Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
“True Real-time Slant Tropospheric Delay Monitoring System with Site Dependent Multipath Filtering”.

5) Vomel, H., H. Selkirk, L. Miloshevich, J. Valverde-Canossa, J. Valdes, E. Kyro, R. Kivi, W. Stolz, G. Peng, and J. A. Diaz: J. Atmos. Oceanic Technol., 24(6), 953-963 (2007) "Radiation dry bias of the vaisala RS92 humidity sensor."

6) Wang, J. H., L. Y. Zhang, A. G. Dai, T. Van Hove, and J. Van Baelen: J. Geophys. Res., 112, D11107, doi:10.1029/2006JD007529 (2007)

“A near-global, 2-hourly data set of atmospheric precipitable water from ground-based GPS measurements.”

7) Lenderink, G., and E. van Meijgaard Nat. Geosci., 1, 511-514 (2008)

“Increase in hourly precipitation extremes beyond expectations from temperature changes.”

8) Thayer, D.: Radio Science, 9, 803–807 (1974)

“An improve equation for the radio refractive index of air.”

9) Elgered, G., J. L. Davis, T. A. Herring, and I. I. Shapiro: J. Geophys. Res., 96(B4), 6541-6555 (1991)

“Geodesy by radio interferometry: Water vapor radiometry for estimation of the wet delay.”

10) Bevis, M., S. Businger, T. A. Herring, C. Rocken, R. A. Anthes, and R. H. Ware: J. Geophys. Res., 97(D14), 15,787 - 15,801 (1992)

“GPS Meteorology: Remote sensing of atmospheric water vapor using the global positioning system.”

11) Saastamoinen, J.: The Use of Artificial Satellites for Geodesy, Geophys. Monogr. Ser., vol. 15, edited by S. W. Henriksen, A. Mancini, and B. H. Chovitz, pp. 247-251, AGU, Washington, D. C. (1972)

“Atmospheric correction for the troposphere and stratosphere in radio ranging of satellites.”

12) Boehm, J., A. Niell, P. Tregoning, and H. Schuh: Geophysical Research Letters, 33, L07304, doi:10.1029/2005GL025546 (2006)

“Global Mapping Function (GMF): A new empirical mapping function based on numerical weather model data.”
“Retrieval of Water Vapor Inhomogeneity Using the Japanese Nationwide GPS Array and its Potential for Prediction of Convective Precipitation.”

13) Shoji, Y.: J. Meteorol. Soc. Jpn., 91(1), 43-62 (2013)
# (2) 温暖化予測モデルにおける水蒸気量再現性と気候再現性の評価

首都大学東京

都市環境学部

高橋洋

平成25(開始年度)～27年度累計予算額：8,220千円（うち平成27年度：2,174千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

大気中の水蒸気変動は、温室効果、雲・雨形成など様々な観点から、気候システムにおいて重要である。本研究では、水蒸気変動につて、CMIP5データを解析し、空間分布の凹凸の再現性に問題があることを示した。さらに、サブテーマ1で作成されたGRASP可降水量を領域気候モデルの検証に使用した。当初は、GRASP可降水量とCMIP5データなどの直接的な比較を行う予定であったが、空間解像度の違いで比較が困難であったため、領域気候モデルを使用した。GRASP可降水量データにより水蒸気変動が検証された実験をもとにして、日本近海の近年の海面水温上昇が、水蒸気変動を介して、日本の関東域の高温多湿環境に寄与していることを見出した（日本の近海は、世界の海洋の中でも長期的な海面水温上昇が大きい）。この高温多湿環境を形成する「領域規模の温室効果」は、夏季の日本の熱中症と深く関わっている可能性が高く、社会的にも重要な成果が得られた。

[キーワード]

水蒸気量変動、地球温暖化、領域規模の温室効果、アジアモンスーン

### 1. はじめに

大気中の水蒸気の変化は気候感度における最大のフィードバックであり（IPCC第4次報告書）、氷粒・水滴・水蒸気と相転移を介し、その変動は地球全体の水／エネルギー循環に大きく影響を及ぼすため、高精度かつ長期間の水蒸気の絶対量及び時空間変動の観測は大変重要であると考えられる。水蒸気量の観測は、現業のラジオゾンデやマイクロ波センサーを搭載した衛星によるものが主流であり、Ross and Elliott（2001）¹はラジオゾンデデータを用い、対流圈の水蒸気量の長期トレンドを調査した。Trenberth et al.（2005）²では、Special Sensor Microwave/Imager（SSM/I）によって観測された可降水量を用いて、1988年から2003年にかけての海上の可降水量の変化量を示した。

温暖化研究で用いられるIPCC第5次評価報告書用のCMIP5データセットについて、CMIP3からどの程度改善が見られるのかを評価し、どのような問題点があるのかを明らかにする必要がある。温暖化の評価データとしてGRASP可降水量を用いることを試みているが、空間解像度の違いから比較が容易ではない。単に空間方向に内挿するだけではなく、領域気候モデルなどを介して比較する必要があると考えられる。
## 2 ．研究開発目的

研究目的として次のものを設定した。

IPCC第5次評価報告書用のCMIP5データセットについて、水蒸気場にどの程度のばらつきがあるのかを評価する。それにより、どのような問題点があるのかを明らかにする。

空間解像度の大きく異なるGRASP可降水量とGCM(Global Climate Model)データセットをどのように比較するのかを検討し、アジアモンスーンスケールでの水蒸気量変動が、領域及び全球の気候変動において、どのような影響を及ぼしているのかを明らかにする。

