論文解説
国立研究開発法人産業技術総合研究所 主任研究員 髙根雄也
【令和元年 10 月 27 日】

エアコンの使用が助長する都市の「熱汚染」を予測－ 都市の温暖化とエアコン使用の不都合な関係 －令和元年 10 月 27 日
国立研究開発法人 産業技術総合研究所
明星大学、埼玉県環境科学国際センター、レディング大学■ ポイント ■・ エアコンの使用は都市の気温を押し上げ、電力需要増加を介し更なる温暖化（「熱汚染」）をもたらす・ この将来の熱汚染はヒートアイランド対策の効果を相殺する量に匹敵・ エアコンの使用に伴う熱汚染は、2018 年 7 月の猛暑を大阪では時刻により最大+0.27℃助長■ 概 要 ■
国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】（以下「産総研」という）環境管理研究
部門【研究部門長 尾形 敦】 大気環境動態評価研究グループ【研究グループ長 兼保 直樹】髙根 雄
也主任研究員は、明星大学【学長 大橋 有弘】亀卦川幸浩教授、埼玉県環境科学国際センター【総長畠山 史郎】原政之主任、レディング大学【総長 William Waldegrave】Sue Grimmond 教授とともに、地球温暖化が進むと、都市の気温上昇に伴うエアコン（空調）の使用量増加によって人工排熱が増え、その結果都市がますます温暖化する（「熱汚染」が顕在化する）程度を定量的に明らかにした。また、このエアコン起源の熱汚染は、国内で記録的高温となった 2018 年 7 月の猛暑を、大阪では時刻により最大+0.27℃助長したとする推定結果を発表した。
今回示された 2070 年代前後の熱汚染量は過去 100 年間の地球温暖化量に匹敵し、各種のヒートアイランド対策により期待される効果を都市では将来的に相殺する可能性を持っていることを示している。
本成果は都市の気候や電力需要の将来予測の精度向上や、猛暑への人間活動の寄与の推定、気候変動適応策提案への貢献が期待される。なお、この成果の詳細は、2019 年 10 月 25 日（英国時間）にNature Publishing Group の科学誌 npj Climate and Atmospheric Science にオンライン掲載された。

は【用語の説明】参照

概念図 熱汚染を考慮した場合の大阪平野の地上気温（左上）と、考慮しない場合の地上気温（右上）．両者の都市温暖化量（現在気候から気温上昇量）の差から算出した将来の熱汚染量（下）．

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論文解説
国立研究開発法人産業技術総合研究所 主任研究員 髙根雄也
【令和元年 10 月 27 日】■ 研究の社会的背景 ■近年、パリ協定に関連し、国内でも気候変動適応法が施行されるなど、気候変動適応への関心が高まっている。人口が集中し気候変動の影響を強く受ける都市において、将来効果的な気候変動対策を提案するためには、都市の気候が将来どのようになるのか、を事前に予測することが重要である。しかし、これまで都市気候の将来予測研究では、エアコンの使用による熱汚染（地球温暖化に伴う都市の気温上昇とエアコン使用の相互作用）の効果は基本的には考慮されていなかった。この理由としては、（１）この熱汚染が都市の気温に及ぼす影響について量的な理解がほとんど存在しなかったこと（重要さが不明であったこと）、および（２）その前提として、定量化の手法そのものがなかったことが挙げられる。

