将来の気候・環境変動理解のための近過去復元研究
Paleoclimate reconstruction for better understanding future climate/environment changes
横山 祐典
Yusuke YOKOYAMA

1, 2, 3 ＊1, 2, 3 ＊・中塚武 ・多田 隆治
442, Takeshi NAKATSUKA and Ryuji TADA

2

東京大学 大気海洋研究所
東京大学 大学院理学系研究科 地球惑星科学専攻
3
海洋研究開発機構 生物地球化学部門
4
総合地球環境学研究所
1Atmosphere and Ocean Research Institute, The University of Tokyo
2
Department of Earth and Planetary Science, The University of Tokyo
3
Department of Biogeosciences, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
4
Research Institute for Humanity and Nature
12摘要

現在進行中の気候変化の将来予測をより正確に行うためには，過去の高時間分解能・高精度のデータを気候モデルの検証に利用することが有効であるとの認識は，IPCC などの国際的な取組の中でも広く認められている。PAGES は将来の気候・環境変動理解のための近過去復元研究を行っており，日本もこれまで多くの貢献を果たしてきた。ここではその中の一部について紹介し，今後の PAGES の方向性などについて議論することとしたい。

キーワード：気候変動に関する政府間パネル，古海洋，古環境の変遷研究計画，
古気候

Key words：IPCC, paleoceanography, PAGES, paleoclimate
1．はじめに人為起源の温室効果ガスの増加によると思われる
現在進行中の地球温暖化と，それに伴って引き起こされる気候変動についての将来変化を正しく理解するには，気候モデルによる予測が不可欠である。しかし，計算機資源の発展に伴う予測精度の向上にもかかわらず，個々の気候システム変化についての予測はいまだに誤差（モデル間のばらつき）が大きい。国連の IPCC
（Intergovernmental Panel on Climate
Change：気候変動に関する政府間パネル）による最新の AR5（Fifth Assessment Report：第 5 次評価報告書）
では，世界各国の AOGCM（Atmosphere-OceanGeneral Circulation Model：大気海洋結合大循環モデル）による 2100 年での気温上昇の予測値は 4℃程度と推定されており，モデル間のばらつきは±1.5℃ほ1）
どの幅におさまっている 。しかし海水準上昇と直接的に関係している氷床量変動の収支や低緯度の降水パターンなどには大きな誤差が伴い，モデル間のばらつきが大きい。特にアジアモンスーン地域など，世界的に人口が多く密集している地域にこの傾向が認められ，洪水や旱魃，台風や高波といった影響が人間社会に大きな影響を及ぼす地域である。

IPCC では 2001 年に発表された AR4（Fourth Assessment Report：第 4 次評価報告書）から，古気候の章が独立して設けられるようになった。気候モデ
ルの精度向上についても，AR5 では，これまで存在した CMIP
（Coupled Model Intercomparison Project：
結合モデル相互比較計画）という国際的な枠組みの中に，PMIP（Paleoclimate Modeling Intercomparison
Project：古気候モデル相互比較計画）が初めて組み込まれ，古気候データと古気候モデルの比較検討が行われ始めている。これまでの報告書では，日本からも執筆者を複数出すなどしている。IPCC の共同議長であるベルン大学の Thomas Stocker は，1999～2004 年まで PAGES の科学策定委員（SSC：ScientificSteering Committee）を務めており，近未来の気候変動予測の高精度化の為に過去の気候および環境復元研究を行うという枠組み，つまり古気候研究が国際的にも重要視されていることがご理解頂けるかと思う。
PAGES（Past Global Changes）
はIGBP（InternationalGeosphere-Biosphere Programme：地球圏－生物圏国際協同研究計画）のコアプロジェクトとして 1991 年に，NSF（National Science Foundation：アメリカ科学財団），SNSF（Swiss National Science Foundation：受付；2015 年 5 月 12 日，受理：2015 年 8 月 3 日＊〒 277 - 8564 千葉県柏市柏の葉 5 - 1 - 5，e-mail：yokoyama@aori.u-tokyo.ac.jp
2015 AIRIES189