## 3 ．研究開発方法

温暖化予測モデルにおける水蒸気量の空間分布及び季節変化、経年変化の把握のための、温暖化予測モデルの出力データを収集する。水蒸気量に関するモデル出力データのみならず、降水量や気温等の気候変動に関連する物理要素についても収集・整備を行う。水蒸気変動の検証のために、観測データとして、NVAP-M(A reanalysis and extension of the National Aeronautics and Space Administration (NASA) Water Vapor Project (NVAP))を収集する。水蒸気量の検証には、NVAP-Mを使用する予定であるが、精度の検証などが難しい。これは、水蒸気量データの観測が極めて少ないからである。そこで、まずは、全球の水蒸気量が使用できる大気の再解析データを用いて、それらのばらつきを調べ、観測データが同化された再解析データでどの程度の再現性があるのかを調べる。

近年世界各地で、地上気温の上昇が報告されているが、同時に海面水温も上昇しており、特に黒潮域の海面水温の上昇が世界の海洋の平均よりも大きいことが指摘されている。また、夏季の地上気温の上昇は、熱中症リスクの増大や電力の需要逼迫など、私たちの健康や生活に大きな影響を及ぼす。地域スケールの気候変動では、冬季の海面水温が気候変動に大きな影響を与えることは知られているが、夏季については、あまり研究がなかった。また、これまでは、夏の気温変動には、近海の海面水温の影響は小さく、太平洋高気圧の張り出しの強さや熱帯海洋の海面水温の遠隔影響（例：エルニーニョ・ラニーニャ現象）などにより変動すると考えられていた。地域スケールの気温変動には、地球温暖化に伴う広域的な気温上昇に加えて、近傍の海面水温による地域スケールの気温上昇が含まれているため、両者を区別して評価することで、その地域の気温変動の原因解明につながることが期待される。本年度は、夏の関東地方の気候変動に着目し、海面水温変動が気温に及ぼす影響を、高解像度の長期間の数値シミュレーションから定量的に明らかにした。

領域気候モデルを用いた数値シミュレーションによって、夏の関東の地上気温変動に対する関東南沖を流れる黒潮周辺の海面水温の影響を評価した。過去31年間（1982年－2012年）の8月について、それぞれの年の月平均の海面水温の観測値を与えたシミュレーションと、31年間の平均値
を与えたシミュレーションをそれぞれ31年分実施した。それぞれの年の月平均海面水温を与えたシミュレーションでは、長期間の気象観測データと比較し、現実的なシミュレーションであることを確認した。二つのシミュレーション結果の差から、海面水温変動のみに起因する気温などの変動を取り出すことができる。

(a) Domains & Topography (d01)

図(2)-1 （a）領域気候モデルの計算領域と地形。REF Kuroshioは、黒潮領域の代表的な海面水温を計算するのに使用した領域である。(b)観測値の分布。本研究で重要である、GRASP可降水量は、関東域に星印で示した。灰色の丸印は、シミュレーションの検証に用いた気温の観測地点である。
## 4 ．結果及び考察

温暖化予測モデルにおける水蒸気量の空間分布及び季節変化、経年変化の把握のための、温暖化予測モデルの出力データを収集した。水蒸気量に関するモデル出力データのみならず、降水量や気温等の気候変動に関連する物理要素についても収集・整備を行った。水蒸気変動の検証のために、観測データとして、NVAP-Mを収集した。これらについて、初期解析を行ったので以下に示す。

まずは、水蒸気量と気温との関係を調べるために、全球平均した年平均可降水量と地上気温を散布図に示す。各モデルは、TAS（地上気温）が高い年と、PRW（可降水量）の大きい年が一致する傾向にあり、可降水量は、気温と連動して変動していることが見てとれる（図(2)-2）。これは、基本的に、相対湿度が一定と考えた場合に、このような共変動になることが考えられる。ただし、実際に年々変動において、相対湿度が一定になるのかなどは、今後詳しく調べる必要がある。

各モデルの全球平均の年々変動の幅は、可降水量が1.5 mmから2 mm程度であり、地上気温が0.5 Kから1 K程度である。このことから、年々変動の幅は長期的な気候変化（温暖化）などと同程度の振幅であることがわかる。今後は、これらの詳しい物理的な関係性について調査していく。

図(2)-2 5つの温暖化モデルの全球平均した年平均可降水量と地上(2m)気温の散布図。1976年から2005年のCMIP5のhistorical runのデータを使用した。一つの点は、ある年の全球平均した年平均可降水量と地上気温。色は、モデルを表す。赤はMIROC5、青はMPI-ESM-LR、緑はCNRM-CM5、水色はGFDL-CM3、紫はinmmc4である。

CMIP5の標準的な実験であるRCP4.5runにおける、可降水量の時系列を図(2)-3に示す。将来予測実験の開始の2006年の時点で、3 mm程度のばらつきがある。2100年には、基本的には2006年と同
様の傾向のまま、全体として増加している。可降水量の増加は、温暖化（気温の上昇）に伴う、飽和可降水量の増加に対応していると考えられるが、ここでも相対湿度一定を考える必要があるため、温暖化モデル内での相対湿度を決める物理機構が重要と考えられる。これは、可降水量に対して、どの程度降水フラックスとして、大気中から水蒸気量を除去するかという効率に関連していると考えられるが、今後の研究課題である。2100年の可降水量は、特定のモデルを除いても、2006年よりも多少ばらつきが大きくなっているとみることもできる。

