大気 CO₂ 放射強制 — 気候変動 IPCC

産業革命前から現代までの CO₂・CH₄・N₂O 濃度の変化から放射強制 (W/m²) を算出し、気候感度 ECS と SSP シナリオを組み合わせて平衡時の気温上昇・2100 年の海面上昇・残余カーボンバジェットをリアルタイムに可視化する気候シミュレーターです。IPCC AR6 の式に準拠しています。

パラメータ設定

現在の CO₂ 濃度

ppm

2024 年の実測値は約 420 ppm。倍増 (560 ppm) は気候感度の基準

産業革命前 CO₂ 濃度

ppm

IPCC では C0=278 ppm が標準的。本ツールは 280 ppm をデフォルト

SSP シナリオ

将来排出経路。2100 年の昇温目安が変わる

気候感度 ECS

CO₂ 倍増に対する平衡時の昇温 (K)

CH₄ 濃度

ppb

産業革命前は約 722 ppb、2024 年は約 1900 ppb

N₂O 濃度

ppb

産業革命前 270 ppb から肥料・燃焼で増加

雲量

表示用パラメータ (アニメーションの雲密度)

計算結果

—

CO₂ 放射強制 (W/m²)

—

CH₄ 放射強制 (W/m²)

—

N₂O 放射強制 (W/m²)

—

全 RF (W/m²)

—

平衡時昇温 (K)

—

2100 海面上昇 (cm)

—

大気・温室効果ガス・再放射の概念図

太陽からの短波放射が地表に届き、地表からの長波放射の一部が CO₂・CH₄・N₂O によって大気中に吸収・再放射されます。色は CO₂ 濃度に応じた温室効果の強さを示します。

平衡時昇温 vs CO₂ 濃度

GHG 寄与度 — 各温室効果ガスの RF 内訳

理論・主要公式

$$\mathrm{RF}_{CO_2} = 5.35\,\ln\!\left(\frac{C}{C_0}\right), \qquad \mathrm{RF}_{CH_4} = 0.036\,(\sqrt{M}-\sqrt{M_0})$$

CO₂・CH₄ の放射強制 (W/m²)。C, M は現在濃度、C0=280 ppm, M0=722 ppb は産業革命前基準。

$$\Delta T_{eq} = \mathrm{RF}_{total}\cdot\frac{\mathrm{ECS}}{F_{2\times CO_2}}, \qquad F_{2\times CO_2} = 5.35\,\ln 2 \approx 3.71\ \mathrm{W/m^2}$$

平衡気候感度 ECS から、全 RF に対する平衡時の昇温 ΔT_eq を求める。

$$E_{cum} = (C - C_0)\cdot 2.124\ \mathrm{Gt\,C/ppm}\cdot 3.67\ \mathrm{GtCO_2/GtC}$$

大気中濃度差から推定される累積 CO₂ 排出量 (GtCO₂)。残余カーボンバジェットは 2 °C 目標の約 1400 GtCO₂ から差し引いて求める。

大気 CO₂ 放射強制 — 気候感度 ECS IPCC AR6

🙋

気候変動のニュースでよく「放射強制」って出てきますけど、これって結局なにを測ってる数字なんですか？単位の W/m² だけ見てもピンとこなくて。

🎓

いい質問だね。放射強制 RF は「もし気候システムが応答する前の状態で、大気の上端で計算したら、地球はどのくらい余分にエネルギーを受け取る (あるいは失う) ことになっているか」を W/m² で表した指標なんだ。CO₂ を増やすと地表からの赤外線が宇宙に逃げにくくなるよね。その「逃げ損ねた分」を放射収支の不均衡として書いたのが RF で、IPCC AR6 では CO₂ について RF = 5.35·ln(C/C0) という式を使う。デフォルトの 420 ppm を入れると約 2.17 W/m²、これは地球全体に 1 W の電球を 1 平方メートルあたり 2 個ずつ追加で点けている、と思えばいい。

🙋

じゃあ右下の「気候感度 ECS」を 2K と 4.5K で切り替えると、同じ CO₂ 濃度でも昇温が倍以上変わるのはなぜですか？

🎓

気候感度 ECS は「CO₂ 倍増 (約 3.71 W/m²) でいくら昇温するか」を示す数字で、IPCC AR6 では中央値 3 K、likely range が 2.5〜4 K、very likely range が 2.0〜5.0 K と評価されている。なぜ幅があるかというと、雲のフィードバックや水蒸気フィードバックが正なのは確実だけど、その強さがモデルや観測解析で大きく異なるんだ。式に直すと ΔT_eq = RF_total × ECS / F_2xCO₂ で、デフォルト条件だと RF_total ≈ 2.99 W/m²、ECS=3 で λ = 3.0/3.71 ≈ 0.81 だから、平衡昇温は 2.42 K になる。ECS=4.5 なら同じ RF でも 3.6 K まで上がるんだよ。