横山ほか：将来の気候・環境変動理解のための近過去復元研究スイス科学財団），そして NOAA（National Oceanic andAtmospheric Administration：アメリカ大気海洋局）のサポートの基に設立されて現在に至っている。100を越える国々から 5,000 人以上の科学者が参画している。気候や気象現象に関する研究，生物地球化学循環，生態学およびプロセス，生物多様性，人間圏科学のさまざまな時間スケール（更新世や完新世，過去 1,000 年間や歴史時代）の変動の研究を対象としている。2015 年に IGBP が終了した後には，Future
Earth へ移行するとともに，WCRP（World ClimateResearch Programme：世界気候研究計画）と科学パートナーシップを継続して行くことになっている。
本小論では PAGES の SSC メンバーである著者（2002～2006 年；多田隆治，2007～2012 年；中塚 武，2013～；横山祐典）らと日本のコミュニティが，これまで IGBP 傘下で行ってきた PAGES の活動のいくつかについて紹介し，現在および今後の活動の方向性について紹介する。
2．活動例
2.1

‌Asia2k（アジアにおける過去 2,000 年間の気候復元）
PAGES では 2009 年から，過去 2 千年間における世界各地の気候変動の実態を年・季節の単位で正確に復元する，2k network の取組を進めている（図 1）。
これは，地球温暖化の将来予測の精度向上に資するために，気候モデルに当該期間の放射強制力の変動の推定値を与えて計算した気候変動の復元計算結果と，実際に起きた気候変動の実態を詳細に比較分析して，モデルの性能を検討することを 1 つの大きな目的としたものである。具体的には，世界を 8 つに分けた地域（北極，南極，北米，南米，ヨーロッパ，アジア，アフリカ，オセアニア）ごとに，できるだ
け多くの出版済みの高分解能古気候データを収集して，統計学的な手法を用いて，それらのデータを統合し，地域ごとの年単位・季節単位の気候変動を復元する取組が進められてきた。
アジアでは，2010 年から現在までの間に，中塚らが主導して，4 回の Asia 2k ワークショップ（2010 年8 月名古屋，2012 年 1 月チェンマイ，2014 年 5 月北京，2015 年 3 月京都）を開催し，データの収集と統計解析に向けた手法交流を進めてきた。その中では，まずアジア各地の樹木年輪幅のデータベースを用いて，西暦 800 年以降の東アジアの広域夏季平均2）気温の変動が 1 年単位で復元され ，その成果は，PAGES 2k network 全体による世界各地のデータを統3）合した論文の作成にも直接利用された 。気温の変

西暦８００年以降の東アジアにおける夏の気温復元
Reconstruction of Summer
Temperature over East Asia since 800 C.E.
”２Kコンソーシアム”による国際協力

Tree 木の年輪に基づく復元
ring based reconstruction

International collaboration in 2k Consortium
アジア2kによる東アジアの夏の気温復元

Cook et al. (2013)
図1190

PAGES プログラムの中の重要なプロジェクトの 1 つ，過去の 2k プロジェクト 2）．

地球環境 Vol.20 No.2

動は広域連動性が高いため，モンゴルやチベット，ヒマラヤなどにおける，樹木年輪幅の変動が気温を敏感に反映する寒冷地域のデータが，東アジアの広域夏季気温と高い相関を持っていることが，こうした復元の成功の背景にある。樹木年輪以外にも，古文書記録など気温の高分解能プロキシーはあるが，時間解像度が違っていたり，また異なるプロキシー同士を統計学的に統合する方法は未だ十分に確立できていないため，マルチプロキシーによる古気温の復元（古気候データの統合）
は，Asia 2k の中で引き続き大きな課題となっている。
一方で，PAGES 2k network は，2014 年から第 2 期に入り，次の主な目標として，降水量など水環境の復元を目指す取組を始めた。降水量などの水環境は，気温とは異なり変動の地域性が極めて高いた
め，アジアの平均的な広域年（季節）降水量の変動等を復元するにも，地域毎の高空間解像度の復元マップを作り上げていく必要がある。実際アジアには，