図(2)-3と同様に、図(2)-4に地上気温の100年間の変化を示す。将来予測実験の開始の2006年の時点で、1 K程度のばらつきがある。2100年には、基本的には2006年と同様の傾向のまま、全体として上昇している。一方で、年々変動を見ると振幅が小さいモデル、周期性が強いモデル、年々変動が100年間で変化しているモデルなど、特徴が多岐にわたる。

図(2)-3と同様に、図(2)-5に降水量の100年間の変化を示す。将来予測実験の開始の2006年の時点で、0.4 mm程度のばらつきがある。2100年には、基本的には2006年と同様の傾向のまま、全体として上昇している。一方で、年々変動を見ると振幅が小さいモデル、周期性が強いモデル、年々変動が100年間で変化しているモデルなど、特徴が多岐にわたる。

図(2)-3 16個の温暖化モデルの全球平均した年平均可降水量(PRW)の約100年間の時系列。2006年から2100年のCMIP5のrcp4.5runのデータを使用した。一つの線は、あるモデルを表す。
図(2)-4 16個の温暖化モデルの全球平均した年平均地上気温(TAS)の約100年間の時系列。2006年から2100年のCMIP5のrcp4.5runのデータを使用した。一つの線は、あるモデルを表す。

図(2)-5 16個の温暖化モデルの全球平均した年平均降水量(PR)の約100年間の時系列。2006年か
ら2100年のCMIP5のrcp4.5runのデータを使用した。一つの線は、あるモデルを表す。

次に、CMIP5モデルの可降水量について、空間分布の再現性を確認するために、空間パターン相関と空間標準偏差を図(2)-6に示す。可降水量データはすべて、2.5度格子に統一した。熱帯域の可降水量の再現性に着目した。

可降水量の空間パターン相関は、それほど悪くはないものの、空間パターン標準偏差にばらつきが大きい。これは、可降水量の絶対値がモデルによりばらついていることが原因と考えられる。

図(2)-6 19個の温暖化モデルにおける可降水量の1979年から2005年までの27年間の年平均値について、熱帯域（南緯25度から北緯25度）を対象に、空間パターン相関と空間パターン標準偏差によるテイラーダイアグラム。参照データは、JRA55(図中のT)を使用した。AはCCSM4、BはCMCC-CM、CはCNRM-CM5、DはCSIRO-Mk3-6-0、EはFIO-ESM、FはGFDL-CM3、GはGFDL-ESM2G、HはGISS-E2-H、IはGISS-E2-R、JはIPSL-CM5A-LR、KはIPSL-CM5A-MR、LはMIROC4h、MはMIROC5、NはMPI-ESM-LR、OはMPI-ESM-MR、PはMRI-CGCM3、QはNorESM1-M、Rはbcc-csm1-1、Sはinmcm4、TはJRA55を示す。空間分解能は、緯度経度2.5度格子に統一し使用した。
さらに、本課題で海洋研究開発機構により作成されたGPS可降水量データとGCMデータとの比較を行うための一つの手法として、GCMデータ（実際の比較のために、再解析データを用いる）のダウンスケーリング実験を試みた。GPS可降水量は、地形などの局地スケールの影響を大きく受けるのに対して、GCMデータはラージスケールの情報のみしか含まないので、直接比較ができない。そのためにこのダウンスケーリング実験を実施した。

ここからの図では、過去31年間（1982年－2012年）の8月について、それぞれの年の月平均の海面水温の観測値を与えたシミュレーションと、31年間の平均値を与えたシミュレーションをそれぞれ31年分実施し、二つのシミュレーション結果の差から、海面水温変動のみに起因する気温などの変動を取り出したものである。その取り出した影響を、海面水温の各気象要素への感度とする。

図(2)-7は、黒潮領域の海面水温が高い年には、海面水温に起因して、海面水温が平年値の場合よりも、関東地方の気温も高くなることを示している。次に、図(2)-8は、31年間の平均海面水温を与えたシミュレーションと観測値を与えたシミュレーションの結果を示している。海面水温が気候値の場合でも年々変動はあるが、海面水温の年々変動がある場合の方が、振幅が大きいことが分かる。つまり、海面水温の年々の変動が、関東地方の気温変動を増幅していることが分かった。

SST Anomaly (Gray), T2m Sensitivity (Black)

図(2)-7：1982年から2012年までの各年の8月の関東南沖の海面水温[灰色；▶](31年平均値からの偏差)とシミュレーションにより取り出した日本近海の海面水温の関東の気温への影響[黒；○]の時系列。単位は、°C(度)。すなわち、海面水温変化のみに起因する気温上昇量を示している。
図(2)-8：1982 年から 2012 年までの各年の 8 月の再現実験の関東の地上(2m)気温[灰色；○]と気候値の海面水温を使ったシミュレーションによる関東の地上(2m)気温[黒；＋]の時系列。単位は、°C(度)。

ここで、海面水温変動の影響を定量化するために、以下の式を提案した。

$$ \mathrm{I m p a c t}_{\mathrm{o c e a n}}=1-(\mathrm{V a r i}_{\mathrm{c l i m S S T}}/\mathrm{V a r i}_{\mathrm{C T L}}). $$

