Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## 5 ．本研究により得られた主な成果

## （1） 科学的意義

炭素循環変動の把握およびホットスポット変化の早期検出を目的とした観測・評価システム構築に関し、研究を実施すべき事項を網羅的に示すことにより、今後のわが国における本分野の研究戦略を提示した。各府省・機関が個別に研究計画を立案し実施するに当たっても、本研究戦略を参考にし、研究課題の重複や欠落を避け、また協力関係を築くことでより有効な研究が実施できるものと期待される。

## （２）環境政策への貢献

研究テーマとロードマップの策定を目標とした課題調査型の研究であるため、現時点では直接的な環境政策への貢献はない。しかしながら、環境政策担当者が今後、当該分野における環境行政への貢献を意図した研究計画を立案する際に参照すべき研究戦略（ロードマップ）を提示することが出来た。

## ＜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＞

政策決定者向けサマリーとして、本研究で得られた研究成果を環境省等の行政が行う政策立案につなげるための参考資料として以下の内容を提示する。

統合的観測・評価システムの構築によるアジア・太平洋域の炭素循環の変化の早期検出

将来の地球環境変化を予測するため、全球気候モデルを用いた研究が進展し、大きな成果が生まれつつある。地球温暖化予測の高精度化に不可欠な全球炭素循環の不確実性をさらに低減させるとともに、炭素循環変化の早期検出、および炭素管理の意思決定が与える効果の評価が求められている。

これまでに、温室効果ガス観測技術衛星（GOSAT）を始めとする地球環境観測衛星、航空機（CONTRAILなど）、船舶、地上観測ネットワーク等を利用した温室効果ガスの観測が行われ、多様なデータが蓄積されている。また、観測された大気中温室効果ガス濃度と大気輸送モデルを用いて、大気の側から領域毎の温室効果ガスの地表面正味収支を推定する手法（トップダウンアプローチ）や、地表付近で観測された温室効果ガス収支を衛星データや植生生態モデルを用いて広域化する手法（ボトムアップアプローチ）の研究も発展している。しかし、それぞれ空間分解能、時間分解能、速報性などに固有の限界があることから、環境政策の立案に活用されるまでには至っていない。そこで、トップダウン・ボトムアップの各手法の高精度化を図ると同時に、両手法を統合することにより多様な観測データを取り込み、温室効果ガス収支の全球分布をオペレーションナルに評価する実用的な手法を確立することが喫緊の課題である。

急ぎ実現すべき課題は、第一に、全球、特にアジア太平洋域でこれまでに豊富に得られている衛星・航空機・船舶・地上観測による多様なデータを統合し、これらのデータを解析システムに融合して観測値と計算値が最も整合するよう解析システムの各種パラメータを自動的に調整する技術を開発すること（統合炭素循環観測・評価システムの構築）である。第二に、このシステムを用いて、国別・地域別の炭素収支の精緻な評価を行うと同時に、炭素循環のいわゆるホットスポット（気候変化が炭素循環を変化させ、それが気候変化を加速させる地域）の微小な変化を早期検出することである。炭素循環の変化を早期発見しその影響の可能性を世界に向けて発信することは、国際社会に対し温暖化対策の緊急性を強く訴えることとなり、持続可能な地球環境と社会の実現に向けた貢献となる。また、例えば途上国の森林地域について空間分解能を上げた評価を行うことにより、REDD+（開発途上国における森林減少・劣化等による温室効果ガス排出量の削減）および炭素クレジット化の検討に対し定量評価と科学的知見を提供することが可能となる。

フラックス観測ネットワーク構築によるアジア・太平洋におけるメタン（CH_{4}）・亜酸化窒素（N_{2}O）の動態把握

温室効果ガスのうち、二酸化炭素に次いでその温室効果が高いとされるメタン（CH_{4}）や亜酸化窒素について、その収支の把握や将来予測に関する研究が遅れており、環境政策立案に十分な貢献が出来ていない。その中で、温室効果ガス観測技術衛星（GOSAT）による大気中CH_{4}濃度の観測が始まり、
これまでに蓄積されてきた航空機、船舶、地上ステーション等による $ CH_{4} $ 濃度観測データ

と併用し、大気輸送モデルを用いて大気の側からの地表の温室効果ガス発生量分布を推定する手法（トップダウンアプローチ）の開発・改良が進んでいる。一方、地表におけるCH_{4}の発生源は時間的にも空間的にもきわめて非一様であることから、地表でのCH_{4}フラックスの観測データをモデルやリモートセンシングデータを用いて広域化する手法（ボトムアップアプローチ）には未だ非常に大きな不確実性が含まれる。

こうした背景のもと、近年、応答速度が速く、従来に比べて野外でも安定に $ CH_{4} $ 濃度を連続測定できる分析計の改良が進展したことにより、渦相関法（オープンパス型）、簡易渦集積法などの微気象学的方法により、陸上で $ CH_{4} $ フラックスを長期観測する観測点の数が増え、データの蓄積が始まっている。そこで、アジア太平洋域における $ CH_{4} $ フラックスの観測サイト、および $ CH_{4} $ フラックスと同時に観測されることの多い亜酸化窒素（ $ N_{2}O $ ）のフラックス観測サイトの情報を収集し、観測サイトのネットワークを構築し、既存のデータ収集を開始する。同時に、まだ観測手法が標準化されていない $ CH_{4}\cdotN_{2}O $ フラックスについて、観測手法の標準化とデータベース構築を行い、 $ CH_{4} $ フラックスの時間変動を把握しその要因を明らかにするための統合解析（サイト間比較研究）を実施する。アジア太平洋域において二酸化炭素（ $ CO_{2} $ ）に比べて遅れている $ CH_{4} $ の統合解析が進むことにより、 $ CO_{2} $ と $ CH_{4} $ を同時に用いたトップダウンアプローチ・ボトムアッププローチの高度化が進み、 $ CH_{4} $ の発生源の評価における現状の不確実性を格段に低減することが可能になる。

アジア・太平洋域における炭素循環の変化の早期検出、並びに炭素管理の意思決定の効果を評価する上で必要十分な長期観測システムの構築

脱温暖化にかかる環境政策推進の観点から、気候変化に伴う全球、特にアジア太平洋域における炭素循環の変化を早期検出するため、並びに炭素管理の意思決定の効果を評価するための、最適な観測・評価システムを確立する。

第一に、南・東南アジアにおける温室効果ガス観測の強化を行い、衛星観測（GOSAT・GOSAT-2ほか）・航空機・船舶・地上ステーションに基づく温室効果ガスの観測網を確立する。アジア太平洋域の炭素循環とその変化を把握する上で、南・東南アジアが温室効果ガス観測の空白域であることは、衛星観測をもってしてもこの地域が雲の影響でそのデータ取得率に限界があることから、最大の障害となっている。そこで、温室効果ガスの濃度とフラックス双方を観測する総合的な地上観測点を増強・整備すると同時に、航空機と船舶による観測も強化する。