■ 研究の経緯 ■産総研は、この熱汚染を物理的に計算し、その効果を量的に見積もることを目指し、20 年以上前より近藤裕昭博士（当時、現在の環境管理研究部門に所属）を中心に、明星大学の亀卦川教授（当時、現在の安全科学研究部門に所属）、玄地裕博士（安全科学研究部門）とともに、都市の気候を物理的に計算する独自の数値モデルの開発に取り組んできた。開発された数値モデルは世界初の都市気候モデルの一つとして世界的に認知されている。今回の研究では、この産総研による都市気候モデルを参考にスペインとアメリカで別途開発され、より計算安定性の高い（長期での計算が可能な）同種の数値モデルを使用した。なお、今回の熱汚染量の定量化に先立ち、数値モデルによる都市の気温と電力需要（実測値）の再現精度を事前に検証し、その検証結果をもとに数値モデルを改良している。
なお、本研究は、独立行政法人日本学術振興会の海外特別研究員制度 「メガシティにおける都市気候と人間活動の相互作用」（2017 年 2 月〜2019 年 2 月）と科学研究費補助金基盤研究 B 「都市気候と空調エネルギー需要の相互作用感度（PFB 感度）の定量化とその国際比較」（2016～2018 年度）」、
Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) の Low carbon climate-responsive
Heating and Cooling of Cities (LoHCool)による支援を受けて行った。また、本研究成果は筑波大学計算科学研究センターの学際共同利用プロジェクト（COMA (PACS-IX) System）を利用して得られた。

■ 研究の内容 ■将来の都市気候条件のもとでのエアコンの使用に伴う熱汚染量の予測値を世界で初めて数値モデル計算により定量的に示した。具体的には、現在気候（2000〜2010 年）と、日本付近の地球温暖化量が+0.5℃（概ね 2020 年代に相当）、+1.0℃（同 2030 年代）、+1.5℃（2040 年代）、+2.0℃（2050 年代）、+2.5℃（2060 年代）、+3.0℃（2070 年代）となる 6 つの将来年代（計 7 年代）に対して、エアコン使用に伴う屋外への人工排熱を物理的に計算するケース（概念図、左上）と、人工排熱量を 0 に設定するケース（概念図、右上）の計算を行った。6 つ将来年代における両ケースの都市温暖化量の差（現在気候と将来気候との気温差）から、6 つの将来年代における熱汚染量の大きさ（概念図、下）を見積もった。本研究では、この手法を熱汚染量の簡易的な定量化手法として提案した。対象都市は国内で最も 8 月の平均気温が高く、かつアジアを代表する大都市の一つである大阪とした。大阪は国内でも屈指の観光都市であり、2025 年の万国博覧会の開催も控え、今後も多くの外国人の訪問が見込まれる。すなわち、大阪の気候は日本人だけではなく諸外国にとっても注目度が高いと考えられる。

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国立研究開発法人産業技術総合研究所 主任研究員 髙根雄也
【令和元年 10 月 27 日】

4.03.03.5
2.5
3.0

1.00.82.02.50.6

2.0
1.50.4

熱汚染無し

線形的増加

1.5
1.01.00.5
0.50.2

2018年7月猛暑

0.0-0.2
0.00.51.0

1.5

2.02.5

3.0

3.5

0.8

0.7

0.70.6

0.6

0.5

0.5

0.4
0.3
0.2
0.1

0.4
0.3

0.0-0.10

ΔTGW (ºC)

地球温暖化量（℃）

32018年7月猛暑（0.27℃）+0.5ºC+1.0ºC+1.5ºC+2.0ºC+2.5ºC+3.0ºC
August 2013 heat wave
July 2018 heat wave

0.1

0.0-0.2

2013年8月猛暑（0.16℃）

0.2

-0.1

0.0

2013年8月猛暑

0.8

δTAC→FB (ºC)

1.2

熱汚染有り

δTAC→FB (ºC)
熱汚染量（℃）

都市温暖化量（℃）
ΔT (ºC)

