北半球中高緯度の陸域生態系でCO₂吸収量が減少、
2023—2024年の大気CO₂濃度上昇に寄与
—GOSATデータを使ったCO₂放出・吸収量推定から—

二酸化炭素（CO₂）は重要な温室効果ガスです。国立環境研究所は、環境省、宇宙航空研究開発機構(JAXA)と共同で、温室効果ガスを観測する人工衛星（以下「GOSATシリーズ」という。）の開発と運用を連携して進めており、GOSATシリーズの1号機である「いぶき」（GOSAT）は2009年4月から17年以上にわたりCO₂観測を継続しています。2024年は、このGOSATによって観測された大気中CO₂濃度の年増加量が3.5 ppm/年に達し、GOSAT観測史上最大の値として報告されました^注釈1。これは、この年、CO₂が通常よりもはるかに速いペースで大気中に蓄積したことを示しています。この急激な濃度増加は、2023-2024年に発生したエルニーニョ現象によって陸域生態系の正味のCO₂吸収量^注釈2が減少したためと考えられていますが、詳細な要因はわかっていません。

このような現象を理解することは、地球全体のCO₂の循環（炭素循環とも呼びます）の理解を深め、将来の気候変動を予測するうえで不可欠です。本研究では、GOSATの観測データを用いて、「逆解析」と呼ばれる手法によりCO₂フラックス変動（CO₂の正味放出・吸収量の時間・空間的な変化）を推定しました。GOSATの観測は地球の広い範囲をカバーしているため（図２）、GOSATのデータを使うことで、地球全体のCO₂フラックス変動を推定することができると期待されます。

図2. 本研究で使ったGOSAT XCO₂データの分布（2020年のケース）。本研究では陸上のデータのみを逆解析に用いた。

本研究では、NICAMと呼ばれる大気モデルをベースとした最新の逆解析システムNISMON-CO₂ (NICAM-based Inverse Simulation for Monitoring CO₂) を使用しました。このシステムを使って、国立環境研究所によるGOSATカラム平均濃度の標準プロダクト（NIES FTS L2 CO₂カラム量 (SWIR) V03.05）のデータ^注釈3から、地表面におけるCO₂フラックス変動を推定しました。NICAMは、大気の流れを計算するための数値シミュレーションモデルであり、NISMON-CO₂ではこのシミュレーションを数百回と繰り返して、観測データをもとにフラックスの最適解を探索します。その膨大な計算を実施するため、本研究ではスーパーコンピュータ「富岳」^注釈4を使用しました。

NISMON-CO₂では、初期推定値となるCO₂フラックスのデータセットを用意し、これをNICAMに入力して大気中のCO₂濃度を計算します。なお、ここでは気象庁の客観解析データJRA-3Qを使って、過去の大気の流れを再現しています。このシミュレーションされたCO₂濃度の値が、想定される誤差の範囲内でGOSATの観測値とできるだけ一致するようにフラックスデータを修正し、最適な解を求めることを「逆解析」と呼びます。NISMON-CO₂では、繰り返しフラックスデータを修正していくことで最適解を得ることができます。

図3は、GOSATの観測データを用いて算出された地球全体のCO₂フラックスと、従来よく使われる地上の現場観測（以下「IS」という。）に基づいて得られたフラックスを比較したものです。使用した観測データは異なるものの、GOSATによって推定されたフラックスの変化はISの推定値と整合的であり、衛星ベースの推定値の信頼性を示しています。また、この図から、化石燃料起源の放出量が増加している傾向が見えますが、地球全体のCO₂フラックスの年々の変動に対しては、陸域生態系の寄与が支配的であることがわかります。その中でも、2023年から2024年にかけてのCO₂フラックスは解析した期間の中で最大であり、これが、当該期間の大気中CO₂の増加量を大きく引き上げたものでありますが、これは陸域生態系起源の正味CO₂吸収量の減少によるものと推定されています。このことから、大気中CO₂濃度の変動には、陸域生態系が大きな役割を果たしていることがわかります。

図3. 2009年から2025年までの地球全体のCO₂フラックスの年々変動。（a）フラックスの合計値、（b）化石燃料からの放出、（c）陸域生態系フラックス、（d）海洋フラックス、（e）森林火災からの放出。地上の現場観測データ（青）とGOSATの観測データ（緑）を使った逆解析の結果、また、それらの初期推定値（灰色）を示す。正の値は大気への放出、負の値は大気からの吸収を示す。

2023年から2024年にかけてのCO₂フラックスの急激な上昇の要因を調べるため、エルニーニョ・ラニーニャ現象との関係を解析しました（図4）。エルニーニョ・ラニーニャ現象は、地球の様々な地域の気象に強い影響を及ぼす現象として知られています。熱帯域（北緯30度—南緯30度）では、エルニーニョ期には高温・乾燥化によりCO₂の吸収が減少または放出が増加し、ラニーニャ期にはその逆になるというCO₂フラックスの応答が見られていますが、これは過去研究からも示唆されている現象です。一方で本研究では、もう一つ顕著なシグナルが中高緯度地域（北緯30度—90度）で確認されました。この地域は、正味でCO₂を大気から吸収する重要な地域となっていますが、過去のフラックス変動とエルニーニョ・ラニーニャ現象には有意な相関は見られませんでした。しかし、2023—2024年には顕著なCO₂放出の増加（またはCO₂吸収の減少）があったことが示唆されました。本研究で推定された2023—2024年の2年間に陸域生態系によって追加的に大気中に増えたCO₂の量^注釈5は、熱帯から22.2億トン、北半球中高緯度からは8.4億トン（炭素換算）であり、北半球中高緯度は陸域生態系全体の正味CO₂吸収の減少に対しておよそ４分の１を占めていました。