図2

年輪サンプルの例．

写真は伊勢湾台風で倒れた巨木．
分析によって過去の気候情報の抽出を行うことが可能である．

189−194（2015）

水環境の高分解能プロキシーは非常に多く，乾燥地域の樹木年輪幅や夏季モンスーン地域の年輪酸素同位体比（図 2），古文書・古日記の天候記録，鍾乳石やサンゴ年輪の酸素同位体比や湖沼堆積物に含まれる各種プロキシーなど，さまざまなデータが利用可能である。現在，そうしたデータをアジア一円から収集して活用すべく，気候データについてのいわゆるメタデータベースの作成と，データの統計学的手法による解析など，水環境の面的な復元に向けた取組が，Asia 2k の枠組みの中で進められている。これにより，統合的にアジア地域の気候変動の俯瞰や気候モデルとの比較検討を行うことが容易になることが期待される。
2.2 PALSEA1‌and PALSEA2（将来の氷床および海水準変動の理解のための過去の海水準研究 1&2）
今後の地球温暖化に伴い，最も危惧されるのは，
4）
高緯度氷床の融解に伴う海水準の変化である（図3）。
氷床の大規模な体積変化がはじまる典型的な時間ス
ケールが 100～1,000 年であること，正確な海水準変化と氷床量変化の調査を行うには長期のデータが必要であることなどから，PAGES では PALSEA（PALeoconstraints on SEA level rise）というタイトルのワーキンググループを立ち上げて研究を推進してきた。
5）
第 1 期（PALSEA 1）は 2008～2012 年であり ，その6）成功と重要性を受け ，第 2 期 PALSEA 2 が 2013 年
から開始された。IPCC の AR5 でも，PALSEA グループから報告された査読付き論文が広く引用されるなど，存在感を高めており，IPCC の AR5 の発表前の2010 年には，マレーシアのクアラルンプールで，横山が 5 人の SSC の一人を務めた「Sea Level Riseand Ice Sheet Instabilities」というワークショップも開催され，AR5 への大きなステップを踏んだ。最新の IPCC 報告書発表から約 1 年後となる 2015 年には，初めて日本の東京大学大気海洋研究所でワークショップが開催され，AR5 に盛り込めていない氷棚の振る舞いや海氷についての研究成果などが発表さ

横山 (2012)

図3

海水準変動を引き起こすさまざまな要因 4）．

191横山ほか：将来の気候・環境変動理解のための近過去復元研究れた。特に最近では，近未来の大気二酸化炭素濃度や気温と類似した過去の温暖期の研究に重点が置かれつつあり，たとえば，鮮新世の海水準と南極氷床の関係性についての研究等，いくつかの成果も報告
7）
されてきている 。
2.3 高分解能古気候学と歴史・考古学の連携による‌
気候変動に強い社会システムの探索
PAGES Asia 2k の研究成果，すなわち，過去 2 千年にわたるアジアと日本の気候変動の高分解能復元
結果は，地球温暖化の将来予測のための気候モデルの能力検証に利用できるだけでなく，「過去に起きた気候変動が人間社会にどのような影響を与えてきたか」そして，「過去の人々は，そうした気候変動をどのように乗り越えることに成功したか（失敗したか）」という，現在進行中の地球環境問題の解決に向けたヒントを得るための文理融合研究にも，直接役立てることができる。そうした観点から，中塚が研究代表者となり，大学共同利用機関法人・人間文化研究機構・総合地球環境学研究所において，「高分解能古気候学と歴史・考古学の連携による気候変動に強い社会システムの探索」という文理融合型の研究プロジェクトが，2014 年度から 5 年計画で始まった。
プロジェクトでは，PAGES Asia 2k で復元された
8）
西暦 800 年以降の東アジアの夏季平均気温 との対比から，日本の中世や近世に起きた歴史上有名な社会の動乱（さまざまな飢饉や戦乱）の背景に，数十年にわたる非常に大きな気温の変動があったことが，確認され始めてきている。また，日本のような温暖湿潤地域で特に有効な樹木年輪セルロース酸素同位体比による，過去 4 千年を越える日本の夏季降水量の年単位での復元結果を，先史・古代から現在までの歴史の事象と対比する中で，歴史上の主な社会体制の変化が降水量の数十年周期での大きな変動に伴って生じてきたことも，明らかとなってきた。そうした高分解能古気候データと歴史学・考古学の知見の間の「見かけの一致」の裏に，どのような社会的因果関係があったのか，現在，歴史学・考古学者と古気候学者が連携して解明に向けた取組を進めており，その成果は，PAGES Asia 2k などを介して，世界にも発信されつつある。
2.4 ‌湖沼堆積物を用いた高時間分解能気候復元：
水月湖堆積物研究
古気候を研究する上で重要なのが，高精度の時間

