2021年の新たな気候データは、地球の現在の状態を示し、来年に向けた懸念を浮き彫りにしている。
たとえば、2021年は海洋熱含量が観測史上最高となり、2020年から2021年にかけて大幅に増加した。
政府や企業が地球への悪影響を減らすため、積極的に取り組むことが不可欠だと、Carbon Briefは記している。
2021年の気候データはほぼ出そろい、海洋、大気、雪氷圏、地表温度のいずれにおいても、また注目すべき一年だったことが明らかになった。
この記事では、Carbon Briefが前年のさまざまなデータセット、注目すべき記録、異常気象を詳しく解説する。
海洋熱含量：海洋熱含量は観測史上最高を記録し、2020年から2021年にかけて大幅に増加した。
地表温度：世界全体の地表温度は観測史上5番目から7番目に高く、世界の陸域では5番目、海洋では7番目の高さだった。
陸域の温暖化：25カ国と、18億人が暮らす地域で、観測史上最も暑い年となった。
異常気象：2021年、世界の陸域では北半球の夏（6月、7月、8月）が観測史上最も暑く、極端な熱波、森林火災、豪雨も発生した。
気候モデルデータとの比較：過去70年間の観測値は、CMIP5気候モデルの予測範囲内に十分収まっている。
大気の温暖化：使用するデータセットによって異なるが、下部対流圏（大気の下層）では観測史上6番目または8番目に暑い年だった。
海面上昇：海面水位は新たな最高記録に達し、過去30年間に顕著な上昇の加速が見られた。
温室効果ガス：CO2、メタン、一酸化二窒素の濃度が過去最高に達した。
海氷域：北極海の海氷は一年の大半で長期平均を大きく下回ったものの、日ごとの記録更新は比較的少なかった。夏季の北極海の海氷面積の最小値は、記録開始以来12番目に小さかった。記録は1970年代後半に始まった。
2022年の見通し：Carbon Briefは、2022年の世界平均気温は2021年と同程度になると予測している。
海洋熱含量が過去最高に
昨年は世界の海洋の熱含量が観測史上最も高い年となった。海洋熱含量（OHC）は1940年代以降、約417ゼタジュール（100京ジュール）増加している。2021年だけで見ても、2020年と比べた熱の増加量、すなわち約14ゼタジュールは、地球上の全人類が2019年に使った総エネルギー（世界の一次エネルギー統計が入手できる最新年）の約23倍に相当する。
人間活動によって排出された温室効果ガスは、大気中に余分な熱を閉じ込める。その一部は地表を温めるが、大部分にあたる約93％は海洋に入る。このうち約3分の2は水深700メートルまでに蓄積し、一部は深海にも達する。下図は、1950年から現在までの水深700メートルまで、および水深700～2,000メートルの海洋熱含量の年間推定値を示している。
世界の年間海洋熱含量（ゼタジュール。100京ジュール、または10^21ジュール）を、水深0～700メートルと700～2,000メートルの層について示す。データ出典：Cheng et al 2021。Carbon BriefがHighchartsを用いて作成したグラフ。
多くの点で、OHCは世界平均地表温度よりも気候変動をよく表す指標だ。余分な熱の大部分が蓄積する場所であり、地表温度より年ごとの変動がはるかに小さい。
温暖化の量や速度の変化は、地表よりもOHCの記録からはるかに捉えやすい。たとえばOHCは、2000年代半ばに大きな注目を集めた地表温暖化の小幅な鈍化について、ほとんど証拠を示していない。また、1991年以降の明確な加速も示しており、これはここ数十年の温室効果ガス排出速度の上昇と一致する。
1991年以降、ほぼ毎年OHCの記録が更新されており、大気中の温室効果ガス濃度の上昇とともに、地球システムに熱が蓄積し続けていることが分かる。
地表温度は観測史上5番目から7番目の高さ
2021年の世界平均地表温度は、1800年代半ばに記録が始まって以来、最も高い水準の一つだった。NASA、NOAA、Berkeley Earthのデータでは観測史上6番目に暑く、Copernicus ERA5のデータでは5番目に暑かった。データ報告上の問題により、ハドレーセンター／UEAのHadCRUT5記録の公表は遅れているが、2021年も同様の順位になると見られる。