Impact_{ocean}は、海面水温変動の影響を示し、Vari_{climSST}は、平均値を与えたシミュレーションの気温の年々変動の分散、Vari_{CTL}は、観測値を与えたシミュレーションの気温の年々変動の分散である。この式を基に計算した結果、関東地方の気温変動のうちの約3割が海面水温の変動によって説明されることが分かった（残りの7割は、太平洋高気圧の強弱、熱帯海洋の海面水温の遠隔影響、陸地の乾燥度合などによるものと考えられる）。これは、一般的に考えられているものよりも大きい印象がある。というのは、これまで、冬季には、海面水温の影響を調べた研究が多かったものの、夏季には、少なかったのも、影響は小さいと考えられていたからだと思われる。
図(2)-9は、GRASP可降水量の関東(図(2)-1)での単純平均値と、シミュレーションでの可降水量の領域平均値である。両者の可降水量の値は、絶対値も含めて概ね一致しており、本研究で重要となる水蒸気量変動の再現性が非常に高いことが示された。多くのシミュレーション研究では、気温や降水量の再現性の検証は行われているものの、気候変動の視点から、可降水量を観測値により検証したものは、非常に珍しく価値が極めて高いと思われる。本研究で問題となる領域スケールの温室効果を考える上では、このような検証は必須であり、継続可能な水蒸気量データ観測とアーカイブが重要である。

重要なことは、海面水温が平均よりも高い年は、地上気温だけではなく、水蒸気量も大きくなることが分かった(図(2)-9)。この結果は、海面水温が平均よりも高い年には、高温多湿になりやすい傾向があることを示している。

図(2)-9：1982年から2012年までの各年の8月の再現実験の関東の可降水量[黒；○]とGRASP可降水量による関東領域の平均値[灰色；＋]の時系列。単位は、mm。GRASP可降水量は1996年から2010年までを使った。

次に図(2)-10に、1982年から2012年までの各年の8月の関東南沖の海面水温とシミュレーションにより取り出した日本近海の海面水温の関東の気温への影響の各時刻における回帰係数を示す。これは、各時刻において、海面水温の影響により気温がどの程度変動するかを示したものである。各時刻の海面水温に対する感度は、夜間に高くなり、日中に低くなる傾向が顕著に見られる。さらに下に示された相関係数の数値を見ても、夜間は相関係数が高いのに対して、日中は相関係数も低く、影響が夜間の方が系統的であると考えられる。この結果は、この後に示す、水蒸気量の増加に伴い、地表での下向きの長波放射量が増加し、気温が上がるという本研究での提案を支持する結果と考えられる。
図(2)-10：1982年から2012年までの各年の8月の関東南沖の海面水温とシミュレーションにより取り出した日本近海の海面水温の関東の気温(T2m)への影響[黒；〇]の各時刻における回帰係数。単位は、K/K。下の数値[corre]は、相関係数。すなわち、海面水温変化のみに起因する気温上昇量と海面水温との関係を示している。時刻は、日本標準時(JST)。

図(2)-11は、1982年から2012年までの各年の8月の関東南沖の海面水温(SST)とシミュレーションにより取り出した日本近海の海面水温の関東の地表における全天下向き短波放射(SWdown_sfc)と地表における全天下向き長波放射(LWdown_sfc)への影響の散布図を示したものである。図の右上の数字は、散布図の31個の点の相関係数を示しており、短波放射では、値が小さく、95%の統計的な有意水準で有意ではないが、長波放射は、相関が極めて高く、統計的にも有意である。短波放射の相関係数が低いことは、海面水温の影響により雲が変わり、それによって地表に届く短波放射が変わることの影響がランダムであり、系統的ではないことを示している。ただし、必ずしも影響が小さいのではなく、感度の絶対値は、長波放射よりも大きいことから影響は大きい。繰り返しになるが、影響はあるが、系統的ではない。このことから雲の変化は系統的ではないのにも関わらず、長波放射は系統的に変化することから、この長波放射の変化は、雲の変化を介したものではないことが推察される。
図(2)-11：1982年から2012年までの各年の8月の関東南沖の海面水温とシミュレーションにより取り出した日本近海の海面水温の関東の地表における全天下向き短波放射(SWdown：左)と地表における全天下向き長波放射への影響(LWdown：右)の散布図。単位は、いずれも横軸がKで縦軸がW/m^{2}。すなわち、海面水温変化のみに起因する放射量変化量を示している。

図(2)-12は、1982年から2012年までの各年の8月の関東におけるシミュレートされた可降水量と地表における全天下向き長波放射への海面水温の影響と、関東における地上気温と地表における全天下向き長波放射への海面水温の影響を散布図によって示したものである。この図を見ると、可降水量の感度と長波放射の感度は高い相関があり、可降水量の変化による長波放射の変化が推祭される。一方で、地上気温の感度と長波放射の感度も相関が高く、これらの変化も関連していることが考えられる。過去の観測データから定式化された手法で、可降水量の変化による長波放射の変化と地上気温の変化による長波放射の変化の大きさを簡素なモデルで見積もると、両者とも同程度の影響があり、これまで指摘されて来なかった、領域スケールでの水蒸気量変動も重要であることが示唆された。
図(2)-12：1982年から2012年までの各年の8月の関東におけるシミュレートされた可降水量(PW)と地表における全天下向き長波放射(LWdown)への海面水温の影響の散布図(a)。関東における地上気温(T2m)と地表における全天下向き長波放射(LWdown)への海面水温の影響の散布図(b)。単位は、横軸がmmで縦軸がW/m²（a）、横軸がKで縦軸がW/m²（b）。影響とは、海面水温変化のみに起因する放射量変化量を示している。