第二に、異なる時間・空間スケールで収集される観測データを省力的に収集・品質管理し、全球及びアジア太平洋域の炭素循環を対象とした統合的観測・評価システムに短時間で提供可能にするオペレーションナルなデータシステムを構築する。

これらの体制強化に際して、炭素循環やホットスポットの変化の早期検出に必要十分な観測体制（ネットワーク）の最適化設計を行う。特に、大気・海洋・陸域における現状のデータに基づく炭素収支評価の精度限界、観測空白域の解消がもたらす精度向上の定量評価、さらに最適かつ現実的な観測体制の提案を行うため、「観測システムシミュレーション実験」を実施する。また、こうした観測システムシミュレーション実験を用いることにより、特定地域の問題解決に向けた最適な観測システムを設計することが可能となる。例えば、途上国の森林地域での炭素収支の変化を高い空間分解能で評価し、REDD+（開発途上国における森林減少・劣化等による温室効果ガス排出量の削減）および炭素クレジット化の検討に対し定量評価と科学的知見を提供するための観測システム設計などである。

#### 6. 研究成果の主な発表状況（別添.作成要領参照）

(1) 主な誌上発表

<査読付き論文>

特に記載すべき事項はない

＜査読付論文に準ずる成果発表＞ 特に記載すべき事項はない

(2) 主な口頭発表 (学会等)

特に記載すべき事項はない
### 7. 研究者略历

## 課題代表者：笹野泰弘

東北大学大学院理学研究科修士課程修了、理学博士、（独）国立環境研究所地球環境研究センター センター長

## 研究参画者

（1）: 笹野泰弘（同上）

（2）: 三枝信子

東北大学大学院理学研究科博士課程修了、博士（理学）、（独）国立環境研究所地球環境研究センター 陸域モニタリング推進室長

## （3） : 町田敏暢

東北大学大学院理学研究科博士課程修了、博士（理学）、（独）国立環境研究所地球環境研究センター 大気・海洋モニタリング推進室長

## （4） : 松永 恒雄

東京大学大学院工学系研究科修士課程修了、博士（工学）、（独）国立環境研究所環境計測研究センター情報解析研究室長
## RFa-1202 地球環境観測データとモデル統合化による炭素循環変動把握のための研究ロードマップ策定

(1) 地球環境観測データとモデル統合化による炭素循環変動把握のための研究ロードマップ策定

（独）国立環境研究所地球環境研究センター 笹野 泰弘

$$ 同 \quad 陸域モ二タリング 推進室 \quad 三枝 \quad 信子 $$

$$ 同 \quad 大気 \bullet 海洋モニタリング 推進室 \quad 町田 \quad 敏暢 $$

（独）国立環境研究所環境計測研究センター 情報解析研究室 松永 恒雄

平成24年度予算額：9,945千円

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

地球温暖化の進行にとって重要な地球上の炭素循環の実態把握とその変動の検出、気候変化のフィードバック効果の有効な評価のための観測・評価システムの確立を図ることを目的とし、国内外で実施中の研究課題と問題点の整理、今後実施すべき研究テーマの提案・整理、及び研究戦略の策定(研究インフラの整備を含む)を、次の①～③に相当する項目について行った。その結果を審議するため、平成24年度中に3回の検討会議を開催し、報告書に取りまとめた。

①現在までに確立している炭素循環変動の評価手法及びその結果を用いて、地球温暖化に伴う炭素循環の変動を把握するに当たって重要と考えられる対象領域及び指標の特定を行い、特に、炭素循環に関して気候変動の正のフィードバックが起こることが予想される対象領域と指標の候補を特定し、その地域を監視する観測・評価システムを確立するための研究戦略を策定した。②GOSAT(Greenhouse gases Observing SATellite)をはじめとする衛星データ、航空機並びに地上ステーションでの大気中二酸化炭素濃度観測データ、地上における二酸化炭素収支観測データなどをできる限り短い時間に統合的に集め、それらを数値計算モデル（3次元炭素循環モデル、陸面・海面の炭素収支モデルなど）に取り込み、モデルのパラメータを効率的に最適化する手法を開発する上で解決すべき問題点を網羅し、戦略的に研究を進めるためのロードマップを策定した。

③上記①と②で開発を想定する次世代の炭素循環変動評価手法を用い、全球、アジア太平洋地域、並びに①で策定する対象領域をターゲットとして、現在起きている炭素循環の変動をできる限り高い確度で推定すると同時に、気候変動が炭素循環に与える影響を高い時空間分解能で評価するための研究課題を策定した。特に、気候変動に対して正のフィードバックが起こる可能性のある対象領域については、その地域を監視する観測システム及び評価システムを確立するための具体的なロードマップを提案した。

## [キーワード]

気候変動、地球変動予測、自然現象観測・予測、地球環境観測、炭素循環
### 1. はじめに

人為的な起源から排出された主要な温室効果ガスである二酸化炭素（ $ CO_{2} $ ）が、さまざまな気候条件、環境条件のもとで、どのように大気、海洋、陸域に配分され、分布・蓄積されていくのかを正確に評価しモデル化することは、気候の将来予測モデルの精緻化に大きく寄与する。このことは、達成すべき気候政策（緩和策、適応策）をより高い費用対効果のものとする上で本質的に重要であり、環境行政に直接的な貢献をもたらす。また、炭素循環のいわゆる「ホットスポット（地球温暖化に伴う気候変化を原因として、炭素循環機構に変化をもたらし、さらにそれが地球温暖化を加速させる可能性のある地域など）」の微小な変化を早期に検出し世界に向けて発信することは、国際社会に対して地球温暖化対策の緊急性についての警鐘を鳴らすこととなり、結果として、持続可能な地球環境と社会の実現に向けた我が国からの重要な貢献となる。

しかしながら、これらを目的とした研究はいまだ不十分であり、このことは国際的にも重要な問題として認識され、欧米各国や国際機関などにより研究戦略、研究プログラムの計画などが提案されている。一方、わが国においては、さまざまな府省・機関によって個別の研究はなされているものの、統合的な研究戦略が策定されているわけではない。今後、わが国としてはアジア・太平洋域を主たる対象として、戦略的な研究に基づいて科学的な情報をわが国から発信することが、わが国の置かれている地理的、地政学的な観点からも極めて重要と考えられる。

