発電所では、年間約 800 トンの CO2実用化する検討がなされている。ダムへの水の流入量を（31）。一方で、温暖化による降水量

予測する技術には、数日先の降水量を数キロメートルのの増減は、水力発電に大きな影響を与えるものと懸念さ高分解能で予測する気象予測モデル、ダム上流域の地質れているが、その変化の時間スケールによって、受けるや土地利用情報を参照し、ダムに流入する洪水を精度良影響の性質が大きく異なってくる。比較的長い時間（月、く予測する分布型流出モデルが開発されている。降水・

季節単位）の降水量が減少し、少雨や少雪となると発電出水予測が精度の高いものになれば、洪水時の無効放流

電力量は減少する。短い時間の極端な豪雨（例えば台風を減らすことも可能になり、水資源の確保に大いに役立や前線に伴う数日間の雨）の量やその頻度の増加は、施つこととなる。一方で、水力発電設備は常に自然環境に設の構造的安全性を脅かす。このため、洪水時のゲート

さらされているだけに、構造物の安全性に関わるような操作といったダム運用の見直しを行うとともに、施設の極端な降水量や河川流量の増大が最も懸念される事項で改造などの検討も必要となってくる。上記のように、水ある。また、豪雨の増加は山地の斜面崩壊を引き起こし、力発電が受ける温暖化の影響としては、発電電力量への導水路や水圧鉄管などの発電施設の崩壊リスクを高める

影響と施設の構造的安全性が懸念され、後者についてはことになる。2011 年の台風 12 号（Talas）が紀伊半島

その対策も議論されている。

を通過した際には、水力発電所の下流約 1 km で斜面崩排出量が削減される

水力発電は年間の「発電電力量」の確保が重要であ壊が生じて天然ダムが形成された。天然ダムは、河道を

電中研レビュー No.56 ●

41

第２章

ら九州までの電力 9 社の水力発電による発電電力量は 1第２章

閉塞させ、上流からの洪水流が反射して上流側に段波とし、その生息域、季節的活動、移動パターン、生息数及して遡上し、発電所建屋、放水路、屋外開閉設備が全損

び生物種の相互作用を変異させている」とされ、既に暖した。また、豪雨による斜面崩壊は、経年的なダムの堆

かい海のサンゴ礁や北極生態系が不可逆的な構造転換

砂を加速させ、貯水容量の減少や取水障害、上下流の河（レジームシフト）を経験していることが示された。想床変動などの問題を引き起こす。土砂により河床が高く定する CO2 排出量シナリオにより予測結果は異なるが、なると、同じ流量が流れていても水位も同時に高くなる

これまでの調査 ･ 解析結果によると、生態系影響の拡大

ことから、洪水時の危険性も増し、地域の洪水リスクをは避けられない状況にある。ただし、生物間の相互作用、高める原因となってしまう。ダムの経年堆砂の対策とし他の環境要因や人為影響との複合作用、生物の応答速度ては、水の力を利用して湖内を移動させる方法、堆砂を等が十分に考慮できていないこと、生物自身が気温の変浚渫して建設材料に転用する方法、残土を埋め立てて処化に適応する能力を有すること等から、1℃前後の気温分する方法がとられている。しかし、浚渫土の有効利用上昇に伴う生態系の姿を予測するのは容易ではない。一や残土の埋め立て地には限りがあり、その輸送や埋め立方、2℃を越えるような気温上昇については様々な生態てにより環境破壊を伴う。また、下流河川や海岸への土系において影響が顕在化することが指摘されている。

砂供給を行うべきだとの市民の声があがっている地域もわが国に関しては、ブナ林等の冷温気候を好む樹種のあり、近年では、下流への通砂や排砂を促進させる様々

分布適地の大幅な減少、松枯れ危険域の北進、農業生

な手法が検討され、実行されている。さらに、山林の荒態系や海域生態系の撹乱による生物生産性の変化等が

廃も土砂発生要因の一つであると考えられ、林業の伐採

2031–2050 年の近い未来に生じると予測されている（35）。

放棄などによる山林の荒廃は、土砂の発生を増加させる

さらに、2081–2100 年には、ハイマツやシラビソの絶滅

ほか、濁水の長期化や流木の原因にもなっている。このリスクの増大、本州におけるブナの脆弱化、アカガシのような山林荒廃は、対象とする範囲が非常に広く、電気,分布拡大の可能性が生じることが予測されている（36）（37）。

