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東南アジアの泥炭・森林火災が
日本の年間放出量に匹敵するCO2をわずか2か月間で放出
:旅客機と貨物船による観測が捉えたCO2放出

国立環境研究所(NIES・つくば市)と気象庁気象研究所(MRI・つくば市)で構成される研究グループ(統括は丹羽洋介 主任研究員/NIES, 客員研究員/MRI)は、2015年に東南アジアの島嶼地域で発生した大規模な泥炭・森林火災からの二酸化炭素(CO₂)放出量について定量的な解析を行い、その放出量が2015年の9月から10月までの間で273 Tg (炭素換算)(※(注記)1)であったと推定しました。この量は現在の日本の年間のCO₂排出量(※(注記)2)に匹敵するものであり、わずか2か月間で大量のCO₂が大気へと放出されたことになります。
2015年は非常に強いエルニーニョ現象が発生した年であり、世界中で異常気象が発生しました。一般的にエルニーニョ現象が発生すると、東南アジアの赤道付近においては、大気の対流活動が不活発になり、雨雲が例年より発達しにくいことから、乾燥する傾向にあります。2015年はその規模が大きく、深刻な干ばつが発生しました。インドネシアやマレーシアなどの島嶼地域では、泥炭と呼ばれる土壌が広く分布していますが、この泥炭は炭素を多く含んでおり、乾燥すると燃えやすい性質を持っています。この泥炭が分布する地域を中心として、乾季の後半である9−10月頃に泥炭・森林火災が大規模化し、陸域生態系のみならず煙による大気汚染など地元住民の生活や健康にも多大な影響を及ぼしました。この時、大気には大量のCO₂も放出されたと考えられています。
人工衛星から火災の場所や焼失面積等を同定し、火災起源のCO₂放出量を見積もるボトムアップ・アプローチ研究がありますが、火災の強さや燃え方まではわかりにくいことからその見積もりには不確かさが存在します。一方、CO₂の濃度がどれだけ大気中で上昇したかを実際に観測し、そこから辿って放出量を見積もるトップダウン・アプローチ研究がありますが、その見積もりには時空間的に高密度な観測データが必要です。本研究で対象とする地域は、このトップダウン・アプローチ解析で、通常、利用される陸上の観測地点が非常に少ない「観測の空白域」であり、従来は信頼度の高い推定を行うことが不可能でした。また、この地域の大気のCO₂濃度を人工衛星で測定することには、積雲が多く存在することと、また、火災から放出される煙が影響することによって、データの取得率が低く誤差も大きくなってしまうという弱点がありました。
そこで本研究では、旅客機と貨物船という現地周辺を航行する移動体に観測装置を搭載した観測(図1)に着目し、これらの上空・海上のデータを用いてトップダウン・アプローチ解析を行うことによって、当該地域における火災からのCO₂放出量をより正確に見積もることに成功しました。この旅客機による観測は国立環境研究所、気象庁気象研究所、日本航空株式会社、株式会社ジャムコ、JAL財団が共同で実施している温室効果ガス観測プロジェクトCONTRAIL(※(注記)3)によるものであり、貨物船による観測は国立環境研究所がトヨフジ海運株式会社と共同で実施しているものです(※(注記)4)。これらの観測は世界的にも高い評価を得ている、日本を代表する温室効果ガス観測となっています。

2015年の旅客機によるCO₂観測は、図2で示すように東南アジア島嶼地域において高頻度にデータが取得されています。しかしこの図から分かる通り、大気のCO₂濃度は必ずしも泥炭・森林火災が多く発生した9−10月にのみ上昇しているわけではありません。これは、CO₂が泥炭・森林火災だけではなく、人間活動における化石燃料燃焼や、陸域生態系、また海洋によって放出されたり吸収されたりするためであり、さらに、大気中での輸送によってもその場所の濃度が変動してしまうためです。この大気中CO₂濃度データから地表面の放出量(または吸収量)を推定するため、本研究では、大気のシミュレーションモデルを基にした逆解析(※(注記)5)という手法を用いました(図3)。また、逆解析の結果について、その妥当性を評価するため、貨物船によるCO₂および一酸化炭素(CO)の観測データを用いました。COは不完全燃焼により発生する気体で、特に泥炭が燃焼するとその燃焼効率の低さから大量に放出されることが知られています。実際、泥炭火災が多く発生したボルネオ島やスマトラ島から輸送されたものと思われる高いCO濃度の空気が貨物船によって観測されたことがシミュレーションによる解析で分かりました(図4)。この貨物船によるCO₂およびCOのデータとシミュレーション結果を比較したところ、逆解析によって観測との整合性が向上することが認められ、正味のCO₂放出量(※(注記)6)とともに火災からの放出量についても推定精度が向上したことが確かめられました。
最終的に旅客機と貨物船の両者のCO₂データを使った逆解析では、東南アジア島嶼域の正味のCO₂放出量は2015年の1年間で608 Tg(炭素換算)と推定されました。さらに9−10月の期間においては正味322 Tg(炭素換算)、このうちの泥炭・森林火災起源の放出量は273 Tg(炭素換算)と推定されました。このことから、この地域のCO₂放出・吸収において泥炭・森林火災の影響が非常に大きいことが伺えます。本研究は、2015年の大規模火災からのCO₂放出量について、初めて現場での高精度観測データを使って推定したものです。また、推定精度の向上から、現場観測が極めて有用であることを示すことができました。これらの旅客機および貨物船による日本の観測は、コロナ禍における困難があった中でも本観測に協力する航空会社や船舶運航会社などの民間企業の努力によって現在においても継続して行われています。
泥炭は数千年もの長い年月にわたり形成されたものであり、失われた泥炭の炭素の回復は容易ではありません。一方、森林の木々は大気中からCO₂を吸収しながら成長するため、森林の炭素は比較的早く回復しますが、火災後に農地へ転換されたり、大規模火災が度重なったりすれば十分な炭素の回復は望めません。したがって、当該地域で大規模火災を未然に防ぐこと、また、火災後の森林管理を適切に行うことは、パリ協定の1.5°C/2°C目標を達成して温暖化を防ぎ、持続可能な社会を実現するためにも重要です。
温暖化緩和策を推進していくために必要な基礎データや科学的知見を提供するため、我々は今後も観測を継続し、本研究の解析スキームを通してCO₂放出量を長期にわたってモニタリングしていきます。