次に水蒸気量変動のもととなる海面フラックスの感度を図(2)-13に示した。よく知られているボーエン比の温度依存性により、夏季の海面水温では、顕熱(LE(gfx))の感度に比べて、潜熱(H(hfx))の感度が明らかに大きいことがわかる。例えば、日本海側の冬季などでも、海面水温の影響が重要となるが、日本海側の海面水温が上昇すると、顕熱も同時に増えることが過去の研究で示されている。
図(2)-13：1982年から2012年までの各年の8月の関東南沖の平年値からの海面水温偏差とシミュレーションにより取り出した黒潮領域（REF Kuroshio）の海面水温の黒潮領域における海面フラックス（左：潜熱、右：顕熱）への影響の散布図。単位は、いずれも横軸がKで縦軸がW/m2。すなわち、海面水温変化のみに起因する海面フラックス変化量を示している。

最後に空間分布を確認することにより、海面水温変化に伴う水蒸気フラックスの変化を、回帰分析により調べた（図(2)-14）。関東地方の南沖の黒潮領域において海面水温が高いときには関東への水蒸気フラックスが増加し、水蒸気量の増加に寄与していることがわかる。同時に海面水温の変動に伴う、海面からの潜熱と顕熱から変動を調べたところ、顕熱による加熱はほとんど変化していないため、蒸発の増加と関東の気温の変動が結びついていることが予想された。
図(2)-14：31年間の8月の関東南沖の海面水温の年々の変動に対する、可降水量(PW)と水蒸気輸送量(QV)の回帰係数。水蒸気輸送量は、相関係数(自由度は29)により99.9%で統計的に有意なものを図化した。海面水温が高いときに可降水量が多くなるところが赤で、矢印の向きに水蒸気輸送が強化されることを示している。

これまでの解析より、海面水温変動による関東地方の気温変動には、大気中の水蒸気量が変動することによる温室効果の強弱が関係しているものと考えられる。水蒸気は温室効果が強い気体であるため、大気中の水蒸気量が増えることは、下向きの赤外放射を増加させ、地表付近での放射冷却を軽減します。経験式から見積もった可降水量増加による下向きの赤外放射の変化量は、詳細なシミュレーションにより計算された変化量と同等のオーダーであり、水蒸気量変化が温室効果の強化に重要であることが示唆された。一方で、地上気温を大きく左右する要因として、雲による日射の遮断が考えられる。水蒸気量が変動することから雲量も変化する可能性があるが、本研究のシミュレーションでは、海面水温変動のみに起因する関東地方における日射の変動（雲量の変動）寄与は十分に小さいことがわかった。

本研究は、夏季において、関東南沖を流れる黒潮周辺の海面水温がどの程度関東地方の地上気温に影響を及ぼしているかを定量的に明らかにし、気温変化が水蒸気量の変動に伴う下向き赤外放射の変動に関係していることを示した。高温で水蒸気の多い環境は、人間活動（空調などのエネルギー需要）や健康問題（熱中症など）と直結する。したがって、信頼性の高い気候変動の把握と気象・気候予測を行うためには、既存の気象観測の継続に加えて、水蒸気量観測網の整備とデータアー
カイブの自動化、さらに数値モデルの改良を通じて水蒸気量変動を理解することが重要であると言える。一方、地球温暖化に伴う将来の広域的な気温予測に加えて、本研究のような領域スケールの温室効果も考慮することで詳細な温暖化予測が可能になることが期待される。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

地域規模の水蒸気量変動は、地域規模の温室効果の強化をもたらす可能性が示唆された。具体的な現象として、日本近海の海面水温が高い場合に、その近傍で、水蒸気量変動を通して高温多湿環境が形成されることがわかった。暖候期の海面水温が水蒸気量変動を通して、地域規模の気候に影響を及ぼしていることは、領域気候変動の視点と健康影響の視点から重要な結果である。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

領域規模の温室効果については、熱中症予防の観点から活用が期待される。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない

## 7 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

<論文（査読あり）>

1) Takahashi, H.G., S.A. Adachi, T. Sato, M. Hara, X. Ma, and F. Kimura (2015): An oceanic impact of the Kuroshio on surface air temperature on the Pacific coast of Japan in summer: Regional $ H_{2}O $ greenhouse gas effect. Journal of Climate, 28, 18, 7128-7144.

## くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない

## （2） 口頭発表（学会等）

1）高橋洋、足立幸穂、原政之、馬燮銚、木村富士男：2013年度日本気象学会秋季大会（仙台）「東京および名古屋都市域での地上気温の年々変動に対する海面水温（SST）の影響」
2) 町田駿一、高橋洋：2013年度日本気象学会秋季大会（仙台）「夏季晴天日における名古屋市周辺の雲分布とその時間変化」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない

## （４）「国民との科学・技術対話」の実施

特に記載すべき事項はない

## （５）マスコミ等への公表・報道等

1）プレスリリース（2015年8月13日、首都大学東京より）

## (6) その他

特に記載すべき事項はない

### 8 \. 引用文献

1) Ross, Rebecca J., William P. Elliott (2001): Radiosonde-Based Northern Hemisphere Tropospheric Water Vapor Trends. J. Climate, 14, 1602-1612.

2) Trenberth, K. E., J. Fasullo, and L. Smith (2005): Trends and variability in column-integrated water vapor. Climate Dynamics, 24, 741-758.
# Analysis for climate change in water vapor variation

Principal Investigator: Mikiko FUJITA

Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology

(JAMSTEC)

3173-25, Showa-machi, Kanazawa-ku, Yokohama-city,

Kanagawa, 236-0001, Japan

E-mail: fmiki@jamstec.go.jp

Cooperated by: Department of Geography, Tokyo Metropolitan University (TMU)

## [Abstract]

Key Words: Water vapor (Precipitable water vapor), Global climate change, Extreme water vapor, Remote sensing, Monsoon, Regional global warming

The variations of water vapor were investigated using the novel and accurate water vapor dataset GRASP (GPS pRecipitable wAter reSearch Project) and CMIP5 product. Additionally, we investigated the effect to the accuracy of precipitable water vapor (PWV) with multi-GNSS (Global Navigation Satellite System(s)) data, and regional climate model output.