図4192

情報復元である。樹木年輪を適用できない氷期の古い時代の年代決定は，放射性元素を使った年代決定を行わなければならない。地球表層に広範に分布している炭素は，微量での分析を行うことが可能になってきたため，加速器質量分析装置を用いた研究が積極的に進められているが，表層の炭素循環に9）伴って，大気中の存在量が変化するため ，標準校正曲線を精度よいものにする取組が国際的に進められてきている。福井県にある三方五湖のうち，水月湖は，年縞とよばれる層を形成するため（図 4），この目的に適合した試料として注目され，これまでに複数回掘削が行われた。当初の成果は 1 本の掘削コアで採取されたものであったが，過去 5 万年間の放射性炭素の大気中変動について明らかにした画期的10）なものであった 。その後，日欧の共同チームでの掘削により，欠損のない 4 本のコアを採取し，国際標準曲線の一部として採択されるデータを公表し11）た 。今後，全球的な気候変動と北西太平洋域の気候変化についての研究等が進められていく予定である。
2.5 ‌大型計画によるデータ収集研究および気候モデル研究
古気候データのアーカイブのなかで優れたものの1 つに，気温や温室効果ガスの記録を保持した氷床コア試料があげられる。日本は国立極地研究所を中心に「ドームふじ」（東南極）において深部掘削を行い，世界で 2 番目に古い時代まで遡れるコアの採取
12）に成功した 。その後，過去およそ 72 万年間の気候復元の研究などが進められているが，アイスコア研究で最も難しい課題の 1 つである年代決定法についても，最終氷期より古い年代については，地球の公転軌道要素変化とのチューニングや，コア中に含まれるガス組成の分析による高精度年代決定法の確13）立を行う等，日本独自の研究成果をあげている 。
これまで採取が難しかった深海堆積物やサンゴ礁堆積物，南極周辺の堆積物などについても IODP
（Integrated Ocean Drilling Program：統合国際深海掘削計画）によってサンプルが採取され，日本からの PAGES 関係の研究者や大学院生も積極的に参画し，多くの重要な成果をあげている（図 5）。
一方で，データのみならず面的に古気候古海洋の復元実験が可能なモデリングについても，積極的な研究展開が行われている。地球シミュレータや京コンピュータといった大規模計算機の整備と，東京大水月湖の年縞堆積物．

地球環境 Vol.20 No.2

図5189−194（2015）‌
IODP（統合国際深海掘削計画）では北極海やタヒチおよびグレートバリアリーフなどのサンゴ礁などこれまでサンプリングが困難であった地域も，砕氷船や浅海掘削能力をもつ特定任務掘削船を使ったサンプリングが可能になった．
写真はグレートバリアリーフ掘削に用いられた掘削船．

学・国立環境研究所・海洋研究開発機構（MIROC）や気象研究所の研究グループによるコード開発により，大気海洋結合大循環モデル開発が行われ，日本は IPCC の早い段階から世界の他の研究機関と並んで，古気候モデル研究の先頭グループに立っている。たとえば，二酸化炭素の変化と公転軌道要素の14）関係についての研究 や，温暖化が進んだ将来のモ
15）
ンスーンの変化についての研究 など，活発な研究が展開されている。国内に先端的な気候モデリンググループをもつ意義は大きく，古気候データとモデルの比較検討によるシステムの理解の深化について
16）
－ 18）
。今後も PMIP や CMIPの研究も進行しているなどの国際的な枠組みの中でも積極的に成果発表を行い，モデルの精度向上を進めていくことになっている。