いずれの記録も2015年および2018年と実質的に僅差であり、測定の不確実性の範囲内で、2021年は観測史上5番目から7番目に暑い年となる。
世界の地表温度の記録は1850年までさかのぼって算出できるが、データがより豊富な1880年から記録を開始する機関もある。1850年以前については一部地域の記録が存在するものの、十分な地域を網羅しておらず、妥当な精度で世界の気温を算出することはできない。これらの記録は、海洋の海面水温についての船舶およびブイによる観測値と、陸上の気象観測所で測定された地表付近の気温を組み合わせて作成される（例外はCopernicus ERA5で、気象モデルに基づく再解析を利用している）。
下のグラフは1850年以降の世界の気温記録を示す。産業革命前の時期からの温暖化を際立たせるため、気温は1880～1899年を基準に示している。
1850～2021年の世界平均地表温度（年ごと）。データ出典：NASA GISTEMP、NOAA GlobalTemp、Hadley/UEA HadCRUT5、Berkeley Earth、およびCopernicus ERA5（再解析記録が1979年に始まるため、1979～2021年の気温を使用。産業革命前からの変化を推定するため、データセットは1981～2010年についてHadCRUT5に合わせて基準化）。すべての気温変化は、産業革命前の1880～1899年を基準として示す。Carbon BriefがHighchartsを用いて作成したグラフ。
2021年の気温は、採用する気温記録により、19世紀後半（1880～1900年）より1.1～1.2℃高かった。異なるデータセットを見ると、世界の気温が産業革命前の水準を1℃以上上回った年は、昨年で7～10年連続となった。
下図は、温室効果ガス濃度が大気中で急速に上昇してきた1970年以降の地表温度を示す。2021年は過去2年ほど暑くはなかったものの、データに見られる長期的な温暖化傾向とよく一致している。
最初の図と同じだが、1970～2021年のデータを用い、記録間の最近の一致を際立たせるため、1981～2010年を基準期間としている。Carbon BriefがHighchartsを用いて作成したグラフ。
記録上、過去7年間はそれ以前のどの時期よりもかなり暑く、際立っている。このことは、下図のBerkeley Earthのデータからも分かる。色付きの曲線はそれぞれ、その年の年間平均気温を表す。曲線が右にあるほど、その年は暑かったことを示す。
各年の曲線の幅は、年間気温値の不確実性を表している（測定手法の変更や、地域によって観測地点の数に差があることなどが要因）。
Berkeley Earthのデータによる、産業革命前との比較で示した各年の世界平均地表温度と、それぞれの不確実性（曲線の幅）。出典：Berkeley Earth。ここでは1850～1900年の気温を基準として温暖化を示している点に留意。図の作成：ロバート・ローデ博士。
気温記録の年ごとの変動の大半は、エルニーニョ現象とラニーニャ現象の影響によるもので、気候を短期的に温めたり冷やしたりする。その他の低下は、大規模な火山噴火に関連している。気候の長期的な温暖化は、人間活動によって排出された大気中のCO2やその他の温室効果ガスの増加による。
昨年の気温は、年初の小規模なラニーニャ現象によりやや低く抑えられた。この現象は年の最後の数カ月に再び発生し、珍しい「二段階」のラニーニャ現象となった。しかし、太平洋のラニーニャ状態が世界の気温に最大の影響を与えるまでには数カ月の遅れがあるため、2021年末のラニーニャ状態は2022年により大きな影響を及ぼすと見込まれる。
エルニーニョ現象とラニーニャ現象が地表温度の記録に与える影響を評価するため、Carbon Briefはこれらの現象がなかった場合の気温を推定した。下図は、エルニーニョの影響を除いた推定気温を示す（手法の詳細は記事末尾の方法の節を参照）。Copernicusの記録は1979年以前のデータがないため、図には含めていない。