In the analysis of GRASP dataset, we found the increment of frequency of extreme high PWV around Japan in recent decade both in summer and winter season. Generally, it is difficult to observe the PWV in high temporal interval. Moreover, the radiosonde, which is typical observation for water vapor, has systematic error in many types of humidity sensor (Wang et al. 2004). Therefore, our results of the increment of extremes should be important. Also, the relationship between surface temperature and PWV was investigated. The saturated water vapor pressure should be change with Clausius-Clapeyron (CC) formula. The increment of water vapor is estimated 7 % per 1 degree. Using the surface temperature, however, the rate tends to be larger than CC in high surface temperature. We found the rate over CC is related to precipitation event.

We investigated the benefits of multi-GNSS processing. Using multi-GNSS signals improved the estimation accuracy of coordinates due to the high mean number of satellites. In addition to coordinates, PWV observed by the GNSS and radiosondes was also compared. The remarkable effect of multi-GNSS processing is demonstrated by the water vapor components. The root means square and bias of PWV between GPS and radiosonde observations was smaller in the case of multi-GNSS.

Also, we used a 4-km resolution regional climate model to examine the sensitivity of surface air temperature on the Pacific coast of Japan to sea surface temperature (SST)
south of the Pacific coast of Japan during summer. The authors performed a control simulation (CTL) driven by reanalysis and observational SST datasets. A series of sensitivity experiments using climatological values from the CTL SST datasets over a 31-yr period was conducted. The interannual variation in precipitable water over the Pacific coast was well simulated in CTL, compared with the GRASP precipitable water. The interannual variation in SST over the Kuroshio region amplified the interannual variation in surface air temperature over the Pacific coast. It was found that 30% of the total variance of interannual variation in surface air temperature can be controlled by interannual variation in SST. Concurrent with the warming in surface air temperature, downward longwave radiation at the surface was also increased. This implies that the primary factor for the increase in surface air temperature in summer is the increase of moisture in the lower troposphere, indicating that the regional warming was caused by an increase in $ H_{2}O $ greenhouse gas.
課題名 S-6-3 低炭素アジア実現へ向けた中長期的国際・国内制度設計オプションとその形成過程の研究

課題代表者名 蟹江 憲史 （東京工業大学大学院社会理工学研究科価値システム専攻准教授）

研究实施期间 平成21～25年度

累計予算額 79,237 千円（うち 25 年度 19,492 千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキーワード低炭素社会、ガバナンス、制度設計、行為主体、温室効果ガス排出削減目標、資金メカニズム、低炭素技術移転、新興国

研究体制

(1) 多様な行為主体に着目した低炭素ガバナンス制度設計に関する研究(東京工業大学)

(2) アジア域内における低炭素社会構築のための資金供与制度のあり方に関する研究 ((独)国立環境研究所)

(3)低炭素社会実現への技術開発と技術移転の在り方に関する研究(関西大学)

(4) アジア地域における低炭素国際制度の設計に関する研究 (早稲田大学)

(5) 新興国に着目した低炭素国際制度に関する研究 (国際連合大学)

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

急激な経済発展とともに温室効果ガス排出量の増加が続くアジア地域において低炭素社会を実現するためには、現時点からできることに先駆的に着手していく必要がある。しかし、国際的な制度作りの根幹である気候変動枠組条約締約国会議（COP）における交渉では、新しい国際制度作りに難航しており、多国間での途上国支援体制が早晚に出来上がる状況ではない。そこで、気候変動枠組条約の下での交渉の合意達成有無にかかわらず、アジア諸国が、自主的かつ自律的に対策に着手するような制度作りが求められる。

また、現在の気候変動を取り巻く国際論議状況を鑑みると、国際制度枠組は国家を中心とした国際合意のみならず、益々多元化しており、その意味では、国家間合意のみならず、多様な行為主体に基づくガバナンスの制度設計に視点を移行する必要がある。それは特に、長期的動向を考える際に重要な視点となる。従って、気候変動ガバナンスの構成要素（アジェンダ設定、国際交渉、技術移転、モニタリングなど）とそれを充足する行為主体（政府、産業界、NGOなど）との相互関係を明らかにし、既存研究による前者と後者の組み合わせの効果的組み合わせという観点から、気候変動ガバナンスの評価が求められている。

### 2. 研究開発目的

世界及びアジアにおいて低炭素社会を確立していくための中長期的国際制度のあり方を提示し、その実現のための具体的政策オプションを提案するため、政治学、国際関係学、行政学および分野横断型の政策研究手法により研究を行う。その際、ガバナンスの行為（アジェンダ設定、国際交渉、技術移転、モニタリングなど）とそれを充足する行為主体（政府、産業界、NGOなど）との相互関係を明らかにして中長期的環境ガバナンスの動態を検討し、グローバルな国際制度設計のあり方を検討する。また、低炭素技術移転や普及を行うための国際制度及びこれを支える資金メカニズムのあり方について、より具体的な制度のあり方についての研究を推進する。