## 2 ．研究開発目的

地球温暖化問題への対応として、地球温暖化に伴う気候変動とその影響に関しては将来気候変化予測モデル等を用いて予測・評価するための研究が、近年、積極的に進められており、大きな成果が生み出されようとしている。一方、これと並行して、実際の地球温暖化に伴う気候変動とその影響を、実観測データをもとにして評価することが重要であり、特に地球温暖化の進行にとって重要な地球上の炭素循環の実態把握とその変動の検出、気候変化のフィードバック効果の有効な評価のための観測・評価システムの確立を図ることが必要とされている。このためには、

GOSAT（後継機を含む）を始めとする種々の地球環境観測衛星のデータ、航空機観測データ並びに地上観測ネットワークのデータなど、種々のデータを統合的に評価し、また大気輸送モデルや炭素循環モデル等の数値モデルを活用することが必須であると考えられる。しかしながら、これまで多種多様な観測データの統合的な利用や、観測研究分野とモデル研究分野間の連携については、一機関内で完結させることは難しいため、必ずしも十分には実現されていないというのが実態であり、個々の研究に留まっている例が多い。炭素循環変動の把握と影響評価研究においては、多様な研究の芽が生まれつつあることから、我が国全体でこれらを十分に伸ばすことに特に留意した研究戦略を策定することを目的とした。
図(1)-1 炭素循環変動研究の概要図

### 3. 研究開発方法

課題担当者および分担者による当該分野に関する総括的なレビューの他、下記①～③の項目に関する文献調査、予備解析、研究ロードマップの検討作業に加え、当該の各分野の専門家から構成される検討委員会を設置し、年度内に3回の検討委員会を開催し審議を行った。検討委員会での審議の結果を踏まえ、研究ロードマップの改訂を行い、報告書を作成した。

## ①炭素循環変動の把握において有効と考えられる対象領域や指標の特定

地球環境変動の中でも特に喫緊の対応が求められている地球温暖化に直接関わる炭素循環の変動に着目し、炭素循環変動の把握において有効と考えられる対象領域や指標の特定に関し、文献調査ならびに予備的な解析を実施するとともに、研究ロードマップを策定した。

## ②観測データと数値モデルの統合的利用による炭素循環変動の導出手法の改良・開発

GOSAT等の衛星データ、航空機データ並びに地上観測ネットワークデータと各種の数値モデルを統合・活用することを念頭におき、観測データと数値モデルの統合的利用による炭素循環変動の導出手法の改良・開発に関する研究ロードマップを策定した。

## ③炭素循環変動の把握と影響評価

炭素循環変動の把握と気候変動に伴うフィードバックを中心とした影響評価のために今後実施
すべき研究課題として、温室効果ガスの濃度変動、自然起源のフラックス変動、陸域生態系変化などを検討の対象として課題を整理し、研究ロードマップを策定した。

## 4 ．結果及び考察

はじめに、研究開発方法①の結果と考察について以下に記す。

アジア太平洋域における炭素循環変動の把握において有効と考えられる対象領域や指標を特定するにあたり、気象条件の変動に対応して炭素循環の経年変動や空間変動の振幅が大きいと予想される陸域の炭素循環に注目し、過去30年間の気象データと衛星データを収集して長期的な変化傾向（トレンド）を検出する予備的な解析を行った。

図(1)-2に、1982年から2009年における気温の経年変化のトレンド（1年あたり何℃上昇または低下したか）、渇水などの検出にも用いられる水条件の指標（SPI: Standardized Precipitation Index）のトレンド、および1982年から2011年におけるNOAA-AVHRRより求めた正規化植生指標（NDVI）のトレンドを示す。シベリアを含むアジア域全体にわたり、過去約30年の間に気温は年に0～0.1℃の範囲で上昇、水条件はアジアの多くの地域で湿潤化する一方、ユーラシア内陸の一部（中国・モンゴルなどの半乾燥域）で乾燥化するなどの結果が得られた。また、光合成の活性度などと関連のあるNDVIは、過去30年の間に、シベリアやモンゴルの一部を除き、アジアのほとんどの地域で増加したことがわかった。

また、図(1)-3に、複数の陸域生態系モデルと既存のインバージョン解析結果を用いてアジア陸域の炭素収支（2001～2006年平均）の推定値を比較する予備解析の結果を示す。おおまかに言って、ロシア南部や東アジア太平洋岸などで炭素収収の大きい地域があるといった傾向は一致しているが、ボトムアップ（陸域生態系モデル）、トップダウン（インバージョン解析）ともに、手法間の差が依然として大きいのが現状であり、本研究で策定するロードマップに従い、両手法ともにそれぞれ高度化を進めた上でトップダウン・ボトムアップの統合を実現する必要があることがわかった。

## 気候の変動傾向

陸域生物圏に重要な要素: 気温・水 (SPI)

SPI : Standardized Precipitation Index (今回は6-months)

元データ: CRU TS3.1 [Harris et al. submitted]

図(1)-2 アジア陸域における気温、水条件(SPI)、植生指標（NDVI）の長期的なトレンド
# 様々な手法による炭素収支の推定（2001-2006平均）

図(1)-3 複数の陸域生態系モデルで計算した2001～2006年におけるアジア陸域の炭素収支の空間分布

次に、本研究で策定したロードマップを審議するために設置された検討委員会（炭素循環研究ロードマップ検討委員会）の構成員について記すとともに、検討委員会で研究開発方法②③の内容全般について議論した結果を踏まえて、国内外の気候変動研究の動向、本研究による検討対象の重要性、データとモデルの統合利用における諸問題、実施すべき研究テーマとロードマップをとりまとめた結果を以下に記す。

## （1） 検討委員会

本研究で策定するロードマップの妥当性を検討するため、気象学・海洋学・生態学・農学・社会科学等の分野の専門家、並びに温室効果ガスの地上および海洋観測・航空機観測・衛星観測、全球モデルやプロセスモデル開発等の研究手法に詳しい専門家で構成される検討委員会を設置し、本研究の課題担当者とアドバイザーを加えて平成24年度内に3回の委員会を開催し議論を行った。検討委員会構成員を以下に記す。