4.5
3.5-0.2
6 0

9 3 12 6 15 9 1812 2115 2418

時刻(h)TimeTime (h)図 1 地球温暖化と都市温暖化、熱汚染量の関係（左）、および熱汚染量の時間変化（右）．
図 1 は、本研究により計算された熱汚染の大きさ（[概要]の図の下段に相当、住宅街区の値）を示している。熱汚染の大きさは地球温暖化の進行に伴いほぼ線形的に増加しており（緑矢印）、地球温暖化量が+3.0℃の将来年代（概ね 2070 年代に相当）では、0.6℃に達している（図 1 左、緑丸）。この数値は、日本における過去の地球温暖化量に匹敵する大きさである。また、この予測値は、将来の都市計画の導入が将来の都市の気温へ及ぼすインパクトや、将来の都市気候計算を行う際に前提となる IPCC 温室効果ガス排出・濃度シナリオや将来予測に使用する数値モデルの選択に伴う将来の気温へのインパク
ト（都市気候の将来予測計算に伴う不確実性の大きさ）と同等である。このことから、熱汚染は特に現状でエアコンを常に使用している先進諸国の都市や今後エアコン普及が進む都市（多くのアジアのメガシティに相当）における気候を予測する上で、考慮することが不可欠となる物理プロセスといえる。
なお、この熱汚染は電力需要も追加的に増加させる。この追加的な電力需要の増加量は地球温暖化
量が+3.0℃の将来年代では、単位床面積辺り約 0.2MJ に達することが示唆された（図 2、緑丸）。
都市温暖化と熱汚染の大きさがほぼ直線的な関係にあることから、この関係を一次関数で近似した
簡易的な式を作成し、2018 年 7 月と 2013 年 8 月の日本の猛暑時の大阪の高温に、この人為起源の熱汚染がどの程度追加的に気温を押し上げているかを推定した。その結果、2018 年 7 月と 2013 年 8 月の猛暑に熱汚染の効果がそれぞれ時刻により最大+0.27℃、+0.16℃、追加的に気温を押し上げていた可能性が推定された（図 1 右）。このように、本研究の成果は、過去に発生した猛暑や将来起こり得る都市の猛暑に対して、人間活動（エアコンの使用）がどの程度寄与していたかを推定する際に活用できる。
熱汚染有り

0.40.4NoAH
CTRL−NoAH

0.30.34.04
0.2
0.23.03

熱汚染無し
0.1
0.1

2.02
0.0
0.0

1.01

−25.05CTRL

δECAC→FB (MJ floor-m )熱汚染に伴う電力需要増加量（MJ floor-m-2）

ΔEC (MJ floor-m )

都市の電力需要増加量（MJ floor m-2）−26.06-0.1-0.1

0.00
0.0

0.5 1.0 1.5
1.5 2.0
2.0 2.5
2.5 3.0
3.0
ΔTΔTGW(ºC)
GW (ºC)地球温暖化量（℃）-3-

図 2 地球温暖化と都市の電力需要増加量、熱汚染に伴う電力需要増加量の関係．

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国立研究開発法人産業技術総合研究所 主任研究員 髙根雄也
【令和元年 10 月 27 日】■ 今後の予定 ■今後は、本研究と同様の手法を国内外の他の都市に適用し、熱汚染の大きさの体系化を行うことで、近年わが国で発生頻度が増加している猛暑に及ぼす都市の人工排熱の影響の評価や、それぞれの都市や気候に適した気候変動適応策を提案するための基礎情報の整備を行う予定である。また、熱汚染が人間の温熱快適性（熱ストレス）に及ぼす影響についても調査し、本成果を熱中症等の予測に繋げていく。さらに、上記のように本研究で使用した数値モデルでは将来の電力需要の付加量を計算することが可能であるため、今後は将来の再生可能エネルギー発電量を推定できるアルゴリズム（別途産総研の別グループが開発）を実装することで、将来の都市におけるエネルギー需給の長期予測を行う予定である。
■ 論文情報 ■著者： Yuya Takane, Yukihiro Kikegawa, Masayuki Hara, C. Sue B. Grimmond
論文タイトル： Urban warming and future air-conditioning use in an Asian megacity: Importance ofpositive feedback
雑誌名： npj Climate and Atmospheric Science
DOI： 10.1038/s41612-019-0096-2
論文 URL： https://www.nature.com/articles/s41612-019-0096-2
掲載日： 2019 年 10 月 25 日
■ 本件問い合わせ先 ■国立研究開発法人 産業技術総合研究所
環境管理研究部門 大気環境動態評価研究グループ
主任研究員