事業者だけでは到底解決できるものではない。地元地域

生態系影響については気候要素の変化予測以上に不確の方々とともに土砂流入の実態やその発生要因を明らか

実性が高く、経時的な変化過程を考慮した影響予測は難にしながら、森林・山地の保全に関する政策提言を行い、しい。そのため、生態系の変化と電気事業との関係を考

自然循環型エネルギーである水力発電を有効に使える体える場合には、長期的に生じうる変化を想定すること制を整えていく必要がある。森林・山地の保全は、豪雨になるが、気候の変化が生態系におよぼす影響は、電気のみならず地震による斜面崩壊リスクの低減にもつなが事業にとって無視できないリスクを生じる可能性があるり、土砂流出の抑制や下流への洪水の緩和、水源涵養機（38）（図 2-2-14）。リスクは、温暖化に伴う電力設備の環能の向上によって異常渇水による出水率の極端な低下に境適合性の変化によって新たに生じる「生態系リスク」、も貢献するはずである。渇水時の水資源の安定供給では、温暖化の生態系影響によって引き起こされる「事業リス

既に発電ダムが水補給に貢献している事例もある。複雑

ク」に大別できる。生態系を対象としたこれらのリスクに絡み合う諸課題を、関係機関が連携して解決を図りなに対応するには、生態系が①環境変化に対する反応につがら、河川の最適な水利用を考えていくべきである。

いての基本情報が曖昧な不確実な系であるとともに、②変動性の高い非定常な系であり、③明確な境界を持たな（3） 生態系の反応と機能変化による影響

い解放場の系であることから、予測がはずれる可能性が（33）
IPCC の第 4 次評価報告書（AR4）において、気候ある（高い）ことを前提に管理システムを組み立て、常変化が生態系におよぼす影響が既に顕在化しており、今にモニタリングを行いながらその結果に合わせて対応を後、生物種の分布範囲の変化や絶滅リスクの増加、陸域変える「順応的」な取り組みが必須となる。

生態系からの CO2 放出の進行、食糧生産への影響等が電力設備に関連する重要な生態系リスクの一つとし生じる恐れがあることが報告された（図 2-2-13）。また、て、電力設備による環境の分断に起因する生物の適応行（34）

第 5 次評価報告書（AR5） においても、「陸域、淡水動の阻害が挙げられる。一例として、ダム等の河川構造

域及び海洋の多くの生物種は、進行中の気候変動に対応

物が水温上昇や猛暑や渇水などの極端現象発生時に、冷

42

第２章

1990 年レベル（1980 〜 1999 年）の世界年平均気温に対する温度変化に対して、発現する確度が高いと考えられる影響について示されている。
（1）●は影響やその水準の始まりを、実線は影響の増加を、点線は影響の継続を示す。IPCC（2007）から抜粋、作成。

図 2-2-13

世界平均気温の変化に伴う生態系への影響の事例（文献 （33）から抜粋して作成）

り柔軟に対応できる体制を整えることが重要と考えられる。
上記のリスクが想定される反面、電気事業の保有する
自然資産の活用は、気候影響の緩和に向けた可能性を秘めていると考えられる。例えば、前出の魚類生息域の縮小について、貯水池の湖底付近に貯留される冷水が資源として注目され始めている。このような冷水資源を利用して、事前の水温予測と生態系のモニタリングに基づき放水温を順応的に管理することで、対策として冷水生物
図 2-2-14

‌ 気事業への影響が考えられる温暖化の影響
電（文献 （38）から引用）の避難場所・環境（レフュージア）を確保できる可能性もある。また、発電所緑地や社有林に関しても、かつて
は CO2 吸収源としての機能が注目されることが多かっ

水を好む魚類の河川上流域（低温域）への移動を阻害し、たが、周辺環境の悪化に対するレフュージアとして機能

その結果、分布域の縮小や個体数の減少を引き起こす可する可能性を有している。このように、生態系リスクを能性が指摘されている。生物行動の阻害例としては、気低減するための適応についても、順応的な視点で臨むこ候の変化で渡り鳥の渡り経路が変わり、建設時には衝突とが重要である。

の危険性を回避できる場所に設置された風力発電施設に一方、気候の生態系影響によって引き起こされる事業

おいて衝突が増加する危険性も示唆されているが、現状リスクとしては、温度環境の変化に伴って生じる発電所

では温暖化に伴うこれらの変化を予測するのは困難であ

汚損生物や生物害の影響範囲の拡大が上げられる。特に、る。このようなリスクについては、環境の分断以外にも

フジツボやイガイ類といった海域における汚損生物種は

大小様々な可能性が考えられるが、いずれも不確実性が発電施設の維持管理に関連する（コラム 6 参照）。陸域

高いことから、個々のリスクの絞込みは困難であり、広においても、水力発電所の汚損生物として外来付着生物

い範囲のモニタリングに基づき運転を管理するなど順応であるカワヒバリガイの生息可能域が拡大することが危的な対応を取る必要がある。特に、近年、生態系影響に惧される（39）。また、蔓植物や外来植物など設備を維持

