平成30年度 省エネルギー月間講演会

2019年2月3日

私たちが直面する２つの気候変化―地球温暖化とヒートアイランド―

首都大学東京 都市環境科学研究科
地理環境学域 高橋日出男

2つの気候変化

大都市の気温上昇
都市ヒートアイランド＋地球温暖化
21
2019

サンパウロ
ロサンゼルス

1716
東京

151413
122水戸

1110

10

全球平均（右軸）-1

9-21880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 年

全球年平均気温（1981-2010年平均からの偏差：℃）

各都市の年平均気温（℃）

18

地球温暖化

都市ヒートアイランド

グローバルスケール（全球）

地 域 ス ケ ー ル （ 数 km～100km）

対流圏は気温上昇
成層圏は気温低下

高度は数十～千m（都市境界層）CO2 等の排出に伴う温室効果の増大

都市化（地表面改変，建築物，人工排熱）

複雑な地球大気の仕組みと相互作用

都市が置かれた多様な地理的条件と関係

国際的な課題（経済や政治の問題）

国・地域の環境問題

東京，ロサンゼルス，サンパウロおよび地球全体の年平均気温の長期変化（気象庁資料による）

根本には人間活動がある
気温だけでなく降水現象などとも関係
生態系に影響緩和・適応には大きな努力が必要

本日のメニュー1．地球温暖化◎気温変化の現状◎温室効果とは？
◎将来予測の取り組み

2．都市ヒートアイランド◎ヒートアイランドと観測網の概要◎冬季夜間の気温分布（構造の把握）◎夏季日中の気温分布（海風との関係）

3．都市の短時間強雨◎短時間強雨とは？
◎強雨の発生はどこで多い？
◎風の変化に気を付けよう1．地球温暖化◎気温変化の現状◎温室効果とは？
◎将来予測の取り組み

原文 http://www.ipcc.ch/
和訳 http://www.data.jma.go.jp/cpdinfo/ipcc/ar5/index.html （気象庁）
IPCC（2013）

IPCC報告書
原文 http://www.ipcc.ch/
和訳 http://www.data.jma.go.jp/
cpdinfo/ipcc/ar5/index.html（気象庁）

地球全体の気温上昇
約0.7℃/100年

中世の温暖期
10-12C

小氷期
15-19C

千年スケールの気温変化
・シミュレーション
・気候復元（年輪・日記等）

産業革命

火山噴火
気温低下
タンボラ（1815）
クラカタウ アグン
（1883） （1962）日最低気温の低い日（日最低気温の低い方から10%）の現れ方

日最高気温の低い日（日最高気温の低い方から10%）の現れ方

日最低気温の高い日（日最低気温の高い方から10%）の現れ方

日最高気温の高い日（日最高気温の高い方から10%）の現れ方

温室効果とは？

http://www.data.jma.go.jp/cpdinfo/chishiki_ondanka/p04.html（気象庁）

地球温暖化防止全国ネット http://www.jccca.org/chart/chart01_02.html

太陽からやってくるエネルギー（太陽放射）の行方と温室効果
入ってくる
太陽放射
342 W/m2

反射されて出ていく太陽放射
107 W/m2
雲やエーロゾルなどによる反射

地球の大気圏
大気からの放射大気圏上端を考えると大気の窓雲からの放射反射される太陽放射
出て行く赤外放射入ってくる太陽放射

342

出ていく
赤外放射
235 W/m2＝

大気による吸収 ＋
107

235

温室効果ガス

潜熱
入るエネルギーと出るエネルギーはほぼ釣り合っている。
温室効果は出ていくエネルギーが少なくなることではない。
地表面にそれでは温室効果とは何なのか？
よる反射
再放射

地表面での吸収 顕熱の輸送 蒸発散

地表面からの放射

地表面による吸収
IPCC（2007）

温室効果ガスは，地表面から逃げる赤外線のエネルギーを吸収し，地表（と宇宙）に向けて再放射する。このため地表面は差し引きで失うエネルギーが減り，温度が高くなる。温度が高くなると出ていくエネルギーは増えるがおつりも大きくなる。

