[論文レビュー] Observing the carbon-climate system

David Schimel, P. J. Sellers+42 more|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2016

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics参考文献 43被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、CO2およびCH4の高分解能グローバルフラックスを解像するため、次世代の宇宙基盤観測システムの導入を提唱している。現在の地上観測ネットワークは空間的・時間的カバー範囲に欠けるが、新たに登場する衛星技術は、温室効果ガスの源・ sinks を特定のメカニズムに帰属づける可能性を秘めており、気候予測の不確実性を低減する。

ABSTRACT

Increases in atmospheric CO2 and CH4 result from a combination of forcing from anthropogenic emissions and Earth System feedbacks that reduce or amplify the effects of those emissions on atmospheric concentrations. Despite decades of research carbon-climate feedbacks remain poorly quantified. The impact of these uncertainties on future climate are of increasing concern, especially in the wake of recent climate negotiations. Emissions, long concentrated in the developed world, are now shifting to developing countries, where the emissions inventories have larger uncertainties. The fraction of anthropogenic CO2 remaining in the atmosphere has remained remarkably constant over the last 50 years. Will this change in the future as the climate evolves? Concentrations of CH4, the 2nd most important greenhouse gas, which had apparently stabilized, have recently resumed their increase, but the exact cause for this is unknown. While greenhouse gases affect the global atmosphere, their sources and sinks are remarkably heterogeneous in time and space, and traditional in situ observing systems do not provide the coverage and resolution to attribute the changes to these greenhouse gases to specific sources or sinks. In the past few years, space-based technologies have shown promise for monitoring carbon stocks and fluxes. Advanced versions of these capabilities could transform our understanding and provide the data needed to quantify carbon-climate feedbacks. A new observing system that allows resolving global high resolution fluxes will capture variations on time and space scales that allow the attribution of these fluxes to underlying mechanisms.

研究の動機と目的

• 数十年にわたる研究にもかかわらず、炭素-気候フィードバックの定量的評価における持続的不確実性を是正すること。
• 希薄な地上観測ネットワークの制限を克服し、CO2およびCH4の源・sinkの帰属を改善すること。
• 高分解能の宇宙基盤観測が、Greenhouseガスフラックスの時間的・空間的変動を解明できることを示すこと。
• フィードバックメカニズムの定量的評価に役立つデータを提供することで、より正確な気候モデリングと政策意思決定を支援すること。
• 発展途上国におけるインventoriesの信頼性が低い状況が進展する中で、排出の発展国へのシフトに関する懸念に応えること。

提案手法

• グローバルに炭素ストックおよびフラックスを監視するため、先進的な宇宙基盤リモートセンシング技術を活用する。
• 衛星観測データと大気逆問題モデルを統合し、高空間・高時間分解能での地表面フラックス推定を実現する。
• 複数の衛星・複数の機器からのデータストリームを統合し、フラックス推定の不確実性を低減する。
• 逆問題モデリング技術を用いて、大気中の変化を特定の源・sinkに帰属づける。
• 地上観測データと衛星データを統合し、観測の検証およびキャリブレーションを実施する。
• 長期間にわたる大気中濃度記録を活用し、CO2の空気中残留率の傾向と安定性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙基盤観測は、グローバルな炭素フラックス推定の分解能と正確性をどのように向上させるか？
• RQ2 一時的に安定化した後、大気中CH4濃度が再び上昇する背後にあるメカニズムは何か？
• RQ3 時間経過に伴い、炭素-気候フィードバックは人為的排出を強化するか、あるいは抑制するか？
• RQ4 発展途上国における排出インventoriesの不確実性が、グローバル炭素予算推定に与える影響はどの程度か？
• RQ5 今後の気候変動下でも、人為的CO2の残留率は一定のままであるだろうか？

主な発見

• 過去50年間、人為的CO2の残留率は著しく一定であったが、将来的な安定性は不確かである。
• 最近、大気中CH4濃度の上昇が再び顕著になったが、その正確な原因は不明であり、定量的に把握されていない。
• 従来の地上観測システムは、温室効果ガスフラックスを特定の源・sinkに帰属づけるために必要な空間的・時間的分解能を欠いている。
• 宇宙基盤技術は、グローバルスケールでより高い分解能で炭素ストックおよびフラックスを監視する強力な可能性を秘めている。
• 高分解能フラックスを解像できる新しい観測システムにより、フラックスの背後にあるメカニズムへの帰属づけが可能となり、気候予測の不確実性が低減される。
• 衛星データと大気逆問題モデルの統合は、炭素-気候フィードバックを定量的に評価する画期的な道筋を提供する。