衛星観測データを活用した次世代炭素収支解析システムの構築

• 研究課題/領域番号: 19K12312
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 気象庁気象研究所
• 研究代表者: 眞木 貴史 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 室長 (50514973)
• 研究分担者: 出牛 真 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (00354499)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 炭素循環 / 衛星観測 / 逆解析 / 大気輸送モデル / 炭素収支 / バイアス補正 / 化学過程 / 二酸化炭素 / 収支解析 / 衛星観測データ / 物質輸送モデル / 炭素収支解析 / 化学輸送モデル

研究開始時の研究の概要

二酸化炭素に関しては、衛星観測データに関して独立解析データを用いたバイアス評価・修正手法を適用することで、世界初の複数衛星観測データを一貫した基準の下で炭素循環解析に導入し、二酸化炭素収支解析の空間解像度を亜大陸規模から国家規模に改善すると共に、不確かさを半減することを目指す。
メタンに関しては、地球システムモデル研究開発で得られた知見を生かして、日変化や年々変動を考慮したメタンの主要な破壊物質である水酸化ラジカル（OHラジカル）分布に詳細なメタン変質過程を組み込んだ高精度メタン輸送モデルを開発する。開発したモデルについて衛星観測等を用いた評価検証・改良を行いメタン収支解析の高度化を目指す。

研究成果の概要

本研究では、これまで主に時間空間的に変化するバイアス等の理由で利用が難しかった衛星による二酸化炭素観測データについて、独立な逆解析を元にバイアスの時空間変動を評価・修正した後に改めて逆解析に導入する手法の開発に成功した。このことにより、観測地点数が少ないというこれまでの二酸化炭素収支解析研究の問題点を大きく改善することができた。今後の複数衛星にこの手法を活用することで更なる炭素収支解析精度の向上が見込まれる。メタン輸送モデルの構築に関しても現在開発中の気象研究所地球システムモデル（MRI-ESM3）にパッシブトレーサーの移流過程と鉛直混合過程を導入し、輸送モデルのプロトタイプを構築できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

衛星による二酸化炭素観測は2009年に日本で打ち上げられた温室効果ガス技術衛星（GOSAT）から10年以上経過するが、バイアス等の問題がありまだ本格的に二酸化炭素収支解析に利用されてこなかった。今回開発した手法により衛星観測データの時空間的に変化するバイアスを適切に補正し、独立観測に対する精度を向上させつつ逆解析に導入できるようになった。これにより利用観測値地点数の大幅な増加が見込まれ、二酸化炭素収支解析の解像度を向上できる目処が立った。新たに開発した地球システムモデルにトレーサーの移流過程や鉛直輸送過程を組み込み、メタンフラックスやOHラジカルデータの整備によりメタン輸送モデルを構築できた。