IPCC 1.5℃ 特別報告書
Global Warming of 1.5 ºC Summary forPolicymakers https://www.ipcc.ch/sr15/

地球温暖化が2℃ではなく1.5℃に抑えられれば…
平均気温上昇，極端な高温，強い降水現象，干ばつと降水不足
海面水位上昇，海水温上昇，海洋酸性度上昇，海洋酸素濃度低下
生態系が受ける影響
健康，生計，食料安全保障，水供給，安全保障，経済成長に対する気候関連リスクなどが 確信度中～高で低減

気温上昇を1.5℃に抑えられる確率は，CO2の累積排出量と将来のCO2以外の放射強制力で決まる

1850～1900年平均からの全球気温上昇量観測された全球地上気温見積もられる人為起源の温暖化とその範囲

観測による全球気温変化と，いくつかの人為的温室効果ガス排出量と放射強制力の変化を想定した気温のモデル計算
CO2以外の放射強制力を減少させないと温暖化を1.5℃に抑制できる確率が低い

2055年に正味のCO2排出量を0にし，2030年以降CO2以外の放射強制力を減少させた場合

モデル計算による結果

早期にCO2削減すると，温暖化を1.5℃に抑制する確率が高い

Global Warming of 1.5 ºC
Summary for Policymakers
https://www.ipcc.ch/sr15/何十年も将来の気候をどうやって予測するのか？
数値シミュレーション（数値モデル）
CO2排出量変化などの将来シナリオをもとにして，ずっと将来までの毎日の天気予報を行う。大気中の様々な気象のプロセス，大気と海洋や雪氷圏との相互作用などを計算する。

出典：気象庁「気象業務はいま2018」出典：気象庁「気象業務はいま2018」

シナリオ
について

RCP8.5

RCP4.5

RCP：Representative Concentration Pathways
出典：気象庁「地球温暖化予測情報 第9巻」

地球温暖化研究に参加している
世界の数値モデル
IPCC:Evaluation of Climate
Models
CMIP: Coupled Model

Intercomparison Project
各国の様々な（大気海洋）結合モデルの計算結果を研究者が相互利用し，解析を行う国際的なプロジェクト

日本における2076～2095年の平均気温と1980～1999年の平均気温との差
シナリオ
RCP8.5

出典：気象庁「地球温暖化予測情報 第9巻」

・平均気温は4～5℃の上昇（北ほど大きい）で，全球平均（3.7℃）より大・現在はその季節としてほとんど現れないような気温が平均的な状態に日本における2076～2095年の降水量と1980～1999年の降水量との差
シナリオ
RCP8.5

出典：気象庁「地球温暖化予測情報 第9巻」

・モデルによるばらつきが大きく，不確実性が高い（降水の予測は難しい）
・梅雨入りが遅くなり，干ばつのリスクが高まる可能性が指摘

2．都市ヒートアイランド◎ヒートアイランドと観測網の概要◎冬季夜間の気温分布（構造の把握）◎夏季日中の気温分布（海風との関係）

都市を中心とした高温＝都市ヒートアイランド現象
等温線が島のように見える⇒

Heat Island 熱の島

広域METROS：首都大をはじめ，複数の大学で運営している気象観測網
伊豆大島

冬季晴天弱風日早朝における東京の典型的な気温分布（25事例の平均）
全体の平均気温からの偏差で表現，等温線は0.5℃間隔 （高橋ほか 2014）

ヒートアイランド現象が顕著に現れるのはいつ？

東京（大手町）における気温の日変化（縦軸方向）と季節変化（横軸方向）

八王子における気温の日変化（縦軸方向）と季節変化（横軸方向）

高橋（2014）

両者の差：八王子－大手町

日中はほとんど差がない
冬季の夜間～早朝は4℃以上大手町が高温

都心の高温は冬季の夜間～早朝に顕著←1月と8月の平均日最低・最高気温の経年変化傾向（東京）2015年5月から9月の東京都区部における日々の熱中症搬送者数と日最高気温との関係
国立環境研究所熱中症患者速報の資料による。
https://www.nies.go.jp/health/HeatStroke/spot/maps.html