髙根 雄也

〒305-8569 茨城県つくば市小野川 16-1 つくばセンター西事業所
E-mail： takane.yuya@aist.go.jp TEL：029-861-5579【取材に関する窓口】
国立研究開発法人 産業技術総合研究所 企画本部 報道室〒305-8560 茨城県つくば市梅園 1-1-1 中央第 1
つくば本部・情報技術共同研究棟 8FTEL：029-862-6216 FAX：029-862-6212 E-mail：press-ml@aist.go.jp-4-論文解説
国立研究開発法人産業技術総合研究所 主任研究員 髙根雄也
【令和元年 10 月 27 日】【用語の説明】◆用語の名称説明文◆熱汚染
地球温暖化により都市が温暖化すると、夏季であればその分建物内の空調負荷が高まるため（室温が上がる方向に熱が流れるため）（図 3A）、エアコンの設定温度や性能が一定であれば結果的により多くの熱を人工排熱として室内から屋外へ排出することになる（図 3B）。この人工排熱は都市の気温を追加的に上昇させ、これがさらに空調負荷を増加させる。この正のフィードバック（悪循環、相互作用）により、屋外の気温が追加的に高温になることを、ここでは便宜的に「熱汚染」と呼ぶ。
建物（屋内）
室外機
電力

空調システム
熱負荷
屋内の熱源

人工排熱

大気（屋外）

B

換気
窓からの日射壁からの熱伝導

A

気温湿度
風放射

図 3 都市の温暖化とエアコン使用に伴う人工排熱増加の悪循環（フィードバック、相互作用）．屋
外気象が屋内へ影響し（A）、室外機からの人工排熱が屋外へ影響する（B）．
◆ヒートアイランド
都市化に伴い都市部の気温が郊外の気温よりも高くなる現象。都市部の気温が島状に高くなって見えることから熱の島（ヒートアイランド）と呼ばれる。
◆都市気候モデル
都市気候・気象をコンピュータ上に再現することを目的に開発された数値モデル。都市気候モデルが開発される以前の数値モデルや、天気予報の現業で現在使用されている数値モデルでは、都市は全く考慮されていないか、あるいはコンクリート等の平板として表現されているため、都市気候特有の郊外に比べて高い夜間の気温等の特徴がうまく再現できなかった（できない）。しかし、都市気候モデルの開発された後、都市気候を精度良く再現できるようになった。また、建物エネルギーモデルを結合させることにより、上記の熱汚染が物理的に計算可能になった。都市気候モデルは、学術的には都市キャノピーモデル（urban canopy model）と呼ばれる。
◆IPCC 温室効果ガス排出・濃度シナリオ
気候変動に関する政府間パネル（International Panel on Climate Change; IPCC）による要請によって作成された、第 5 次結合モデル相互比較計画（Fifth Coupled Model Intercomparison Project; CMIP5）の全球気候モデル予測実験において用いられた二酸化炭素などの温室効果ガスについての将来シナリオ。

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論文解説
国立研究開発法人産業技術総合研究所 主任研究員 髙根雄也
【令和元年 10 月 27 日】

CMIP5 においては、代表濃度経路シナリオ（Representative Concentration Pathways; RCP）と呼ばれる将来シナリオが用いられた。放射強制力の大きさにより、RCP2.6, RCP4.5 RCP6.0, RCP8.5 などがある。
本研究の都市気候予測では、将来ありうると考えられる上限のシナリオである RCP8.5 に基づく全球気候モデル予測結果を用いた。
◆2018 年 7 月と 2013 年 8 月の日本の猛暑2018 年 7 月は国内で統計開始以来最も暑い 7 月の一つであり、大阪市の 7 月平均気温は 29.5℃であった。この気温は、本研究における現在気候（2000〜2010 年）の 7 月平均気温より 1.63℃高い値である。同様に、2013 年 8 月は統計開始以来最も暑い 8 月となり、四万十市の江川崎では国内の歴代最高気温となる 41℃が観測された。大阪市の 8 月平均気温は 30.0℃であり、本研究における現在気候の 8月平均気温より 0.99℃高かった。

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