関する生物多様性（コラム 5 参照）の視点の重要性が指する上で除去や成長抑制などを必要とする植物の生息地

摘されており、（「第三次生物多様性国家戦略」（2007）「、生

域の拡大、線下樹木の生長変化等、植物に関連した管理

物多様性基本法」（2008 年）、
「生物多様性企業活動ガイの見直しなどが必要になる可能性がある。

ドライン」等）温暖化影響との関連の中で生態系の変化

さらに、陸域については、温暖化に伴う植物の生育適のモニタリングを基盤とした「予防的順応的管理」によ地の変化や動物の食害等の増加による流域森林の健全

電中研レビュー No.56 ●

43

第２章

性・機能低下の影響が挙げられる。流域森林の劣化は、動の重要度が増すなどの変化が生じると予想される。例

土砂災害防止 / 土壌保全機能の低下を引き起こし、極端

えば、生態系に配慮したダム運用は社会的に要望の高い現象である豪雨頻度・強度の増加に伴う加速的な貯水池取り組みであり、温暖化による河川生態系の脆弱化が生への土砂堆積の増加を引き起こすことが予想される。加

じる地域・地点においては、その重要性が増すと予想さえて、洪水緩和、水資源貯留、水量調節、水質浄化等のれる。ただし、維持流量やフラッシュ放流等についても、

水源涵養機能の低下にも繋がる。水資源に関しては、融生態系の健全性維持への効果の科学的かつ定量的な裏づ

雪時期の早期化による農業との共存の問題が指摘されてけが取れていない部分が多分にあることに十分注意する

いるが、森林植生の変化が吸水・蒸散等の水収支の変化ことが必要である。

を生じさせ、森林からの流出特性を変化させる可能性にも注意する必要がある。

気候の変化が生態系におよぼす影響に関しては、未だ、一部の生物種に関して地域スケールで定常的な環境に対また、枯損木の増加は配電設備を中心とした破損事故

する定量的な反応予測の成果がみられるようになってきの増加に繋がる可能性があると同時に、森林内への枯損た段階にある。さらに、気候の予測以上に、生物・生態

木の貯留は、豪雨時の多量の流木の発生につながる可能

系への影響予測の結果は不確実性を含んでいる。このよ性がある。対策は、温暖化に対して脆弱な森林の抽出と、

うに、電気事業に対する生態系機能の変化の影響を定量

モニタリングを含めた適切な管理の計画・実行であるが、的に予測し対策をとることが難しいことから、順応的な管理の継続性や副次的な効果等を考えると地域と密接に視点に立って最善の適応策を選択・実行できるような体

協調した活動が必要となる。陸域に関しては、上記の生制を構築することが重要と考える。

態系リスクとあわせて総合的な流域管理の視点で取り組む必要があるだろう。当研究所では、動物の挙動（40）や樹木の反応の変化（41）、森林の土壌保全機能の評価（42）〜（44）等の流域管理に必要な技術の開発に取り組んできている。
電気事業の環境経営への影響も事業リスクとなる可能性がある。環境アセスメントは広い意味での環境経営における中心的な活動であるが、温暖化に伴い種々の見直しが必要になる可能性がある。前述の通り、定量的な不確実性は残るが、温度反応性の高い生物種においては温暖化により生息密度や分布域に変化が生じる可能性が高い。その場合、発現した変化から温暖化の影響を分離し事業の影響を評価することが必要になる。通常は、過去の調査結果の蓄積に基づく生物種のデータベースが基盤
情報として利用されるが、対象地点の生物種構成の変化が生じた場合には、データベースの妥当性の見直しや補強が必要になる可能性もある。また、事後のモニタリン
グが必要とされる場合には、対象種の変更を含めて順応的にモニタリング基準を管理することが必要になると考えられる。これらの環境アセスメントにかかわる事項に関しては、手法的にも政策的にもほとんど知見がなく、今後の取り組みが重要となる。
一方、自主的に実施されている陸・水域の環境修復等の保全活動においては、管理コストの増大や管理手法の見直しの必要性が生じる場合があるとともに、個々の活44