本研究は、環境省および(独)環境再生保全機構の環境研究総合推進費(JPMEERF20142001, JPMEERF20172001)のもと実施されました。また、JSPS科研費JP 19K03976の助成を受けました。また、本研究で用いた旅客機および貨物船の観測は環境省・地球環境保全試験研究費(地球一括計上)のもと実施されています(環1253, 環1652, 環1851, 環2151)。本研究で行った大気シミュレーションおよび逆解析は国立環境研究所のスーパーコンピュータシステム(NEC SX-ACE)を用いて行いました。

【タイトル】
Estimation of fire-induced carbon emissions from Equatorial Asia in 2015 using in situ aircraft and ship observations
【著者】
Yosuke Niwa^1,2, Yousuke Sawa^2*, Hideki Nara¹, Toshinobu Machida¹, Hidekazu Matsueda^2**, Taku Umezawa¹, Akihiko Ito¹, Shin-Ichiro Nakaoka¹, Hiroshi Tanimoto¹, and Yasunori Tohjima¹
【所属】
1. 国立環境研究所
2. 気象庁気象研究所
*現所属:気象庁
**現所属:獨協大学
【雑誌】
Atmospheric Chemistry and Physics
【DOI】
10.5194/acp-21-9455-2021
【URL】
https://acp.copernicus.org/articles/21/9455/2021/【外部サイトに接続します】

※(注記)1: ここではCO₂と同時に放出される(その後、大気中で酸化されてCO₂となる)COも含めた量として表しています。また、炭素換算とはCO₂およびCOに含まれる炭素の量として表したものです。1 Tg(テラグラム) = 10¹²g(グラム)。

※(注記)2: 最新の2019年の日本のCO₂排出量(土地利用、土地利用変化および林業を除く)は11億600万トン(CO₂換算)= 302 Tg (炭素換算)。
参照:温室効果ガスインベントリオフィス(編)、環境省地球環境局総務課脱炭素社会移行推進室(監修)「日本国温室効果ガスインベントリ報告書2021年」、国立環境研究所地球システム領域地球環境研究センター(2021年)

※(注記)3: 本プロジェクトにおける大気CO₂濃度の高頻度観測は2005年より実施しており、日本を中心としてヨーロッパ、北米、アジア、オーストラリアなどの航路でデータを取得しています。
CONTRAILプロジェクトのホームページ(英語):http://www.cger.nies.go.jp/contrail/
日本航空によるCONTRAILプロジェクトの紹介(日本語):
http://www.jal.com/ja/csr/environment/social/detail01.html【外部サイトに接続します】
ジャムコによるCONTRAILプロジェクトの紹介(日本語):
https://www.jamco.co.jp/ja/csr/activity/project.html【外部サイトに接続します】

※(注記)4: 本観測は国立環境研究所が長期にわたり取り組んでいる地球環境モニタリング事業の一環としてトヨフジ海運株式会社が運航する貨物船舶を用いて2002年より実施しており、日本—北米間、日本—オセアニア間、日本—東南アジア間を航行する3隻の貨物船舶で大気・海洋温室効果ガスの広域観測を行なっています。
定期貨物船を利用した温室効果ガスモニタリングについて:
https://db.cger.nies.go.jp/gem/ja/warm/
トヨフジ海運株式会社による「大気・海洋温室効果ガスの広域観測」の紹介:
https://www.toyofuji.co.jp/csr/kouken/observation.html【外部サイトに接続します】

※(注記)5: NICAMと呼ばれる大気シミュレーションモデルをベースとした逆解析システム(NICAM-based Inversion System for Monitoring-CO₂)を用いました。逆解析とは、放出量をモデルに入力して大気中のCO₂濃度を計算する解析手法とは逆で、CO₂濃度の観測結果を解析システムに入力して放出量や吸収量を計算する手法のことです。NICAMは東京大学大気海洋研究所、海洋研究開発機構、理化学研究所などが開発したモデルです。シミュレーションには気象庁の長期再解析データJRA-55や海洋CO₂フラックスデータなどを用いています。

※(注記)6: ここでの正味とは、放出量から吸収量を差し引いたものとしています。この正味の量には、化石燃料燃焼や泥炭・森林火災による放出、陸上生態系による放出・吸収が含まれます。

【研究に関する問い合わせ】
国立研究開発法人国立環境研究所
地球システム領域 物質循環モデリング・解析研究室
主任研究員 丹羽洋介

【報道に関する問い合わせ】
国立研究開発法人国立環境研究所 企画部広報室
e-mail:kouhou0@nies.go.jp tel:029-850-2308

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旅客機および貨物船による観測を用いた泥炭・森林火災からのCO₂放出量の推定:東南アジア島嶼地域において