その際、地球規模及びアジア地域、さらには国内レベルという異なるレベル内及び異なるレベル間の制度の相互作用のあり方に留意し、アジア地域における気候変動制度の構造化のあり方を包括的にとらえる。また、アジアにおける新興国（特に中国、インド、インドネシア）については、特に国別に詳細な検討を加えることで、政治的現実を踏まえた制度設計提案を行う。

### 3. 研究開発の方法

(1) 多様な行為主体に着目した低炭素ガバナンス制度設計に関する研究

1) 中長期温室効果ガス排出削減・抑制目標の現状とその国際的衡平性のあり方の検討

a. 脱温暖化データベースの作成 (http://www.valdes.titech.ac.jp/~kanie/NewDB2009/index.html)

コペンハーゲン会議前後には、極めて多くの国家、自治体、企業などが中長期温室効果ガス排出削減目標を
提示した事を受け、各国・自治体・企業（連合）の中長期温室効果ガスの排出削減・抑制目標を収集し、データベース化した。その際、目標設定の科学的根拠や目標設定の経緯などを詳しく調査し、定期的に更新することで研究や実務のリソースを提供した。

### b. 衡平な排出削減目標の分析

脱温暖化データベースで収集した資料を元に、文献資料や研究レポートのサーベイ及びそれらを補完する聞き取り調査により、衡平な排出削減目標を分析、衡平性指標のあり方を検討した。具体的には、アジアの低炭素社会に向けて、日中韓の貿易におけるセクター別二酸化炭素排出構造の分析を産業連関表等によって行うことで、これまでの排出削減量差異化計算には表れていない、貿易の側面を考慮した目標検討の意味を明らかにした。

## 2 ) 資金と低炭素技術に関する制度のあり方の検討

資金と低炭素技術に関する制度のあり方の検討に際しては、コペンハーゲン会議プロセス及び関連文書の徹底した調査と会議での現地調査により、地球温暖化と大規模資金供給問題のあり方並びに低炭素技術に関する検討課題の概念と分析範囲を明らかにした。なお、大規模資金供給問題に関する研究は国立環境研究所チームと共同で行い、低炭素技術に関する研究は関西大学チームと共同で実施した。

### a. 大規模資金供給問題のあり方に関する研究(H21年度のみ)

地球温暖化に対する取り組みを実行に移すには、莫大な額の資金供給が必要となることが容易に予想される。コペンハーゲン合意で最も進展が見られたのが途上国に対する資金供与の分野だったことを踏まえ、一体どの位の費用が気候変動問題への対処に必要なのか、また、これまでの資金メカニズムにはどのようなものがあるのかを明らかにした。具体的には、これまで各国際機関や環境保護団体等から試算された資金規模の概要を示すとともに、その根拠と問題点について言及を行った。その上で、既存の資金制度を示すとともに、これらに関する問題点を指摘した。この成果を受け、平成22年度からは国立環境研究所チームが本研究で得られた知見を引き継ぎ、アジアにおける資金メカニズムに関する研究を実施した。

### b. 効果的な低炭素技術開発・普及の検討

技術を実際に所有するのは企業（非国家）であり、短・中期的国際合意形成のいかんにかかわらず、低炭素社会の実現のためには、低炭素技術の国際的な移転や低炭素製品の普及が欠かせない。他方、気候変動に関する国際交渉の主たるアクターは国家である。このような状況を踏まえると、企業を含む多層多様なアクターが国家と連携し、パートナーシップを組みながら、ネットワークを活用する形で公共的使命を果たすガバナンスの形態が増大していくことが予想される。そこで、i.技術移転の障害の特定と、ii.低炭素技術を取り扱う17の国際制度とのマッチング分析を実施した。

3) 中長期的気候変動ガバナンス制度におけるアジェンダ設定、交渉、履行、実施等の効果的推進のための行為主体の配置のあり方の検討

中長期的気候変動ガバナンス制度におけるアジェンダ設定、交渉、履行、実施等の効果的推進のための行為主体の配置のあり方の検討を行うため、15の国際環境レジームにおける行為主体の配置を比較し、気候変動ガバナンスへのインプリケーションを模索した。

## (2) アジア域内における低炭素社会構築のための資金供与制度のあり方に関する研究

本研究では、制度的検討において特に重要と考えられる以下の3つの観点から研究を進めた。

1) 気候変動対処以外の目的で設立された主要な地域協力機関および制度の機能評価：アジア地域には、地域の社会経済発展のために多様な目的をもった組織が設立されている。それらの多くは、エネルギー技術など気候変動対策に関係するテーマを扱っていることから、これらの組織を活用して、実質的な気候変動対策を進める可能性を検証する。文献調査によってレビューし、これらの機関を通じて実質的な気候変動政策を進める可能性を検討した。研究対象としたのは次の国際機関及び制度である：アジア開発銀行（ADB）、国連環境計画（UNEP）地域事務所、アジア太平洋経済協力（APEC）、東南アジア諸国連合（ASEAN）+3、世界貿易機関（WTO）。

2) アジア地域における衡平性の検討：複数の国が合意するためには、おのおのがその合意内容に納得することが不可欠であり、衡平性は、納得のための重要な概念である。アジア地域には、日本のような先進国から発展途上国まで多様な国が存在する。これらの国が今後2050年に向けて長期的に排出削減していく時に、いかなる排出削減目標の設定が衡平性の観点から妥当と考えられるのかを検討した。