🙋

SSP シナリオで「SSP2-4.5」と「SSP5-8.5」って書いてある数字って、後ろの 4.5 と 8.5 は何の値なんですか？

🎓

後ろの数字は「2100 年時点での放射強制 (W/m²)」だよ。SSP1-2.6 は 2100 年に約 2.6 W/m² で安定させる低排出シナリオ、SSP5-8.5 は化石燃料依存で 8.5 W/m² まで膨らむ高排出シナリオ。IPCC AR6 によると 2100 年の昇温は SSP1-2.6 で 1.8 °C、SSP2-4.5 で 2.7 °C、SSP3-7.0 で 3.6 °C、SSP5-8.5 で 4.4 °C が中央推定だ。パリ協定の 1.5 °C 目標と整合するのは SSP1-1.9 と SSP1-2.6 だけで、SSP2-4.5 以上はもう超過してしまう。海面上昇はおおむね「昇温 1 °C あたり 25 cm」のスケーリングで効くから、4.4 °C シナリオだと 2100 年に 110 cm 級、東京湾岸の埋立地はかなり真剣な防潮対策が要るレベルになる。

🙋

最後の「残余カーボンバジェット」の数字、420 ppm でデフォルトだと 309 GtCO₂ ですよね。これ少なくないですか？世界の年間排出量って今どれくらいなんでしょう。

🎓

世界の化石燃料起源 CO₂ 排出量は 2023 年で約 37 GtCO₂、土地利用変化を入れると 40 GtCO₂/年。本ツールの 1400 GtCO₂ は「2 °C 目標 (50% 確率)」のバジェットで、ここから現状の累積 1091 GtCO₂ を引いて残りが 309 GtCO₂。年 40 GtCO₂ ペースだと 7〜8 年で使い切る。1.5 °C 目標 (約 500 GtCO₂ バジェット) で計算すると、すでに 591 GtCO₂ 超過、つまり「すでに使い切っている」ことになる。だから IPCC は「2030 年までに 2019 年比で半減」を求めているんだ。

🙋

CO₂ 倍増 (560 ppm) を試しに入れてみたら昇温 3.71 K と出ました。これって「もう人類は手遅れ」ってこと？

🎓

いや、ここで出る ΔT は「その濃度を維持し続けた場合の平衡値」で、海洋が熱を吸う時定数 (数十〜数百年) のせいで、実際の昇温は時間遅れを伴って徐々に近づく。だから「もし 560 ppm のまま放置すると最終的に 3.7 °C 上がる」が、その途中で大規模 CO₂ 除去 (DAC、植林、海洋アルカリ化等) を導入できれば下げ戻すことも理論上は可能。ただしティッピングポイント (アマゾン枯死、グリーンランド氷床、永久凍土メタン) を超えると不可逆になる領域があるので、「使える時間は思っているより短い」というのが正しい姿勢だね。

よくある質問

放射強制 RF は、温室効果ガス濃度などが変化したときに大気上端 (TOA) で生じる正味の放射収支の変化を W/m² で表したものです。CO₂ については IPCC AR5/AR6 の式 RF = 5.35·ln(C/C0) が広く使われ、産業革命前の C0=280 ppm を基準とします。現在 (約 420 ppm) では RF_CO₂ ≈ 2.17 W/m² で、CH₄・N₂O・エアロゾル等を加えた全 RF は約 2.7〜3.0 W/m² と評価されています。正の RF は地球を温める方向に働きます。

平衡気候感度 ECS は CO₂ 倍増 (約 3.71 W/m²) に対する平衡時の昇温です。IPCC AR6 では最良推定 3 °C、可能性が非常に高い範囲 2.0〜5.0 °C と評価されています。同じ全 RF=3 W/m² でも、ECS=2K なら平衡昇温は約 1.6 °C、ECS=3K なら約 2.4 °C、ECS=4.5K なら約 3.6 °C と大きく開きます。ECS の不確実性が将来予測の最大の幅を作る要因のひとつです。

SSP (Shared Socioeconomic Pathways) は社会経済の前提と気候政策を組み合わせた将来シナリオで、2100 年の昇温目安は SSP1-2.6 が約 1.8 °C、SSP2-4.5 が 2.7 °C、SSP3-7.0 が 3.6 °C、SSP5-8.5 が 4.4 °C です。パリ協定の 1.5 °C 目標に整合するのは SSP1-1.9 (本ツールでは未収録) と SSP1-2.6 のみで、SSP2-4.5 以上はそれを大幅に超えます。