研究成果

• [雑誌論文] Evaluating modelled tropospheric columns of CH₄, CO, and O₃ in the Arctic using ground-based Fourier transform infrared (FTIR) measurements (2024)
  • 著者名/発表者名: Flood Victoria A.、Strong Kimberly、Whaley Cynthia H.、Walker Kaley A.、Blumenstock Thomas、Hannigan James W.、Mellqvist Johan、Notholt Justus、Palm Mathias、R?hling Amelie N.、Arnold Stephen、Beagley Stephen、Chien Rong-You、Christensen Jesper、Deushi Makoto et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 24 号: 2 ページ: 1079-1118
  • DOI: 10.5194/acp-24-1079-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Independent Bias Correction Method for Satellite Observation Data Introduced to CO₂ Flux Inversion (2023)
  • 著者名/発表者名: Maki Takashi、Kondo Keiichi、Ishijima Kentaro、Sekiyama Tsuyoshi T.、Tsuboi Kazuhiro、Nakamura Takashi
  • 雑誌名: SOLA 巻: 19 号: 0 ページ: 157-164
  • DOI: 10.2151/sola.2023-021
  • ISSN: 1349-6476
  • 査読あり
• [雑誌論文] Are Land‐Use Change Emissions in Southeast Asia Decreasing or Increasing? (2022)
  • 著者名/発表者名: Kondo Masayuki、Sitch Stephen、Ciais Philippe、Achard Frederic、Kato Etsushi、他28名
  • 雑誌名: Global Biogeochemical Cycles 巻: 36 号: 1
  • DOI: 10.1029/2020gb006909
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Climate change penalty and benefit on surface ozone: a global perspective based on CMIP6 earth system models (2022)
  • 著者名/発表者名: Zanis Prodromos、Akritidis Dimitris、Turnock Steven、Naik Vaishali、Szopa Sophie、Georgoulias Aristeidis K、Bauer Susanne E、Deushi Makoto、Horowitz Larry W、Keeble James、Le Sager Philippe、O’Connor Fiona M、Oshima Naga、Tsigaridis Konstantinos、van Noije Twan
  • 雑誌名: Environmental Research Letters 巻: 17 号: 2 ページ: 024014-024014
  • DOI: 10.1088/1748-9326/ac4a34
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Changes in anthropogenic precursor emissions drive shifts in the ozone seasonal cycle throughout the northern midlatitude troposphere (2022)
  • 著者名/発表者名: Bowman, H., Turnock, S., Bauer, S. E., Tsigaridis, K., Deushi, M., Oshima, N., O'Connor, F. M., Horowitz, L., Wu, T., Zhang, J., Kubistin, D., and Parrish, D. D.
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys. 巻: 22 号: 5 ページ: 3507-3524
  • DOI: 10.5194/acp-22-3507-2022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Climate Response to Emissions Reductions Due to COVID‐19: Initial Results From CovidMIP (2021)
  • 著者名/発表者名: Jones Chris D.、Hickman Jonathan E.、Rumbold Steven T.、Walton Jeremy、Lamboll Robin D.、Skeie Ragnhild B.、Fiedler Stephanie、Forster Piers M.、Rogelj Joeri、Abe Manabu、Botzet Michael、Calvin Katherine、Cassou Christophe、Cole Jason N.S.、Davini Paolo、Deushi Makoto、（略）、Oshima Naga、et al.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 号: 8
  • DOI: 10.1029/2020gl091883
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Significant climate benefits from near-term climate forcer mitigation in spite of aerosol reductions (2021)
  • 著者名/発表者名: Allen Robert J.、Horowitz Larry W、Naik Vaishali、Oshima Naga、O'Connor Fiona M.、Turnock Steven、Shim Sungbo、Le Sager Philippe、van Noije Twan、Tsigaridis Kostas、Bauer Susanne E、Sentman Lori T.、John Jasmin G、Broderick Conor、Deushi Makoto、Folberth Gerd A.、Fujimori Shinichiro、Collins William J
  • 雑誌名: Environmental Research Letters 巻: 16 ページ: 034010-034025
  • DOI: 10.1088/1748-9326/abe06b
  • NAID: 120006975990
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intercomparison of the representations of the atmospheric chemistry of pre-industrial methane and ozone in earth system and other global chemistry-transport models (2021)
  • 著者名/発表者名: Derwent Richard G.、Parrish David D.、Archibald Alex T.、Deushi Makoto、Bauer Susanne E.、Tsigaridis Kostas、Shindell Drew、Horowitz Larry W.、Khan M. Anwar H.、Shallcross Dudley E.
  • 雑誌名: Atmospheric Environment 巻: 248 ページ: 118248-118248
  • DOI: 10.1016/j.atmosenv.2021.118248
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the role of trend and variability in the hydroxyl radical (OH) in the global methane budget (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhao Yuanhong、Saunois Marielle、Bousquet Philippe、Lin Xin、Berchet Antoine、Hegglin Michaela I.、Canadell Josep G.、Jackson Robert B.、Deushi Makoto、J?ckel Patrick、Kinnison Douglas、Kirner Ole、Strode Sarah、Tilmes Simone、Dlugokencky Edward J.、Zheng Bo
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 20 号: 21 ページ: 13011-13022
  • DOI: 10.5194/acp-20-13011-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A machine learning examination of hydroxyl radical differences among model simulations for CCMI-1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nicely, J. M., Duncan, B. N., Hanisco, T. F., Wolfe, G. M., Salawitch, R. J., Deushi, et. al.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 20 号: 3 ページ: 1341-1361
  • DOI: 10.5194/acp-20-1341-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] State of the science in reconciling top‐down and bottom‐up approaches for terrestrial CO2 budget (2020)
  • 著者名/発表者名: Kondo, M. P. K. Patra, S. Sitch, P. Friedlingstein, B. Poulter, F. Chevallier, P. Ciais, J. G. Canadell, A. Bastos, R. Lauerwald, L. Calle, K. Ichii, P. Anthoni, A. Arneth, V. Haverd, A. K. Jain, E. Kato, M. Kautz, R. M. Law, S. Lienert, D. Lombardozzi, T. Maki, et. al.
  • 雑誌名: Global Change Biology 巻: 26-3 号: 3 ページ: 1068-1084
  • DOI: 10.1111/gcb.14917
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Impact of independent satellite bias correction method on CO2 flux inversion (2023)
  • 著者名/発表者名: Maki, T., K. Kondo, K. Ishijima, T. T. Sekiyama, K. Tsuboi, and T. Nakamura
  • 学会等名: 19th International Workshop on Greenhouse Gas Measurements from Space
  • 国際学会
• [学会発表] Introduction of Satellite Observation Data with Independent Bias Correction Method to Carbon flux Inverse Analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Maki, T., T. T. Sekiyama, K. Kondo, K. Ishijima, K. Tsuboi, and T. Nakamura
  • 学会等名: WMO International Greenhouse Gas Monitoring Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 現地観測と衛星観測データによるCO2収支解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 眞木貴史、中村貴
  • 学会等名: 日本気象学会2022年度秋季大会
• [学会発表] 衛星観測の炭素収支速報解析への影響評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 眞木貴史、中村貴、近藤圭一
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度春季大会
• [学会発表] 衛星観測を用いた領域二酸化炭素収支推定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 眞木貴史、中村貴、近藤圭一
  • 学会等名: 第26回大気化学討論会
• [学会発表] 衛星観測データバイアス補正による炭素収支解析への影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 眞木貴史、中村貴、近藤圭一
  • 学会等名: 日本気象学会2020年度秋季大会
• [学会発表] Constructing a carbon flux estimation system with originally bias corrected satellite data (2019)
  • 著者名/発表者名: Maki, T., T. Nakamura, K. Kondo and S. Yabu
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 気象庁「二酸化炭素分布情報」高解像度化に向けた開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村 貴、眞木 貴史
  • 学会等名: 日本気象学会2019年度春季大会
• [学会発表] Constructing a global carbon flux estimation system with bias corrected satellite data (2019)
  • 著者名/発表者名: Maki, T., K. Kondo , S. Yabu and T. Nakamura
  • 学会等名: The 15th Meeting of the Atmospheric Composition Virtual Constellation
  • 国際学会
• [学会発表] Constructing a carbon flux estimation system with bias corrected satellite data (2019)
  • 著者名/発表者名: Maki, T., T. T. Sekiyama, K. Kondo and T. Nakamura
  • 学会等名: The Integrated Global Greenhouse Gas Information System (IG3IS) -Transcom Workshop
  • 国際学会