## 炭素循環研究ロードマップ検討委員会委員（平成25年3月15日現在）

青木 周司 東北大学大学院理学研究科附属大気海洋変動観測研究センター 教授

市井 和仁 福島大学共生システム理工学類環境システムマネジメント専攻 准教授

今須 良一 東京大学大気海洋研究所気候モデルング研究部門 准教授

大崎 満 北海道大学大学院農学研究院生物資源生産部門植物栄養学研究室 教授

河宮　未知生　海洋研究開発機構地球環境変動領域地球システム統合モデルング研究

チーム 上席研究員
竹川 暢之 東京大学先端科学技術研究センター 准教授

中島孝東海大学情報デザイン工学部情報システム学科教授

奈佐原 顕郎 筑波大学生命環境系 准教授

眞木 貴史 気象庁気象研究所環境・応用気象研究部 主任研究官

松枝 秀和 氢象宁氢象研究所地球化学研究部第一研究室 室長

宮崎　和幸　海洋研究開発機構地球シミュレーションセンター　研究員

宮田 明 農業環境技術研究所大気環境研究領域 領域長

村山 昌平 産業技術総合研究所環境管理技術研究部門大気環境評価研究グループ

グループ長

向井 人史 国立環境研究所地球環境研究センター 副センター長

山形　与志樹　国立環境研究所地球環境研究センター　主席研究員

S. Maksyutov 国立環境研究所地球環境研究センター物質循環モデルング・解析研究室長

中山忠暢国立環境研究所地球環境研究センター物質循環モデルング・解析研究室主任研究員

伊藤 昭彦 国立環境研究所地球環境研究センター物質循環モデルング・解析研究室主任研究員

寺尾　有希夫 国立環境研究所地球環境研究センター炭素循環研究室 主任研究員

吉田 幸生 国立環境研究所地球環境研究センター衛星観測研究室 研究員

## （２）地球環境観測データとモデル統合化による炭素循環変動把握のための研究ロードマップ

検討委員会で審議された地球環境観測データとモデル統合化による炭素循環変動把握のための研究ロードマップについて、以下の1）～4）の項目に分けて記す。あわせて、審議の参考にした資料を5）に記載する。

1）国内外の気候変動研究の動向

2）本研究の目的と検討対象の重要性

3）データとモデルの統合利用における諸問題

4）実施すべき研究テーマとロードマップ

5）参考资料

## 1 ）国内外の気候変動研究の動向

### a. 何が問題か

現在、IPCCでは第5次評価報告書の発行に向けて、着々と作業が続けられているところであるが、既にIPCC第4次報告書 $ ^{1} $ において、「気候システムの温暖化には疑う余地がない。このことは、大気や海洋の世界平均温度の上昇、雪氷の広範囲にわたる融解、世界平均海面水位の上昇が観測されていることから今や明白である」、「20世紀半ば以降に観測された世界平均気温の上昇のほとんどは、人為起源の温室効果ガスの増加によってもたらされた可能性がかなり高い」と述べられている。将来については、「温室効果ガスの排出が現在以上の割合で増加し続けた場合、21世
紀にはさらなる温暖化がもたらされ、世界の気候システムに多くの変化が引き起こされるであろう。その規模は20世紀に観測されたものより大きくなる可能性がかなり高い」と報告されている。

人為起源の温室効果ガスの大気中濃度の増大により、全球規模での地球温暖化とそれによる気候変動（気候変化）が問題視されるに至って久しい。これまでの知見によれば図(1)-4に示す通り2002年～2011年の平均で、人為的に排出されるCO₂は炭素換算（以下、同様）で93億トン/年（内訳は化石燃料燃焼・セメント製造により83億トン/年、および土地利用変化により10億トン/年）であった。そのうち、陸域により約26億トン/年、海洋により25億トン/年が吸収され、残りの43億トン/年が年々、大気中に蓄積し、大気中のCO₂濃度を増加させ、地球温暖化を進行させているという $ ^{2)} $ 。こうした地球の温暖化とそれに伴う気候変化により、人間を含む自然生態系に各種の影響をもたらすことが懸念されている。

Source: Le Quéré et al. 2012; Global Carbon Project 2012

図(1)-4 人為起源のCO_{2}の排出量と大気、陸域、海洋の各圏への年あたりの蓄積量。2002年から2011年の平均値（単位：PgC/yr=炭素換算で10億トン/年）と分配比率^{3}。

将来の温室効果ガス（ここでは主としてCO_{2}を考える）の排出シナリオのもとで、大気中に残留するCO_{2}の量（すなわち、大気中濃度）を正確に予測し、温室効果の増大に伴う地球温暖化を定量的に評価することは重要である。そのためには、陸域による吸収、海洋による吸収の大きさが、将来のある時点においていかなるものであるか、21世紀初頭の26億トン/年（陸域）、25億トン/年（海洋）という吸収量は維持されるのか、増加するのか、あるいは減少に向かうのかを解明することが重要である。さらに、その変化と変化の速度は世界の各地域（異なる植生帯、海洋域）によって同じなのか、あるいは異なるのか。図(1)-5に示すように、特に陸域の炭素収支の年々変動の幅は非常に大きく、年々変動の地理的な分布とその原因を特定することが重要である。また、図(1)-6に示すように、陸域炭素収支の将来予測には未だ不確実性が大きいことから、さまざまな観測データを駆使し、適切にモデルの精緻化を図ることが重要な課題である。海洋に関しても、不確実性は大きく、大気中のCO_{2}濃度の増加は海洋水の酸性化を引き起こし、海洋生態系にさまざまな
まな影響をもたらすと考えられている。この他、大陸からのエアロゾルが海洋中に取り込まれることにより、海洋中の炭素循環に影響を与えると考えられている。

The dashed land-use change line does not include management-climate interactions The land sink was a source in 1987 and 1998 (1997 visible as an emission) Source: Le Quéré et al. 2012; Global Carbon Project 2012

図(1)-5 化石燃料起源および土地利用変化に伴う$\mathrm{CO}_{2}$の排出量と大気、陸域、海洋の各圈への蓄積量（縦軸単位：炭素換算で10億トン/年）の経年変化³

図(1)-6 図の右に示した種々の地球システム統合モデルによる陸域のCO_{2}蓄積量の、代表的排出経路（RCP）毎の将来予測（2005年以降） $ ^{4)} $ 。単位は、炭素換算で10億トン。
また、こうした地球温暖化に起因する問題（さまざまな気候変化や、それに伴う人間を含む自然生態系に対する影響）に対して、国際的な合意のもとで人為起源の排出を抑える（土地利用変化に伴う排出を含む）ための「緩和策」を取ることにより将来の影響を最小限に抑えようとする動きとともに、現時点でもはや避けることの出来ない影響に対してはそれによる被害を減らすための「適応策」の検討が進められている。

陸域、海洋におけるCO₂収支を正確に把握し、予測することは、将来の人為起源排出量を正確に見通すことと同様に、緩和策や適応策に対して大きく貢献するために極めて重要な課題である。すなわち、緩和策としての排出削減目標の設定を左右し、また適応策の基本となる気候変化の予測精度を向上させることにより、各国の政策だけでなく世界経済（世界の持続可能社会の構築）に直接的な影響を与えるからである。一方、ホットスポットに関わる地域や事象を特定し、その微小な変化を早期に検出することは、地球温暖化対策の緊急性について国際社会ならびに地域社会に対して警鐘をならすことにもつながる。

以上の観点からも、観測とモデルの統合利用を最大有効化させ、地球上の炭素循環変動のメカニズムを理解し将来予測モデルの高度化につなげると同時に、炭素循環変動を観測的に早期にかつ正確に把握することがとりわけ重要となる。

