放射エネルギーは、地球を照らす太陽光から地球システムに入ります。このエネルギーの一部は、地球の表面や大気から反射して宇宙に戻ります。残りは吸収されて地球を加熱し、晴れた日に黒いアスファルトが加熱されて熱を放射するのと同じように、熱放射エネルギーとして放出されます。最終的に、このエネルギーも宇宙へ向かいますが、その一部は大気中の雲や温室効果ガスによって再吸収されます。吸収されたエネルギーは地球に放出されることもあり、そこでさらに地表が加熱されます。
温室効果ガスなどの放射線を吸収する成分をさらに追加したり、エアロゾルなど放射線を反射する成分を除去したりすると、地球のエネルギーバランスが崩れ、より多くのエネルギーが宇宙に逃げる代わりに地球に吸収されるようになります。これは放射強制力と呼ばれ、人間の活動が気候に影響を与える主な方法です。
気候モデリングは、人間の活動が温室効果ガスとエアロゾルの放出を引き起こし、地球のエネルギーバランスに影響を与えていると予測しています。今回、NASA の研究により、これらの予測が直接観測によって初めて裏付けられました。人間の活動によって放射強制力が増大し、地球のエネルギーバランスに影響を及ぼし、最終的には気候変動を引き起こしているのです。この論文は、2021 年 3 月 25 日にオンライン誌「Geophysical Research Letters」に掲載されました。
NASA の雲と地球の放射エネルギー システム (CERES) プロジェクトでは、地球の大気の上部での放射線の流れを研究しています。一連の CERES 計測器は 1997 年以来衛星で継続的に飛行しています。それぞれの計測器はどれだけのエネルギーが地球系に流入し、どれだけ地球系から出ていくかを測定し、放射線の全体的な純変化を提供します。このデータを海洋熱測定などの他のデータソースと組み合わせると、地球上にエネルギーの不均衡があることがわかります。
この研究では、新しい技術を使用して、総エネルギー変化のうちどれだけが人間によって引き起こされているかを分析しました。研究者らは、水蒸気、雲、気温、表面アルベド（本質的には地球表面の明るさまたは反射率）などの自然に発生する要因の変動によって不均衡がどの程度引き起こされるかを計算した。研究者らは、これらの自然要因のそれぞれによって引き起こされるエネルギー変化を計算し、その値を合計から差し引きました。残りの部分は放射強制力です。
研究チームは、人間の活動により、2003 年から 2018 年にかけて地球上の放射強制力が 1 平方メートルあたり約 0.5 ワット増加したことを発見しました。この増加は主に、発電、輸送、工業生産などからの温室効果ガス排出によるものです。反射エアロゾルの減少も不均衡の一因となっています。
この新しい手法は、以前のモデルベースの手法よりも計算が高速であり、研究者はほぼリアルタイムで放射強制力を監視できます。この方法は、人間の排出物が気候にどのような影響を与えているかを追跡し、さまざまな緩和努力がどの程度うまく機能しているかを監視し、将来の気候の変化を予測するためのモデルを評価するために使用できます。