星科学連合でのセッション継続なども含め，今後も積極的な展開が期待されている。
謝辞

東京大学の植松教授には本小論を執筆する機会を与えていただいた。2 名の匿名査読者のコメントにより，原稿は改善された。執筆作業の一部は科研費（26247085）やキヤノン財団により補助された。記して謝意を表する。
引用文献
1）IPCC （2013） Climate Change 2013: The PhysicalScience Basis. Contribution of Working Group I to theFifth Assessment Report of the Intergovernmental

3．まとめ

Panel on Climate Change In: Stocker, T. F., D. Qin,G.-K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung,

IGBP の中でも当初から参画していた PAGES は，古気候および古海洋の研究を行う中で，近未来の変動についての理解をすすめるという多分野にまたがる広い守備範囲をもつプログラムである。2015 年にIGBP の後継として新しくサステナブル研究の国際的な枠組みとして誕生する Future Earth の中でも，積極的に参画していくとともに，他のプロジェクト（WCRP）との協力形態についての具体策等，国際 SSCで活発な議論が進められるとともに，IGBP や Future
Earth 関係者との意見交換も積極的に進めている。
実際，PAGES の Executive Director であった Thorsten
Kiefer は，9 月 1 日より Future Earth の Global Hub
Director of Future Earth として異動することになっている。一方，国内の PAGES 関連研究については，上記のように，若手を含めた極めて広い裾野の中で，活発な研究成果が発信されており，日本地球惑A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P. M. Midgley, eds.
Cambridge University Press, Cambridge, United
Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp.
doi:10.1017/CBO9781107415324
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temperature anomalies for temperate East Asia since
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4）横 山 祐 典
（2012）氷 床 の 安 定 性 と 海 水 準，JapanGeoscience Letters, 8, 6 - 8.
5）PALSEA（PALeo sea level working group）（2010）

193

横山ほか：将来の気候・環境変動理解のための近過去復元研究

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16）Okazaki, Y., A. Timmerman, L. Menviel, N. Harada,

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18）Yokoyama, Y., A. Suzuki, F. Siringan, Y. Maeda,A. Abe-Ouchi, R. Ohgaito, H. Kawahata and H.

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P. Goswami and T. Zhou （2013） Monsoons in achanging world: A regional perspective in a globalcontext. Journal of Geophysical Research Atmosphere,194横山祐典／Yusuke YOKOYAMA東京大学 大気海洋研究所 教授（Ph.D.）。
1999 年オーストラリア国立大にて博士課程修了。カリフォルニア大学バークレー校や，ローレンスリバモア米国立研究所での研究員を経て，2002 年より東京大学。
おもな研究分野は，海水準変動，古気候学，同位体地球化学。IPCC 報告書への貢献などのほか，米国
地球物理学連合（AGU）の G-Cubed（Geochemistry GeophysicsGeosystems）誌の Editor や PAGES の SSC，INQUA の海洋・沿岸科学コミッションの Vice President などを務める。

中塚武／Takeshi NAKATSUKA

総合地球環境学研究所教授。博士（理学）（名古屋大学，1995 年）。専門は，同位体地球化学・生物地球化学・古気候学。
長年，名古屋大学や北海道大学において，窒素や炭素の安定同位体比を用いた北西太平洋やオホーツク海の物質循環についての研究に従事したのち，近年は，樹木年輪セルロースに含まれる酸素同位体比などを使って，日本とアジアの過去数千年間に及ぶ気候変動，特に水環境の変動を年単位で復元しながら，総合地球環境学研究所において，気候変動と人間社会の歴史的関係についての文理融合の研究プロジェクト「高分解能古気候学と歴史・考古学の連携による気候変動に強い社会システムの探索」に取り組んでいる。

多田隆治／Ryuji TADA

東京大学 大学院理学系研究科地球惑星科学専攻教授（地球システム変動学）。専門は，堆積学，古気候学，古海洋学。特に，東アジアモンスーン変動とその日本海古海洋環境への影響について研究している。2001～2006 年まで PAGES SSC の委員を務める。2014 年から地球環境史学会会長。2013 年より日本地球惑星科学連合（JpGU）の open access journal PEPS のsection chief editor。