## b．国内の研究動向

平成24年版環境白書 $ ^{5)} $ にわが国における「地球環境に関する観測・監視」に関して、24年度の実施計画が記載されている。地球温暖化関連部分の概要は以下の通りである。

① 気候の観測・監視については、世界気象機関（WMO）及び全球気候観測システム（GCOS）の枠組みに基づき、地上及び高層における定常観測を引き続き推進するとともに、その推進に向けた国際的な取組に積極的に参画。

② 温室効果ガスなど大気環境の観測については、独立行政法人国立環境研究所及び気象庁が、それぞれ沖縄県波照間島や東京都南鳥島等で温室効果ガスの測定を実施。

③ 独立行政法人国立環境研究所では、航空機・船舶を利用した大気中および海洋表層における温室効果ガスの測定や陸域生態系における二酸化炭素収支の測定を実施。

④ 気象庁ではWMOの全球大気監視（GAW）計画の一環として、温室効果ガス、CFC、オブン層、有害紫外線等の定常観測を引き続き実施するとともに、日本周辺海域及び北西太平洋海域における洋上大気・海水中の二酸化炭素等の定期観測、北西太平洋上空の温室効果ガスの航空機による定期観測を継続。

⑤ 衛星による地球環境観測については、GOSATによる観測を行い、世界の温室効果ガスの濃度分布に加え、地域ごとの吸収排出量のより正確な把握等を目指すとともに、より精緻な観測が可能な後継機を開発。

⑥ 降水、雲・エアロゾル、植生等の地球環境に関する全球の多様なデータの収集を行う衛星の研究開発やデータ提供、世界に先駆けて地球観測機能を強化した「静止地球環境観測衛星」としての次期静止気象衛星ひまわりの整備等、人工衛星による観測・監視技術の開発利用を一層推進。

⑦ 海洋地球研究船「みらい」等を用いた観測研究、観測技術の研究開発を引き続き推進し、地球規模の諸現象の解明・予測等の研究開発を推進。
⑧ 南極昭和基地を中心に、海洋、気象、電離層等の基本観測のほか、南極地域観測第Ⅷ期計画に掲げた「南極域から探る地球温暖化」をメインテーマとして、各種研究観測を実施。気候変動を解明する鍵となる北極研究について、研究基盤の整備や、コンソーシアムの創設による研究者の連携強化、モデル研究者と観測研究者の協働促進を実施。

⑨ 地球温暖化対策に必要な観測を、統合的・効率的なものとするため、環境省と気象庁が共同で運営する「地球観測連携拠点（温暖化分野）」の活動を通じて、関係府省・機関間の観測の連携を推進。

⑩ 温暖化影響に対して脆弱な東アジアの途上国における監視・影響評価を推進することにより、途上国の取組に寄与し、気候変動対策に係る将来の国際的な枠組みの構築に貢献。

⑪ 地球環境変動予測研究については、世界最高水準の性能を有するスーパーコンピュータ「地球シミュレータ」を活用した地球温暖化予測モデル開発等、及び全球予測結果の高精細化や不確実性の低減等のための研究開発を推進。

⑫ 観測・予測データの収集からそれらのデータの解析処理を行うための共通プラットフォームの整備・運用を実施

⑬ 環境省では、地球温暖化の原因物質や直接的な影響を的確に把握する包括的な観測態勢整備のため、「地球環境保全試験研究費」において「地球観測モニタリング支援型」の課題を継続して実施。

⑭ 全国の気象官署における観測開始以降の観測資料の利用を促進するなど、地球温暖化の状況等に関する調査研究を推進し、地球温暖化予測を強化。

さらに、2012年10月時点で日本の各省等において実施されている外部競争的資金等による研究課題について、各省のホームページ等から情報収集して検討に反映した。極めて多彩な研究課題が、大学・研究機関において実施されている。この他、平成24年版環境白書には記載されていないものの、関係省・研究機関等における独自の施策として、間接的に地球温暖化・炭素循環に関係する調査研究が行なわれていると考えられる。

例えば、地球環境変動予測研究については、次世代コンピュータ「京」を用いた防災減災に資する地球変動予測の一環として、地球温暖化に伴う台風の変化を予測するための研究開発が推進されている。また、「海洋生物多様性および生態系の保全・再生に資する基盤技術の創出」研究の一環として、海洋生態系の将来予測に貢献する新規モデルの開発・研究が実施されている。さらに、地上観測データと大気輸送モデル、あるいはGOSATデータと大気輸送モデルを用いたCO₂の排出源・吸収源の推定に基づくCO₂の3次元分布情報が、それぞれ気象庁や国立環境研究所から提供されている。

第2期科学技術基本計画（2001年～2005年）では、重点4分野のひとつとされた「環境分野」において「地球温暖化研究イニシャティブ」を含む5つのイニシャティブが総合科学技術会議の環境プロジェクトチームにより設定され、イニシャティブ毎にAll Japan体制としての戦略的な研究開発目標が定められた。これは、「環境問題は非常に複雑で多様であることから、個別の現象を断片的に研究しても、問題の本質的な解決への有効な糸口とならないことが多く、もっと総合的な研究を行うべきである。さらに環境分野の研究開発を行うにあたっては、国際的視野とともに、省庁間の連携が考慮されるべきである。これまでにも、複数省庁によって実行される研究
プログラムは存在したが、実際の研究体制は各省ごと、あるいは研究機関ごとに独立して行われる傾向が強く、環境研究の総合化を阻んできたという実態がある。このようないわゆる縦割りの弊害を排除するには、これまでの戦略やプログラムを見直し、政府全体としての共通の政策目標とその解決に至る道筋を設定したシナリオ主導型の、研究開発を推進する仕組みとしての『イニシャティブ』が検討されるべきである。また、適切な産学官の役割分担と密接な連携のもとで、研究開発や普及を推進することが必要である。

(http://www8.cao.go.jp/cstp/project/envpt/pub/GW_report/01_00.pdf) との考えに基づくものであり、省庁・研究機関間における具体的な研究開発目標や情報の共有が本格的な行われることとなった。

しかしながら、第3期、第4期の科学技術基本計画においては、必ずしもこの動きは継承されてはおらず、わが国としての地球温暖化研究の推進戦略が明確化されていないのが実情と言えよう。地球温暖化研究の要素である炭素循環研究においても同様である。一方、観測面に関しては、総合科学技術会議において策定された「地球観測の推進戦略」（2004年12月）ならびに、それに基づいて毎年度、関係府省・機関の協力のもとに取りまとめられている「地球観測の実施方針」、「地球観測の実施計画」がその役割の一端を担っている。