観測地点の分布密度

アメダス＋自治体常監局＋広域METROS⇒都区部内66地点
冬季の平均日最低気温分布（大和ほか 2011）
気象庁アメダス
広域METROS⇒都区部内4地点⇒都区部内34地点

広域METROS：小学校の百葉箱で観測（首都圏の大学で共同運営）
大気汚染常時監視測定局（常監局）（東京都などの自治体が観測）
降水量の観測点分布（合計290地点）●AMeDAS・気象官署（35地点） ▲国土交通省（59地点）▼JR東日本（49地点） ◆東京都（109地点） ■埼玉県（38地点）

東京都区部を中心とした冬季夜間の気温分布a）

Index map

Saitama Pref.

SAChibaPref.

KSAB

Target area

35˚50'N
TOFNNE

FCTokyoMetropolis35˚40'N
Municipalities

TKWards area

510 kmEB
139˚20'E

YK

139˚ 3 0'E

139˚ 4 0'E→夜間雲量2以下，夜間風速3m/s以下

HN

・高温の中心と気温急変域

Tokyo
Bay

対象期間
2006/07～2009/10年の11から2月

35˚30'N
Kanagawa Pref.

※晴天弱風の冬季夜間①都心と都区部外側との気温差②都区部の気温分布の特徴

SH0

東京都区部の典型的な気温分布を捉える（冬）139˚ 5 0'E

1 40 ˚ 0 0'E

高橋ほか（2014）による

8temperature difference TD TD（℃）（℃）
都心と都区部外側との気温差

7

都心と都区部外側との気温差（冬）654

気温差（ヒートアイランド強度）の日変化

3

日中（10～16時）はほとんど気温差なし

日の入り前後の3～4時間で気温差が急増

2

その後，気温差は緩やかに増加するが，06時に気温差が小さい場合には，夜半過ぎから気温差は減少傾向

1

日の出後は急速に気温差が減少

0：av erage (all)：large TD cases(：av erage)：small TD cases(：av erage)

-1
-2
1215

1821243Time（JST）
時刻 （JST）

晴天弱風の夜間（夜間雲量2以下，夜間風速2m/s以下）における気温差の時間変化

69

太実線は全体（73事例）の平均，太破線は06時の気温差が4℃以上（●：37事例），細12 線は4℃未満（○：36事例）

都区部における気温分布の特徴

気温急変域

高温のピーク（銀座付近）

観測点
4 ●：気象庁AMeDAS
61 ○：東京都環境局など自治体の大気汚染常時監視測定局
59 ×：広域METROS（高橋ほか 2014）

晴天弱風の冬季夜間（夜間雲量2以下，夜間風速3m/s以下）における気温分布・高温のpeakは常に中央区南部
・都区部北部から南西方向と南東方向に連続的な気温急変域
・特徴は時間経過に従い明瞭になるが分布形状は大きく変化しない

等温線は0.5℃間隔

領域平均気温からの偏差による気温分布（25事例の平均，18時から3時間ごと）

気温急変域：埼玉県南部から，①練馬区と板橋区の境界付近，豊島区・新宿区を経て南西方向に世田谷区西部②北区・足立区や荒川区・台東区・墨田区を経て南東方向に江戸川区中央部③千代田区東部から港区，④豊島区から板橋区南部，⑤足立区や葛飾区を経て江戸川区北部から千葉県東京湾岸

気温傾度|-∇T |（℃/km）の大きさ（濃淡）と方向（矢印）（25事例の合成図，18時から3時間ごと）

気温急変域（外側に向かう気温傾度の極大帯）：（f）模式図
・18時，21時に散在している気温急変域（低温域都心側）を結んで網状に発達（位置の時間変化はない）
・都区部北側から南西方向と南東方向に連なる連続的な気温急変域と，付随する複数の気温急変域
・高温のpeakを囲む気温急変域は，気温傾度の小さい高原状の高温域（plateau）を挟んで多重構造