コラム 4: 日本の過去の気象場の再現

第２章

送配電設備の耐風設計や耐氷雪設計、あるいは水力ダムの設計洪水流量の算定を行う場合、過去の観測データを極値統計解析し、数十年から百年程度の再現期待値を求める。また最近では、建設後数十年を経過した電力設備の維持管理のために、設備が今（a） 風速までに受けた風雨や気温等の気象要因による疲労や腐食を改めて評価することも重要となっている。気象データを解析する場合、気象官署やアメダス観測所におけるデータを用いるが、観測要素や観測時間
間隔は観測所や年代により異なることがある。山間部を通る送配電設備では、付近に観測所が無い場合（b） 降水量も多い。
図1

そこで当研究所では、日本の過去の気象を再現す

長期気象・気候 DB と観測値の比較るために、領域気候モデル NuWFAS-RCM（1）を開発した。このモデルは、数日先の気象を予測する気象モデル NuWFAS（2）をベースに、土壌の温度や水分量、地表の積雪量や積雪深、湖沼の水面温度（3）などの季

37°N
37°N

節・年変化も計算できるよう改良されている。
このモデルでは、過去の全球気象場（再解析値）

36°N
36°N

を初期値・境界値として与え、日本周辺の気象場を
水平解像度 5km で再現する（4）。ここに再解析値とは、最新の気象モデルやデータ解析技術を用いて、過去の全球気象場を再評価した全球格子点データ（水平

35°N
35°N

34°N
34°N

解像度は約 120km、時間解像度は 6 時間）である。
1957 年 9 月から 2013 年までの気象再現結果を、（a） 送電線走向が南北方向

長期気象・気候データベース（以下、気象・気候
DB）として保存した。この DB には、
風、
温度、
湿度、
気圧、降水量など多くの気象要素が、地上から上空
約 20km までの格子点データとして 1 時間間隔に保

37°N
37°N

存されている。
図 1 は、気象官署での 1 ヶ月間の観測値をその地点に最も近い気象・気候 DB の格子点データと比較した一例である。両者は比較的良く一致していることが確認できる。
図 2 は、気象・気候 DB の風速・風向、降水量、気温、

36°N
36°N

35°N
35°N

34°N
34°N

日射量データを基に、着雪による送電線ギャロッピン
グが発生する可能性のある年間の時間を試算した一例（b） 送電線走向が東西方向である。この DB を用いる事で、観測データだけでは解析不可能な現象の評価を面的に行う事が可能となる。

図2

ギャロッピング発生可能時間の試算例

電中研レビュー No.56 ●45

コラム 5: 地球温暖化と生物多様性条約

第２章

地球温暖化は生物多様性に様々な影響をおよぼ載はない（6）。

す。1992 年に気候変動枠組み条約（UNFCCC）とまた、温暖化緩和策の気候工学（ジオエンジニア

ともに採択された生物多様性条約（Convention onリング）の中でも、鉄・栄養塩の投入によって植

Biological Diversity: CBD） の 締 約 国 会 議（COP）

物プランクトンによる炭素固定を促進する「海洋施では、2004 年の COP7 以降、UNFCCC 事務局との肥」等、生態系への影響が懸念される手法に対して、意見交換や関連会合での広報活動等、地球温暖化対CBD は、「懸念が科学的に払拭されない限り、（小策と生物多様性保全の相乗効果を図る試みを継続的

規模な科学的実験を除き）気候工学による緩和策のに行ってきた（図 1）。2010 年に名古屋で開催され実施を自粛するように要求」する決議を COP9 とた COP10 では、採択された 20 の国際目標（愛知目,COP10 で採択した（3）（7）。なお、これらの決議にはい標）のうち、2 つ（目標 10,15）が地球温暖化に関連

ずれも法的拘束力はなく、海洋施肥については、そ（1）したものであった 。

の後、海洋汚染防止に関するロンドン条約・同議定

CBD の活動では、地球温暖化の個別の施策に対書によって規制された（8）。

して、生物多様性を保全する観点から懸念が表明さ

上記のように、CBD における議論が気候変動にれることもある。そのうちの一つが、途上国におけ関する国際交渉や地球温暖化対策に関する個別施策

る森林減少・劣化の防止による排出量削減（REDD+）に大きな影響を与えることはなかった。これは国において、生物多様性への配慮を求める取り組みで際条約としては後発の部類に入る CBD の影響力がある。森林保全を通じた生物多様性の保全が期待さ大きくないことに加えて、UNFCCC の京都議定書れる一方で、COP9（2008 年）では、REDD+ の活以降の交渉が長期化する中で、CBD 側からの十分動によって生物多様性やそれによって地域住民が受な働きかけが出来なかったことも一因であったとける恩恵が損なわれるという懸念の声が参加者の考えられる。今後、2015 年末にパリで開催される