### c. 海外の研究動向

観測とモデルの統合利用による陸域、海洋の炭素循環の把握については海外でも、また国際的にも重要なテーマであると考えられており、国際的政府間組織、欧米諸国などでも統合的な研究計画が策定され、一部では研究が実施されている。2012年10月時点で入手出来る主要な資料として、国際的な政府間組織であるGEO(Group on Earth Observations)のGEO Carbon Strategy 2010、米国のA Carbon Cycle Science Plan、EUのGHG-EUROPEおよびIntegrated Carbon Observation Systemなどがある。これらの概要を以下に簡潔に示す。

## ① GEO Carbon Strategy 2010

全球炭素循環の把握に不可欠な統合された観測システムを構築するため、現状の地球観測をどのように拡大する必要があるかをとりまとめ、実施すべき課題について報告している。同報告書では、現状の気候変化予測の不確実性を大きくしている主な原因の一つに自然の炭素吸収源の不確実性が挙げられ、また気候変化に対する陸域や海洋のフィードバックについては乏しい理解しか得られていないことを指摘している。自然の炭素吸収・放出過程に加え、人為起源のCO₂放出（化石燃料燃焼や土地利用変化）についても評価の精度を上げなければならないとしており、1)観測点の密度を上げること、特に、地上と航空機による大気中温室効果ガスの観測、海洋表層pCO₂観測、陸域生態系のフラックス観測ネットワーク、2）衛星観測による全球規模でのCO₂、CH₄の空間分布の観測を確立すること、特に、GOSAT、SCIAMACHYの後のギャップを埋めることなど、11項目の実施を推奨している。
図(1)-7 GEO Carbon Strategyが目指す「GHG排出・吸収源マップ作成に応用できる全球炭素サイクル・データ同化システム計画の概要」 $ ^{6)} $

#### ② A U.S. Carbon Cycle Science Plan

主たる目的は、これからの10年、炭素循環の科学において優先的に研究すべき課題について研究者のコミュニティから情報提供することにあり、観測とモデルの統合利用に限らず、必要とされる炭素循環研究の全体像を示している。本課題調査研究に関係する研究目標としては、以下の事項が挙げられる。

G1：過去および現在の大気中 $ CO_{2} $ および $ CH_{4} $ 濃度の変動についての明確な説明

G3：将来の気候と人間活動の影響下における炭素ストックとフローに関する脆弱性の評価、特に炭素吸収・放出にかかわる正のフィードバックについて

G4：異なる将来シナリオの下で生態系、生物多様性、および自然の資源がどのように変化するかについての予測

G6：政策などの意思決定者が必要とする現在と将来の炭素循環の情報、彼らの決定に必要となる重要で信頼性があり合理的なデータや予測を提供すること

## ③ GHG-EUROPE

主たる目的は、欧州の陸域で主要な温室効果ガス（ $ CO_{2} $ 、 $ CH_{4} $ 、亜酸化窒素（ $ N_{2}O $ ））の収支を1～10年スケールで評価することであり、炭素収支の変動に含まれる自然変動と人為起源の変動を分離し、気候変動によって引き起こされる部分と人間が制御可能な部分を分けて把握する。気候変化に対して最も敏感で脆弱な炭素のプールと炭素収支のプロセスを明らかにし、将来の気候変化
に対する正のフィードバックに伴うリスクを理解することを内容としている。

## ④ Integrated Carbon Observation System(ICOS)

目的は、全球炭素循環と温室効果ガス排出に関する現状把握と将来予測に必要となる長期観測を提供することにある。2008～2012年を準備期間とし、2014～2031年の長期にわたり、主要な温室効果ガス（ $ CO_{2} $ 、 $ CH_{4} $ 、 $ N_{2}O $ ）について、その収支を階層的な観測により欧州のスケールで把握することとなる。大気観測地上ステーション、大気成分測定のための航空機または高高度タワー（および地上FTS（フーリエ変換赤外分光計）サイト）、生態系観測ステーション、海洋表層および大気観測のための船舶及び固定観測点を設けることとしている。この他、データ転送、データ品質管理、フラスコを使った大気サンプルの高精度分析、標準ガスの検定、新しい測器や測定技術の試験、データベースの整備などを担当するセンターやラボを観測基盤要素として整備する。

## 2 ）本研究の目的と検討対象の重要性

本研究では、地球環境観測データとモデル統合化による炭素循環変動把握のための研究ロードマップ策定の視点から、GOSAT（後継機を含む）を始めとする地球環境観測のための衛星データ、航空機や船舶による観測データ、並びに地上観測ネットワークのデータを統合的に評価し、炭素循環モデル等の数値モデルを活用することで実現できる地球環境変動、特に炭素循環システムの把握・影響評価体制の確立を目指し、研究課題を特定し、必要な研究インフラ機能も含めた研究のロードマップを策定することを目的とする。

以下に、炭素循環システム把握、炭素循環変動（影響）の早期検出、およびアジア・太平洋域を対象とすることの重要性について述べる。

## a．炭素循環システム把握の重要性

陸域生態系による吸収、海洋による吸収の大きさに関して、将来において変化は起きるのか。さらに、変化があるとすれば、変化の速度は世界の異なる植生帯、海洋域によって同じなのか、あるいは異なるのか。この課題に対して解答を与えることは、大気中の温室効果ガス濃度の将来変化、それに伴う地球温暖化と気候変化、それによる人間を含む地球生態系への影響について、より精緻な予測を可能にすることにつながる。これは同時に、温室効果ガスの削減目標の設定の精緻化をも意味し、今後、人類が経験するであろう地球規模での温暖化対策の、費用対効果の最大化に貢献することとなる。

## b．炭素循環変動の早期検出の重要性

ホットスポットと考えられる場所として、炭素蓄積量が特に大きい地域や、炭素吸収量が気候変化の影響を受けやすい地域・対象が挙げられることが多い。それは、例えば、永久凍土（高緯度）地域、陸域・海洋のCH_{4}水和物（ハイドレート）、熱帯林地域、北方・熱帯の泥炭地、南大洋である。

炭素循環変動把握の研究によりホットスポットの所在について、より精緻な同定が可能となり、さらにホットスポットにおける炭素循環の変動を早期に検出することが出来れば、気候変動影響
の直接的な証拠であり、国際社会に対する警鐘となるばかりでなく、温暖化対策の促進に大きく貢献することとなる。ホットスポットに関しては、将来の気候変化に伴うものだけではなく、台風や火災、洪水などの自然攪乱に起因するものや、大規模な植林や伐採など人間活動により引き起こされる可能性もあり、それらの検出も重要な課題と考えられる。