晴天弱風の夏季夜間における気温分布
18 JST

00 JST

夏季
・高温のpeakははっきりしない
・都心と都区部外側との気温差は2℃程度
・気温急変域は不明瞭

04 JST

冬季

ヒートアイランド現象の原因（環境省 ヒートアイランド対策ガイドライン平成24年度版）（1）人工排熱の増加
商業業務施設，自動車 など（2）表面被覆の人工化
1）不透水面
気化熱が奪われない
2）蓄熱の増大（3）都市形態の高密度化
1）風通しの阻害
熱が逃げにくくなる
2）天空率の低下
赤外放射損失の減少⇒放射冷却が効きにくい

気温の鉛直構造を考える①夜間，田園地域では放射冷却により地面が冷えるので，空気は下層から冷やされ逆転層が形成される．
②逆転を伴った気層が都市域へ移流しつつ加熱や鉛直混合を受けると…
逆転層

温度

田園・郊外
（安定層）

Aug. 24,2010
10 JST

夏季日中の気温分布と海風の密接な関係
11 JST

海風と海風前線の進入
12 JST

13 JST

14 JST

15 JST気温分布と海風の密接な関係
夏季日中（海風）
気温分布の特徴
沿岸部は低温都区部西部にくさび状の高温域
埼玉県南部（川越付近）に高温域
海風の侵入とともに内陸側へ（北関東の高温域とは独立）

Temperature and surface wind distribution recorded on Aug. 4, 2006. The sea
breeze front is shown by the dashed blue line. The convergence line is shownby the dashed purple line. Yamato et al.(2017, IJC)

練馬付近が高温になる理由は？
風向が異なる2系統の海風
海風前線とその内陸側は風が弱い （東京湾と相模湾）の収束?
⇒空気が滞留して加熱を受けやすい⇒風が弱く空気が滞留しやすい

海風前線
海風前線

海風は昇温しながら内陸へ侵入⇒「熱い空気」がやって来ているわけではないが昇温の程度は大きいだろう

沿岸部は海風により気温上昇抑制
2006年8月4日の14時と15時（日本標準時）における地上の気温と風系の分布
海風前線を青の点線で，風の収束線を紫の点線で示している。
Yamato, Mikami and Takahashi 2017, DOI:10.1002/joc.5152

・沿岸部は低温・都区部西部にくさび状の高温域
・埼玉県南部（川越付近）の高温域

3．都市の短時間強雨◎短時間強雨とは？
◎強雨の発生はどこで多い？
◎風の変化に気を付けよう

ゲリラ豪雨
予測が困難な，突発的で局地的な豪雨を指す俗語
2008年頃よりマスコミ等でこの用語が頻出短時間強雨の典型例：練馬豪雨と2008年8月5日豪雨d) 練馬（東京都建設局）

Jul. 21, 1999

151730201016Time (JST)c) 烏山（東京都建設局）

Aug. 5, 2008

2010011a) 江戸川小学校（新宿区）

Rainfall amount (mm/10min)

301213Time (JST)14Aug. 5, 2008

302010011b) 飯田町（JR東日本）

Rainfall amount (mm/10min)

0Rainfall amount (mm/10min)

Rainfall amount (mm/10min)

1999年7月21日15時10分から16時10分（死者1名，床上579棟，床下323棟）
2008年8月 5日 12時00分から13時00分（死者5名，床上142棟，床下69棟）

12Time (JST)1314Aug. 5, 2008

3020100111213AMeDAS時間降水量：●Time (JST)JR観測点時間降水量：▲
東京都建設局河川部：×

強雨域（30mm/h以上）の範囲は直径数～10km
1時間降水量100mm以上，10分間降水量25～30mmが急に開始

1436

強雨の発生はどこで多い？

都心域

1．アメダス降水量：●35.8
南関東：33地点 都心域：5地点
35.6
2．JR降水量：▲
南関東：63地点 都心域：9地点
35.4
3．東京都降水量：×
東京都：117地点 都心域：76地点
合計：90地点35.2
139
強雨頻度分布：1991～2002年

強雨事例の抽出手順

南関東
139.2

139.4

139.6

139.8

140140.2

都心域

35.8

1．都心域で時間降水量20mm以上の記録がある時間を全抽出（420時間）
35.7
2．台風や前線によって広域的にまとまった降水がある場合を除外
3．異常値の可能性がある値を個別検討 35.6