図4. 化石燃料起源以外のCO₂フラックスの平年値からの偏差とエルニーニョ・ラニーニャ現象の指標（MEI v2）との関係：（a）地球全体、（b）北半球中高緯度（30°N–90°N）、（c）北半球熱帯（0°–30°N）、（d）南半球熱帯（30°S–0°）、（e）南半球中高緯度（90°S–30°S）。赤（青）の●および線はそれぞれ、GOSAT（IS）の逆解析の結果を表す。なお、エルニーニョの状態がピークとなる北半球冬季を十分にカバーするため、ある年の７月から翌年の６月までを平均・積算した値でプロットしている（”2023-2024”の場合、2023年７月から2024年６月までの期間を表す）。過去に起きた大きなエルニーニョ（2015–2016年）および、今回、対象としたエルニーニョ（2023–2024年）に対応する年にはラベルをつけている。正の傾きはエルニーニョ現象に伴ってCO₂放出が増加、または吸収が減少することを示す。陰影部分は、回帰直線の95％信頼区間を示す。(b)の北半球中高緯度では回帰直線の傾きが小さいことから、エルニーニョ・ラニーニャ現象との関連性は小さいことがわかるが、2023–2024年の値が陰影部分を超えて回帰直線の上に位置しており、この時期に従来よりも大きなフラックス変動が起きたことが伺える。

さらに解析を進めた結果、この北半球中高緯度における正味CO₂吸収量の減少は、主に気温が上昇したことによって陸域生態系で引き起こされたものであり（高温によって、植物の呼吸は増加、土壌有機物の分解は促進される一方、光合成によるCO₂吸収は抑制されます）、森林火災からのCO₂放出増加の寄与は限定的であることもわかりました。この結果は、大気中CO₂濃度の変動に対して、北半球の陸域生態系の気候変動に対する応答が、熱帯域におけるエルニーニョ・ラニーニャ現象への応答と並んで、重要な役割を持っていることを示唆しています。

今後は、GOSATシリーズの２号機（GOSAT-2）や３号機（GOSAT-GW）などの衛星ミッションの観測データを取り入れることで、この解析を拡張し、精度・観測範囲・モニタリング能力の向上を図っていきます。

また、本研究では、衛星観測の広い観測範囲と速報性（継続的な月単位のデータ公開）を活かし、迅速に地球全体のCO₂フラックスを解析する手法を確立しました。研究チームによる2025年末までの逆解析結果は、国立環境研究所の地球環境データベースから公開しています（https://www.nies.go.jp/doi/10.17595/20260414.001.html）。今後もこの手法を用いて定期的に逆解析を行うことで、地球規模のCO₂フラックス変動を監視し、炭素循環や気候変動に関する研究の発展に貢献していきます。

注釈1：2025年2月6日 国立環境研究所報道発表「地球全体の二酸化炭素濃度の年増加量が過去14年間で最大に 〜いぶき（GOSAT）による2024年の観測速報〜」
https://www.nies.go.jp/pr/news-and-updates/2025/20250206/20250206-2.html

注釈2：陸域生態系は生物の呼吸や分解によってCO₂を放出し、光合成によってCO₂を吸収していますが、その量は場所や季節によって様々に変化しています。しかし、地球全体で、長期にわたって平均的にみれば、陸域生態系はCO₂を吸収しており、化石燃料からのCO₂放出による大気CO₂濃度の増加を軽減していると考えられています。

注釈3：GOSATデータは以下のウェブサイトで公開されています。
https://data2.gosat.nies.go.jp/

注釈4：スーパーコンピュータ「京」の後継機として理化学研究所が設置し、2021年3月から共用を開始した計算機。スーパーコンピュータの主要な世界ランキングの一つであるGraph500で11期（～2025年6月）連続1位を獲得し、以降も世界トップレベルの性能を有しています。

注釈5：CO₂フラックスの2023—2024年の間の平均値から2010—2024年の平均値を差し引いた値は、熱帯、北半球中高緯度でそれぞれ11.1億トン/年、4.2億トン/年（炭素換算）であり、2023-2024年の2年間に陸域生態系の正味吸収量の減少によって大気中に”余分に”残ったCO₂の量はこれらの2倍の量となります。

本研究は、環境省・（独）環境再生保全機構の環境研究総合推進費（JPMEERF24S12200）により実施した。また、本研究の数値計算は、HPCI システム利用研究課題(課題番号：hp250024 , hp260016)を通じて、スーパーコンピュータ「富岳」の計算資源の提供を受けて実施しました。

【タイトル】
　Drivers of 2023-2024 atmospheric CO₂ growth: role of northern mid-to-high latitude land carbon cycle
【著者】
　Maity, S., Niwa, Y., Saeki, T., Someya, Y., Yoshida, Y.
【掲載誌】Geophysical Research Letters
【URL】http://dx.doi.org/10.1029/2026GL122221（外部サイトに接続します）
【DOI】10.1029/2026GL122221（外部サイトに接続します）

本報道発表の発表者は以下のとおりです。

【研究に関する問合せ】
国立研究開発法人国立環境研究所　地球システム領域
エミッション統合評価推進室 主幹研究員　丹羽 洋介

【報道に関する問合せ】
国立研究開発法人国立環境研究所　企画部広報対話室
kouhou0（末尾に“@nies.go.jp”をつけてください）