## c．アジア・太平洋域の重要性

日本の研究者コミュニティが対象地域として得意とするのがアジア・太平洋地域であるという理由だけではなく、ホットスポットとして重要視される永久凍土（高緯度）地域、熱帯林地域、北方・熱帯の泥炭地などを含むという理由から、アジア・太平洋地域は大きな関心が払われるべき地域である。また、中国やインドなどの人口増大国、そのほか急速な経済発展を遂げつつある東南アジア諸国を抱えており、人為起源排出量の予測という面からも重要な地域である。これらのことから、わが国としてアジア・太平洋地域に重点をおいた観測体制の構築を図り、高空間分解能モデルとの統合利用によりこの地域の炭素循環の変化を詳細に把握する手段をもつことは、アジア・太平洋域の持続可能な発展を実現するために我が国が果たすべき役割の一つである。

## 3 ）データとモデルの統合利用における諸問題

データとモデルの統合利用の課題において、残されている問題の概要をまとめて記す。なお、観測データとモデルの統合利用に関わる検討に必要となる基礎情報を、観測、フラックス推定、データ・モデル統合利用、およびホットスポットについて、参考資料として5）にまとめた。

### a. 長期観測の充実

地球規模の環境問題である地球温暖化現象の特徴は、その主たる原因物質であるCO₂等の温室効果ガスの寿命が長く、また地球システムの熱慣性のために、温室効果の具体的な影響が自然システムに現れるまでに時間がかかること、さらには、同様の理由で影響が現れてから対策を施したのでは手遅れになる可能性が極めて高いことにある。また、CO₂等の地球上での動態・変動メカニズムについて、依然としてその理解が不十分であり、とりわけ自然生態系が将来の地球温暖化・気候変化のもとで、どのような応答を示すかが、十分な精度で予測できるまでには至っていない。また、近年の観測網の充実により、対象によっては数年スケールでの現象（年々変動）などは明らかになってきたが、長期の変動・トレンドの検出までには至っていないことにも留意する必要がある。

このことから、気候変化に対する海洋や陸域の炭素循環フィードバックの効果を含めて、観測的に実態とメカニズムを明らかにすることが重要である。そのためにはさまざまな環境条件・気候条件のもとでの挙動を明らかにする必要があることから、衛星、航空機、船舶、地上ステーションなどの様々なプラットフォームを用いた、多様な要素の長期観測の充実を図ることが必須となる。これらは同時に、炭素循環変動の長期の変動・トレンドの検出を踏まえての、早期検出に対しても必須の要件となる。

なお、過去から現在までの数十年から数十万年スケールでの炭素収支の変動の実態を知ることは、気候変動との相互作用を含めた炭素収支変動のメカニズムを理解する上で重要な知見となり
うることから、例えば、極域氷床上のフィルン空気（氷床上部の雪粒子の間に留まっている空気）やアイスコアなどの解析手法を用いた研究の充実が望まれる。

## b．新しい観測手法の開発、データの品質保証・管理、早期提供

炭素循環の解明においては、 $ CO_{2} $ 濃度を広域にわたって連続的に測定を継続することが重要であるが、それだけではなく各種の同位体比、酸素（ $ O_{2} $ ）濃度の計測や、フラックスの直接測定、人工衛星を利用した先端的な観測など、新しい観測手法を開発し、新しい情報を出来る限り取り入れて、実態の把握・メカニズムの解明に役立てていくことが重要である。

また、得られたデータの品質を保証することが極めて大事である。とりわけ、自動観測機器や衛星搭載センサの発展により、大量のデータが取得できるようになったことから、データの品質を、人手を介さずに自動的に評価し、データを選別して、データ質を示す指標とともに、アーカイブ（蓄積）していくようなシステムの確立が必要となっている。さらに、データ取得後、データを必要とする機関が早期にデータを取得できるようにする上でも、このデータシステムの構築は不可欠である。

データの品質を、人手を介さずに自動的に評価できるようにするまでには、観測担当者（研究者）の観測対象の現象に対する深い理解と洞察力に基づく経験を積み重ねて、アルゴリズムを開発する必要がある。データシステムの構築に際しての研究者の参画と、当分の間、データシステムの運用時における研究者の深い関与が必須である。

### c. 要素モデルの高度化

炭素循環の理解を深める上では、大気輸送モデル、陸域植生モデル、土壌呼吸モデル、水・窒素循環モデル、海洋循環モデル、海洋生態系モデル等々、さまざまの要素モデルが利用される。また、人為起源の温室効果ガスの排出に関する情報も、ある意味では人為起源排出モデルと捉えることが出来る。これらのさまざまのモデルが、実態の再現性、異なる環境・気候条件での振る舞いなどにおいて合理的かつ精度の高いものでなければならない。要素モデルの高度化のためには、さまざまな条件下での種々の観測データが得られていることが必要であり、その観点から適切な観測計画が立案・実施されなければならない。

## d．データとモデルとの統合利用の高度化

現時点でも、また近い将来においても、さまざまな観測データの利用が期待される。通常行われている世界の気象観測や気象衛星観測データは言うに及ばず、例えば、 $ CO_{2} $ 、 $ CH_{4} $ 、 $ O_{2} $ や、その他の大気汚染成分、粒子状物質成分、同位体成分などに関する、多点の地上観測点におけるさまざまな連続観測データ、航空機や高高度タワーにおける観測データ、船舶を利用した多数の航路での観測データ、さまざまな衛星観測データなど、極めて多様である。しかも、測定地点は固定しているとは限らず、また測定時刻もさまざまである。こういった時間的にも空間的にも不均一なデータを効果的にモデルに取り込み、各種のプロセスモデルのパラメータや排出・吸収量の空間的・時間的変化を精度よく推定するための、効率的なデータ同化モデルの開発と利用が望まれる。他方、データ同化モデルは効率的で最適化された観測システムの構築に際しても有用な情報を提供する。
## 4 ）実施すべき研究テーマとロードマップ

前節では、地球環境観測データとモデル統合化による炭素循環変動把握を実現するために必要な基本的な研究課題は何かという観点から、a．長期観測の充実、b．新しい観測手法の開発、データの品質保証・管理、早期提供、c．要素モデルの高度化、d．データとモデルとの統合利用の高度化、について総論的に問題点を指摘した。

地球上の炭素循環の把握においては、大気圈、海洋圈、陸圈などの各圈の間の炭素フラックス（ある期間における正味の吸収排出量）をさまざまな空間スケール、時間スケールで評価する必要がある。特に、ある程度の広がりを持つ空間スケールでの大気圈と海洋圈および陸圈（陸域生態系）間の炭素フラックスの評価の手法は、トップダウンアプローチおよびポトムアップアプローチと呼ばれる手法に大別できる。