一部からあがった（2）。これを受けて REDD+ におけ

UNFCCC COP21 において 2020 年以降の国際枠組

る配慮事項をまとめた「生物多様性セーフガード」

みが合意に至れば、具体的な地球温暖化対策に関す

（3）
（4）
,

を CBD の事務局がとりまとめることとなった。

UNFCCC への積極的な働きかけを含む規制化に向る交渉が進み、その中で生物多様性に配慮する取り
組みが加速する可能性もある。

けた動きはなかったが、代わりに COP12（2014 年）

2014 年に開催された CBD COP12 では、生態系

では、UNFCCC で合意された REDD+ 実施に関すを活用した地球温暖化への適応策ならびに生態系のるワルシャワフレームワーク（2013 年）に沿う形で、保全・再生を通じた防災・減災の取り組みを推進し（5）

各国が生物多様性への配慮を行うことが決議された 。

ていくことが新たに強調される形で確認された（5）。

ち な み に、 ワ ル シ ャ ワ フ レ ー ム ワ ー ク に 先 立 つ生物多様性保全と地球温暖化対策の相乗効果を狙った

UNFCCC のカンクン合意（2010 年）に定められた

新たなアプローチとして、今後の動向が注目される。

セーフガードに、生物多様性に配慮する具体的な記図1

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生物多様性条約における気候変動関連決議と他条約の動向

コラム 6: 付着生物
報告例を整理検討した結果（表 1）、これまでに伊の付着生物は、生息に最適な水温環境や、餌となる

勢湾や四国沿岸でミドリイガイの分布が拡大していプランクトン量などの水質環境により分布が規定さると考えられたが、過去の水温上昇との明確な関連れている。また、地中海原産であるムラサキイガイ

性は認められなかった。一方、将来については、今や、熱帯・亜熱帯海域原産であるミドリイガイは、

後 100 年間で海水温が 2℃以上上昇するような場合

船舶のバラスト水などにより導入された外来種としには、水温が 31℃以上になると斃死するとされるムて、我が国の発電所取水施設や沿岸構造物で分布をラサキイガイなどでは、生存が困難になると予測さ広げてきたことが知られている。

れた。これに対して、西日本太平洋沿岸では、将来

地球温暖化に伴い発電所周辺海域の水温が上昇すの冬季水温がミドリイガイの斃死低水温を上回るた

るような場合は、冷却水路や沿岸構造物におけるこめ、その分布が拡大していくと予測された。現場代

れらの付着生物の組成が変化し、付着防止対策など

謝実験による解析結果によれば、内湾環境の餌が豊の変更が必要となる可能性がある。

富な海域や、発電所冷却水路のような流路水量が大気象庁による過去 100 年間の水温変化の解析結果

きく積算の餌供給量が大きい環境では、多量の餌をでは、これまでに本州から四国沿岸でおよそ 1.3℃必要とするミドリイガイでも、冬季の低水温や貧栄

上昇しており、また A1B シナリオに基づく今後 100

養環境下で生残する確率が高くなることも示された。

年間の日本沿岸の海水温上昇は 2 –3℃と予測されて付着生物への水温変化の影響については、定性的いる。付着生物の餌を規定する水質環境が変わらなには推測されていたが、このような総合的な解析にい場合は、このような水温上昇は、付着生物の分布より、フジツボなどについても、生息分布の変化のに影響すると考えられているが、これまで総合的な可能性を整理することができた。また、沿岸構造物

検討は行われていなかった。そこで、当研究所では、や発電所取水設備の付着生物において、水温変化影

電力会社と共同で、北海道から四国沿岸までの付着

響の定量的なデータを取得するための、現場環境実（1）

生物分布状況と水温環境の関係を整理した 。また、

験法を開発することができた。この技術は、水温上主要な付着生物であるイガイ類を用いた沿岸現場環昇による付着量変化や、大量斃死頻度増加による環境の水中培養実験を行って、エネルギー摂取の収支境悪化が懸念される場合に、適用可能な評価手法での変化から、水温変化に対する代表的付着生物の応ある。水生生物の代謝応答の変化を定量的に評価で

（2）

第２章

我が国の沿岸環境におけるフジツボやイガイなどきるため、様々な環境変化に対するストレス評価に答を解析した 。
発電所における分布状況や、沿岸構造物におけるも活用できると考えられる。

付着生物現場調査、さらに分布に関するこれまでの
表1

北海道沿岸、伊勢湾、播磨灘（大阪湾）の付着生物の水温特性と、現在および 100 年後の発電所の水温●底生期 最適水温○底生期 適水温★致死水温

電中研レビュー No.56 ●47