FosterとRahmstorfの手法（2011年）を用いてエルニーニョ現象とラニーニャ現象（ENSO）の影響を除いた、世界平均地表温度（年ごと）。Carbon BriefがHighchartsを用いて作成したグラフ。
エルニーニョ現象とラニーニャ現象の影響を気温記録から除くと、すべての気温データセットで、観測史上最も暑い年は2016年ではなく2020年となる。2016年は大規模なエルニーニョ現象の影響で気温が高かったためだ。また、2015～2021年の年ごとの気温差は全般に小さくなるが、2021年は依然として観測史上6番目に暑い年である。
2021年初頭のラニーニャ現象による冷却効果を除くと、2021年の気温は約0.07℃わずかに上昇する。エルニーニョの影響を除くと、1982年や1991年のような大規模な火山噴火の影響も、気温記録からはるかに見分けやすくなる。
陸域ではるかに速い温暖化
気候変動の重要な指標として世界の地表温度に注目することは大切だが、地球上で変化の速度が大きく異なることが見えにくくなる場合がある。
たとえば、地球の表面の大半は海洋に覆われている一方、人々の居住地や活動のほぼすべては陸上にある。1970年以降、陸域は海洋より約70％速く、世界平均より約40％速く温暖化している。
下図はBerkeley Earthの気温データセットを、陸域のみ（赤）と海洋のみ（青）の気温に分けて示している。
産業革命前の1850～1900年以降の陸域と海洋の気温上昇。データ出典：Berkeley Earth。図の作成：ロバート・ローデ博士。
Berkeley Earthのデータセットによると、世界全体では産業革命前の期間（1850～1900年）以降、約1.3C温暖化している一方、陸地では平均1.8Cと、はるかに大きく温暖化しています。これに対し、海洋の温暖化はより緩やかで、産業革命前以降、約0.8Cです。（Carbon Briefによる、陸地と海洋で温暖化の速度が異なる理由についての寄稿記事を参照。）
陸地と海洋の地域ごとでも、温暖化の速度は異なります。2021年の高温は世界の広い地域に及び、特にカナダ北東部、中国、北朝鮮と韓国、中東、北アフリカで、平年を大きく上回る気温が観測されました。下図はBerkeley Earthによるもので、世界各地の年間平均気温を1951～80年と比較して示しています。
2021年の地表気温偏差（出典：Berkeley Earth）。Berkeleyは偏差の算出に1951～80年を基準期間としている。
極端な気象が相次いだ一年
2021年は、観測史上最も暖かい年の上位7年の一つだっただけでなく、世界各地で多くの極端な気候現象が発生しました。記録的な極端な高温現象、豪雨と洪水、壊滅的な山火事、暴風雨、干ばつなどがありました。
2021年には、18億人が暮らす地域で観測史上最も暖かい年となり、中国、韓国、バングラデシュ、ナイジェリアなど25か国で年間気温の過去最高記録が更新されました。同じくBerkeley Earthによる下図は、2021年に高温または低温の記録が更新された世界の地域を示しています。
地球の広い地域で新たな高温記録が更新された一方、年間平均気温が観測史上最低水準の一つとなった場所は地球上にありませんでした。
2021年の年間平均気温が観測史上最も高い5位以内（赤）または最も低い5位以内（青）に入った世界の地域。図の出典：Berkeley Earth。
特に中国では2021年に異例の高温となり、年間平均気温が産業革命前の水準を2C以上上回ったのは初めてでした。
北半球の夏（6月、7月、8月）は特に暑く、この年、世界の陸地では観測史上最も暑い夏となりました。下図はBerkeley Earthのデータセットに基づく、1850年から2021年までの夏季気温を示しています。赤い点はそれぞれ、3か月間の平均気温を表します。
Berkeley Earthによる北半球の夏（6月、7月、8月）の陸地平均地表気温（出典：Berkeley Earth）。偏差は1850～1900年を基準に表示。Carbon BriefがHighchartsを使用して作成したグラフ。