都心域で時間降水量20mm以上を観測した強雨事例：226事例（時間） 35.5

都区部内に79地点→約2.8km四方に1地点
139.5

139.6

139.7139.8139.9≧20mm Frequency(%)

226 cases 全226事例を分母とした強雨頻度%4635.88108412赤羽

東京・埼玉県境
10686中野｜下北沢

池袋

12新宿
東京

435.6

139.5

品川

4865km435.5

66

都心：若干多いが特に高頻度ではない
5km

35.7

8AMeDAS時間降水量：●
JR観測点時間降水量：▲
東京都建設局河川部：×

4

139.6

139.7

139.8

139.9

36E-ly

風

気温3m/s

東風時

262335.8

262435.636S-ly風

気温3m/s

南風時

2627

25

35.8

2428.5

27
25

27.5

35.6

28

2735.42835.4282635.2139139.2

139.4

139.6

139.8

140大手町（気象庁）の風向で場合分け

2735.2140.2 139

36139.2

N-ly

139.4

風

139.6

35.8

南風時：東京・埼玉県境付近に南風と東風の境界（収束帯）
東風時：東北東～東南東風（広域的に収斂傾向）35.6
北風時：ほぼ一様に北～北北東風が卓越

◎気温

139.8

140.23m/s

北風時
2523

25
25.5
25.5

35.4

25.5
25

いずれの場合も大手町が高温の中心
35.2
139140気温24◎風系

28139.2

139.4

139.6

139.8

140140.2≧20mm Frequency(%)

E-ly

105 cases

東風時
2.5

35.8

5

7.5

12.5
12.5
12.5

7.5
5

7.5
105 中野
｜
下北沢

7.5

新宿

5

多15
12.5

5

10
7.5

35.6

5km

35.7

都心・新宿付近から 7.5
風下方向に頻度増加

5km

3m/s
背景：50m四方の最大建築物階数

35.5

≦

139.5

139.6

139.7

139.8

139.9

≧20mm Frequency(%)

S-ly5577 cases

南風時
2.5

2.5

35.8

5

高頻度帯：東京・埼玉県境（収束帯）
1515

15
17.5

多20

多

12.5
5

池袋

12.5

35.7
7.5
2.5

10

局地的な高頻度域
2.5
都心の風下ではなく，池袋・新宿の風下
練馬区北部付近
2.5

新宿

10
7.5 7.5

2.5

7.5

5km

35.6

5km

53m/s
35.5

≦

139.5

139.6

139.7

139.8

139.9

≧20mm Frequency(%)

N-ly

北風時

29 cases

35.8

2.5
2.5

2.5

5
新宿

12.5 10107.52.535.6

5多2.55渋谷2.5

局地的な高頻度域
7.5 10 多
都心の風下ではなく，渋谷・新宿の風下
2.5
5

102.5
5
7.5

55km

103m/s35.5

2.55km

2.5

35.7

5

≦

139.5

139.6

139.7

139.8

139.9

風向別の強雨高頻度域

35.8
南
南

35.7

東
北
北
5km

35.6

◎局地的な強雨の高頻度域は風向によって異なる．
5km◎強雨発現に関与する要因の影響が，その風下側に現れると考えれば，影響を与える要因は都心（東京駅周辺）ではなく，都区部西部の都市構造である可能性が考えられる．

35.5

139.5

139.6

139.7

139.8

（高橋ほか 2011）

139.9

≦

2014年7月24日午後の多摩～都区部西部の雷雨

気象庁全国合成レーダー・強雨域は全体として東南東方向へ移動
・複数の強雨の中心（降水セル）が存在

17:0017:10

山地から東南東進する降水域に先行して都心で降水発生
17:20

都心の降水域の西側にも別の降水域

17:30

17:4017:50

多摩北部から都区部西部で降水域が東西の列状をなす
18:00

18:10

都心から西方へのびる収束帯の形成

収束帯上を降水域が発達しながら移動