残余カーボンバジェットは、ある気温目標 (例: 1.5 °C) に達するまでに人類が追加で排出できる累積 CO₂ 量を GtCO₂ で表したものです。IPCC AR6 では 1.5 °C 目標 (50% 確率) に対し約 500 GtCO₂、2.0 °C で約 1,400 GtCO₂ とされています。現在の世界排出量は約 40 GtCO₂/年なので、1.5 °C バジェットは 10〜12 年程度で使い切る計算になります。本ツールでは 2.0 °C 相当の 1,400 GtCO₂ から、産業革命前との濃度差から推定した累積排出を差し引いた残量を表示します。

実世界での応用

気候政策・NDC (国別貢献) の評価：各国がパリ協定で提出する NDC を、放射強制と昇温の式に落とし込んで「もし全世界がこの NDC を守ったら 2100 年の昇温は何度か」を評価する Climate Action Tracker のような分析に直結します。本ツールでも SSP シナリオを切り替えると、政策強度と昇温の関係を直感的に体感できます。

炭素価格・カーボンクレジット設計：残余カーボンバジェットを年あたりに割り戻すと、1 トン CO₂ の社会的費用 (SCC: Social Cost of Carbon) が試算できます。米 EPA は 2023 年に SCC を 190 USD/tCO₂ に引き上げました。バジェットが厳しいほど SCC が上がり、それが炭素税やキャップ＆トレードの設計根拠になります。

港湾・沿岸インフラ設計：海面上昇は構造物の設計寿命 (50〜100 年) と直接競合します。本ツールの「2100 年海面上昇」(SSP2-4.5 で約 68 cm) を初期想定として、護岸高さ・防潮堤・地下インフラの浸水リスクを定量化します。東京湾岸の埋立地、ニューヨーク地下鉄、オランダ低地帯の堤防は、すでにこの水準で再設計が始まっています。

農業・水資源管理：2 °C 超の昇温は熱帯・亜熱帯での主要穀物 (小麦・トウモロコシ) の収量を 10〜25% 低下させると IPCC AR6 が報告しています。本ツールで ECS と SSP を切り替えると、農作物適地の移動 (例: 北海道のコメ生産北上)、灌漑水量の追加需要、家畜の暑熱ストレスといった「気候の不確実性」を地域計画にどう織り込むかの議論の出発点になります。

よくある誤解と注意点

第一の誤解は、「RF の対数式に従うから、CO₂ 濃度が増えても飽和して影響が頭打ちになる」というもの。確かに RF = 5.35·ln(C/C0) は対数なので、追加 1 ppm あたりの RF は徐々に小さくなります。しかし「ゼロに収束する」のではなく、現在のレートで dRF/dC = 5.35/C ≈ 0.013 W/m²/ppm であり、年 2.4 ppm の増加だと年 0.031 W/m² の追加 RF が積み上がります。10 年で 0.31 W/m² 増、これは平衡昇温で 0.25 K に相当します。対数だから無視していい、というのは桁を取り違えた誤解です。

第二の誤解は、「ΔT_eq = 2.4 K と出たなら、現時点で 2.4 K 昇温しているはず」という解釈。本ツールが計算する ΔT_eq は「現在の濃度を永久に固定し続けた場合の平衡値」です。実際には海洋が大きな熱容量を持ち、表層〜深層への熱輸送の時定数が 40〜200 年ほどあるため、現時点の観測昇温 (約 1.2 °C, 2023 年) は平衡値の半分強にとどまっています。「すでに 1.2 °C 上がった」のではなく「平衡値 2.4 K に向かって途中まで上がっている」というのが正しい認識で、CO₂ 排出を今止めても残りの 1 °C 強は遅れて到来します (committed warming)。

第三の誤解は、「CO₂ さえ減らせば気候は安定する」という単純化。本ツールでも CH₄ (寄与約 0.60 W/m²) と N₂O (約 0.22 W/m²) が無視できない大きさで効きます。特に CH₄ は大気寿命が約 12 年と短いため、削減すれば 20 年以内に効果が出る「速効性の手」として注目されています (Global Methane Pledge: 2030 年までに 30% 削減)。一方でエアロゾル (硫酸塩・有機エアロゾル) は冷却効果 (約 −0.9 W/m²) を持ち、これを大気汚染対策で減らすと「マスクが剥がれて」昇温が加速する側面もあります。CO₂・短寿命汚染物質・エアロゾルを総合的に管理する設計が必要です。

大気 CO₂ 放射強制 — 気候変動 IPCC

大気 CO₂ 放射強制 — 気候感度 ECS IPCC AR6

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