2021年には、際立って異例といえる極端な現象がいくつかありました。特に、夏の熱波が6月下旬に北米北西部を襲い、カナダでは気温が49.6C（121F）に達しました。これは、1937年に記録された従来の最高気温45C（113F）を大幅に更新するものでした。この記録が観測された町は、翌日、山火事で大部分が破壊されました。
イベント・アトリビューション研究を行ったWorld Weather Attributionチームは、この熱波は人為的な地球温暖化がなければ「ほぼ起こり得なかった」と結論づけました。産業革命前の気候では、この現象は15万年に一度しか発生しないと予想されます。研究者らによると、これまでの気候変動によって発生確率は150倍になりましたが、それでも約1,000年に一度の比較的まれな現象である可能性が高いとされています。
しかし、産業革命前と比べて今世紀末までに2C温暖化するシナリオ（つまり、現在の水準から0.8C温暖化する場合）では、このような極端な熱波がこの地域で「およそ5～10年ごとに発生する」ことになります。
著者らは、次のように警告しています。温暖化する世界では、この種の極端な現象の頻度を、発生確率が150倍になったという研究結果でさえ過小評価しているおそれがあります。著者らは、「地球全体の温暖化がわずかに進んだだけで、これまで観測されてきた以上の速さで極端な高温が増加するという非線形のしきい値が存在する可能性」を指摘しました。
昨年は、ハリケーン、サイクロン、温帯低気圧が50件以上発生しました。ナイジェリア、ガーナ、インド、トルコ、ドイツ、ベルギー、オランダ、中国では洪水により命が失われました。また、シベリア、パキスタン、インド北部、中東の一部、北アフリカ、欧州では極端な熱波が起こり、米国西部、地中海地域、イスラエルでは壊滅的な山火事が発生しました。
夏の極端な気象現象に関するCarbon Briefの寄稿記事に掲載された下図は、2021年に発生したさまざまな極端な気候現象の場所を示しています。
2021年の北半球の夏に発生した極端な気候現象の場所と種類。図の出典：Carbon Briefの寄稿記事（クロエ・ブリミコム氏ほか）。
観測気温は気候モデルの予測に近い
気候モデルは、将来の排出量、温室効果ガス濃度、その他の気候に影響を及ぼす要因について異なる仮定を置き、物理法則に基づいて将来の温暖化を推定します。
ここではCarbon Briefが、気候モデルの一群であるCMIP5を取り上げます。これは、2013年の第5次評価報告書（AR5）で使用された、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）のモデルです。CMIP5では、2005年以前の気温推定値は、既知の過去の気候要因を用いた「再現計算」であり、2005年以降の気温予測は、将来の変化を推定した「予測」です。
下図は、1950年以降のCMIP5各モデルによる予測の幅と、標準的な中間シナリオであるRCP4.5排出シナリオの下での2100年までの将来予測を示しています。黒線は38種類のモデルの平均、灰色の領域はモデル予測の95％（2シグマ）範囲です。観測気温を気候モデルのデータに重ねて示しており、個々の観測記録は色付きの線で表されています。
CMIP5モデルと観測による1950～2100年の年間世界平均地表気温。観測値は2021年まで。モデルでは2005年以降にを使用しています。海洋の海面水温と陸地の地上気温を含み、観測値での測定方法とRCP4.5シナリオを合わせています。偏差は1981～2010年を基準に表示。Carbon BriefがHighchartsを使用して作成したグラフ。
過去70年間の観測値は、CMIP5気候モデルの予測範囲に十分収まっています。2021年の気温はモデル平均にかなり近い値です。ここに示す気候モデルの出力は、観測による気候記録と同じ方法で、陸地の地上気温と海洋の海面水温を組み合わせています。これにより、両者をより正確に比較できます。