3) アジア地域での資金供給メカニズムの検討: 温室効果ガス排出量を削減し、低炭素社会を実現するためには、革新的技術を大量かつ急速に普及する必要があり、そのためには資金の導入が不可欠であることから、アジア地域で独自の資金を調達するための方策を検討した。まず、気候変動緩和策を目的とした気候変動枠組条約やその他の資金供給機関や二国間支援の現行制度をまとめる。次に、アジア地域で今後2050年に低炭素社会を実現するために必要とされる資金量を推計し、現状の資金量と比較することで、資金量の過不足を確認する。
さらには、近年の交渉で設立された「緑の気候基金(GCF)」で実施された新しい資金調達方法の網羅的検討結果を参考に、同様の調達方法をアジア地域で実施した場合の資金調達量と、主要国への受容性（受け入れられやすさ）を検討した。

## (3) 低炭素社会実現への技術開発と技術移転の在り方に関する研究

本サブテーマの目的はアジアで温室効果ガス削減に貢献する技術の革新及び普及の促進をどのように制度化できるか案を提示することである。この目的を達成するための本サブテーマは主に3つの研究開発方法を採用した。1つ目は技術革新・移転における障害の把握に向けて、先行文献のレビューをした。この結果、途上国に存在する全般的な障害を3つに分類すると共に特定技術ごとの障害を特定できた。2つ目は自らケーススタディーを実施し、技術移転における障害を特定した。タイのバイオガス発電とベトナムの風力発電のケーススタディーを実施し、それぞれのケースにおける技術普及の障害を特定することができた。3つ目は障害の克服に向けた制度の役割及び機能における制度の役割に関する研究を検討した。これら3つの研究開発方法を採用することによって、特定された障害の克服に向けた制度の役割と機能を提案できた。

## (4) アジア地域における低炭素国際制度の設計に関する研究

気候変動の国際的対策として、法的拘束力をもつ国連気候変動枠組条約（UNFCCC）が1992年に制定され、次いで1997年には厳しい法的措置をともなう京都議定書（KP）が採択された。その後は、二国間、地域間、多国間レベルの数多くの制度的取決めが、国連ベースのレジームから離れたところで生まれはじめた。そのため、これらが国際気候変動レジームに与える影響を把握することが、気候変動ガバナンス研究の重要な部分となっている。特に、気候変動ガバナンスのコアとなる国連ベースのUNFCCC/KPからの断片化（fragmentation）の類型を有するグローバル・ガバナンス・アーキテクチャーの中で、こうした現象を説明する努力が払われている。

コア制度から、レジーム内に存在する複数の制度の断片化の程度を3つの基準に基づき評価する。その3つの基準とは、①階層的連結・重複と意思決定システム間の制度統合の度合い、②規範衝突の存在とその度合い、③アクターの位相の類型である。ここから得られた断片化の程度は、相乗的なものから、協調的なもの、衝突的な断片化に分類される(Biermann et al., 2009)。こうした断片化の中で、アジア地域に設立された地域気候変動制度は、現在、どのような断片化の形態にあり、またどのように気候変動レジームの動きに影響を及ぼすのかが研究の焦点になる。

アジア地域における低炭素国際制度の設計に関しては、アジア地域に存在する気候変動制度を調査し、これらの地域制度が国連気候変動枠組条約(UNFCCC)および京都議定書(KP)とどのような相互関係性を持っているかを研究した。まず、国家、アジア地域協力組織、国際組織などのアクターを中心に制度を調査した。次に、国連気候変動枠組条約や京都議定書などの国連中心の国際気候変動制度と地域制度との相関関係を分析した。その際の事例研究として、米国が主導したアジア太平洋気候パートナーシップ（APP）、日本が中心となって発足させた東アジア低炭素成長パートナーシップ（LCGP）、そして韓国が設立した東アジア気候パートナーシップ（EACP）を研究した。アジア地域協力組織のケースでは、東南アジア諸国連合（ASEAN）、アジア太平洋経済協力（APEC）、東アジア首脳会議（EAS）の気候変動対策を研究した。この研究は平成24～25年度の2年間行った。

## (5) 新興国に着目した低炭素国際制度に関する研究

アジアの新興大国（中国、インド、インドネシア）に注目し、S-6-1で提示されている各国の2050年ビジョンを念頭に、その実現を阻む障壁を取り除くために必要な施策について文献調査を中心に研究を行った。低炭素社会実現に向けた事例研究を行った。事例研究として、インド（ケララ州）、中国（上海市）の二つについては地域行政と低炭素政策についての関連を扱い、インドネシアでは低炭素技術のひとつとしての地熱技術に焦点を当て、対象国の国内制度への具体的提言を行った。この研究は平成24～25年度の2年間行った。

### 4. 結果及び考察

## (1) 多様な行為主体に着目した低炭素ガバナンス制度設計に関する研究

1) 中長期温室効果ガス排出削減・抑制目標の現状とその国際的衡平性のあり方の検討

発展途上国が多数占めるアジア諸国においては、排出削減量差異化に対して各国の主張は異なるが、一人当たり排出量を基準とする衡平性原則を支持する国は多い。しかし、各国の現在の経済発展状況と二酸化炭素排出構造からみると、こうした計算による排出削減目標が実現できるかどうかは不透明である。本研究では、日中韓の貿易におけるセクター別二酸化炭素排出構造の分析を通じて、こうした目標の再定義を試みた。この研究の結果、日中韓が貿易を通じて主に「農業」、「石油と石炭」、「化学製品」、「電力・ガス・水供給」、「建設」、「運輸」などの部門で他国にCO₂の排出負荷を負わせる或いは他国の肩代わりをしていることなどを明らかにし