トップダウンアプローチでは、大気中のガス濃度の空間分布とその時間変化を観測し、大気輸送モデルを介して、海域あるいは陸域からのフラックス（ソース・シンク）の空間分布・時間変化を算出する。ここでは、大気輸送モデルを用いたインバースモデル・データ同化モデルなどが用いられる。一方、ボトムアップアプローチは、海表面や陸域生態系における特定点でのフラックスや周囲環境の直接測定をもとに、衛星観測データなどの補助データを用いてモデル（プロセスモデルや経験モデル）を構築し、これらのモデルを介して、ある領域の海洋や陸域生態系と大気圏との間のフラックスを評価しようとするものである。

本節では、これらのアプローチを基礎として、データとモデルの統合化に関する研究テーマに対応するための具体的な個別課題を提示する。

それに先立ち、まず研究の全体像について述べる（図(1)-8）。「地球環境観測データとモデル統合化による炭素循環変動把握」の最終目標を「アジア・太平洋域を中心とした炭素循環変動の検出」（図(1)-8（エ））、「ホットスポットの特定および変化の検出」（図(1)-8（オ））において、そのための重要な構成要素として、観測・解析技術であるところの「トップダウンアプローチの高度化」（図(1)-8（ア））および「ボトムアップアプローチの高度化」（図(1)-8（イ））と、それらが取り扱う空間スケールのマッチングを含め、「両者の統合によるフラックス評価手法の高度化」（図(1)-8（ウ））を図ることが主要な課題である。さらに、これらを下支えするものとして「必要十分な長期観測・評価システムの構築」が必要であり、その指針を提示する（図(1)-8（カ））。

なお、本研究では、「地球環境観測データとモデル統合化による炭素循環変動把握のための研究ロードマップ策定」を目的としており、これまでになされてきた関連研究の成果を踏まえつつも、なすべき研究の全体像を描くために、他で実施されている研究課題との重複を敢えて排除することはしていない。
図(1)-8 「地球環境観測データとモデル統合化による炭素循環変動把握のための研究」の全体像

## (ア) トップダウンアプローチの高度化

トップダウンアプローチに基づいて特定の領域や地域における温室効果ガスのフラックス（正味の吸収排出量）を推定するためには、大気中の温室効果ガス濃度の空間分布とその時間変化に関するデータ、大気中の物質輸送を正確に表現できる気象データおよび大気輸送モデルが必要となる。

気象データに関しては、日本や欧米で再解析プロジェクトがいくつか実施済みあるいは実施中であり、これらの再解析データを有効に活用することが重要である。

大気輸送モデルに関しては、日本は複数の機関が複数の大気輸送モデルの開発を進めており、マルチモデルアンサンブル実験によって輸送過程に起因する大気輸送モデルの計算結果の違いを基に大気輸送に関する理解を深めやすい状況にある。

温室効果ガスの観測データに関しては、これまで主としてフラスコサンプリング試料の分析や連続測定機器による地上観測点における観測データや、数は限られるものの航空機による鉛直分布観測データ、船舶による海洋上大気の観測データなどが用いられてきた。近年、長距離航路の民間航空機（旅客機）を用いた観測により広範囲の上空データや空港周辺での鉛直分布データが取得されるようになった。さらに、GOSAT等の地球観測衛星に搭載した分光計による温室効果ガスカラム平均濃度推定が実現し、その他の現場観測データに比較して測定精度は劣るものの、全球をカバーする大量のデータが取得されつつある。さらに2014年以降世界各国により複数の温室効果ガス観測衛星（GOSAT後継機を含む）の打上げが計画されていることより、今後より多くの衛星データが利用可能になると考えられる。また、地上FTS観測網による定点でのCO₂やCH₄のカラム平均濃度観測も充実しつつある。
これらの観測体制の充実や観測データの品質向上、さらにトップダウンアプローチへの適用のためのデータシステムの構築、大気輸送モデルの精度向上などを通じたフラックス評価の高度化が今後の重要な課題として残されている。

以下の個別課題に関するロードマップを図(1)-9に示す。

## ①GOSAT等衛星によるプロダクトの高品質化と検証体制の強化

GOSAT（後継機を含む）等の衛星による温室効果ガス濃度推定に関し、エアロゾルや薄い雲の影響下における推定精度向上（ばらつき、バイアスの低減）に加え、太陽及び観測天頂角の大きいデータ、視野内に厚い雲がある場合や信号対雑音比の低いデータといった今まで処理されなかったデータにも適用可能な推定アルゴリズムの検討・開発を行う。さらに、衛星により推定された温室効果ガス濃度を用いたトップダウンアプローチによるフラックス推定に関し、更なる精度向上、濃度データや各種先験データの誤差に対する依存性の評価及びその軽減法、さらにはフラックス推定の高分解能化（時間・空間）に関する研究等を進める。また、CO_{2}の排出源特定に向けた一酸化炭素濃度（CO）測定手法と解析手法の検討も急ぐ必要がある。

さらに、衛星からの温室効果ガス濃度の導出精度の向上及び導出可能な地点の増加に伴い、検証精度の向上や検証地点の拡充も求められつつある。これらに対応するためには新たな検証用観測装置等の開発、新たな地点／新たな観測装置による検証観測の実施に関する研究、多様な検証データを用いた検証解析手法の高度化といった検証高度化に関する研究を行い、それらの成果に基づいて必要に応じて検証体制を強化する。

衛星データをその他の観測データと同時に統合的に利用することで、フラックス推定精度の一層の向上が期待される。

## ②地上、船舶、航空機等による観測の充実とデータ・プロダクトの品質保証

東南アジア・南アジア等では地上観測点の空白域が多く残されており、アジア地域におけるフラックス推定の大きな誤差要因となっていることから、これらの地域におけるフラスコサンプリングネットワークと連続観測局の開設による温室効果ガス濃度やそれらの同位体比ならびに $ O_{2} $ 濃度計測のための地上観測網の拡充を図る。また、アジア・オセアニア航路を航行する商船を利用した温室効果ガス観測において、新たに多成分ガス連続観測システムの開発と観測を実施し、人為起源と自然起源の分離を目指す。

民間航空機に搭載できる温室効果ガス多成分連続測定装置の開発（および搭載承認取得と、次世代型航空機に観測装置を搭載するための改修と承認取得）ならびに実運用を進め、広域に渡る上空データと世界各地の空港周辺域の鉛直分布データの取得を行う。

いずれの観測においてもCO $ _{2} $ 濃度の測定においては世界気象機関（WMO）が定める0.1 ppm以内（南半球においては0.05 ppm以内）の精度を保つ必要がある。

## ③大気輸送モデルとフラックス評価モデルの高度化

トップダウンアプローチにおいて重要な役割を果たす大気輸送モデルについて、その高解像度化・高精度化とともに、これらのモデルを用いたインバース計算手法の開発を行う。

データ同化計算時に得られる各種診断情報を利用し、モデルの改善につなげる。例えば、地上