最新世代のモデルであるCMIP6は、この気候の現状に関する報告書では観測値との比較対象としていません。IPCCの最新の報告書である第6次評価報告書（AR6）では、モデル群の使い方が変更されました。従来のIPCC報告書のように全モデルの平均（およびその範囲）を単純に算出するのではなく、過去の観測値とよく一致するモデルを重み付けして選ぶ方式を採用しました。これは、最新のIPCC報告書で気候感度の推定範囲が狭まったことも反映しています。その結果、新しいモデルの一部は「非常に可能性が高い」とされる感度の範囲から外れています。
IPCC第6次評価報告書では、新たな将来の「評価された温暖化」予測が示されましたが、その起点は2015年です。そのため、これほど短い期間について観測値と比較しても、得られる情報は限られます。
大気の温暖化
世界の陸地と海洋の地表観測に加え、衛星搭載のマイクロ波サウンディング装置は、1979年以降、大気のさまざまな層の気温を推定してきました。
推定対象となる最下層の下部対流圏は、地表から数キロ上空の気温を反映し、おおむね地表気温の変化に対応します。Remote Sensing Systems（RSS）が作成した記録では、2021年は下部対流圏で観測史上6番目に暖かい年です。一方、アラバマ大学ハンツビル校（UAH）の記録では8番目に暖かい年でした。下図は、下部対流圏（TLT）の2つの記録を示し、RSSを赤、UAHを青で表しています。
下部対流圏の気温は、地表や衛星の観測記録よりもエルニーニョ現象やラニーニャ現象の影響を強く受ける傾向があります。そのため、これらの現象の際には、観測記録により大きな温暖化または寒冷化の変動が現れます。例えば、1998年は衛星観測では最も暖かい年の一つですが、地表観測ではそうなっていません。
下部対流圏の2つの気温記録は、2000年代初頭以降、大きく異なっています。RSSが示す全体的な温暖化速度は地表気温の記録とかなり似ていますが、UAHでは近年、地表で観測された速度よりも大幅に遅い温暖化が示されています。どちらの記録も近年、大幅な調整が行われ、以前の版と比べてRSSでは気温が上方修正され、UAHでは下方修正されました。
下部対流圏の気温記録に加え、RSSとUAHは、地表から約18km上空の上層大気にある下部成層圏の気温も測定しています。下部成層圏は過去数十年にわたって寒冷化しており、これは人為起源の温室効果ガスの明確な痕跡です。温室効果ガスは熱を閉じ込めて大気下層を暖める一方、熱が逃げにくくなることで上層大気を冷やします。太陽放射の変化など、別の要因が気候変動を引き起こしているのであれば、成層圏と対流圏の両方が温暖化するはずです。
下図は、1979年から2021年までの下部成層圏気温（TLS）の記録を示しています。RSSは赤、UAHは青です。
海面上昇の加速
現代の海面は過去最高水準に達しています。これは、複数の要因が重なった結果です。陸氷（氷河や氷床など）の融解、水温上昇に伴う水の熱膨張、そして陸水貯留量の変化が要因です。近年は、氷床や氷河の融解が海面上昇に及ぼす影響が大きくなっており、気温上昇によってグリーンランドと南極の氷床の損失が加速しています。
1990年代初頭以降、衛星の高度計データを用いて世界の海面上昇が推定されています。それ以前の世界の海面水位は、世界各地の潮位計測網のデータから復元されてきました。これにより研究者は、海面が1800年代後半以降どのように変化してきたかを推定できます。
下図は、海面上昇に関する7種類のデータセット（色付きの線）と、1993年以降のNASA衛星による高度計測値を、コロラド大学の評価に基づいて（黒線）示しています。（海面上昇のデータはまだ通年分が公表されていないため、2021年の値は7月までのデータに基づく推定です。）
1900年以降、海面は約0.2メートル（200mm）上昇しました。近年の海面上昇の推定値はおおむね一致していますが、1980年以前には大きな差が見られます。また、高精度の衛星高度計データが利用できる1993年以降の期間では、海面上昇が加速している証拠もあります。（気候変動によって海面上昇が加速している仕組みについては、Carbon Briefの解説記事を参照してください。）
海面上昇の一部は、陸上の氷河の融解によるものです。科学者は、さまざまなリモートセンシング技術に加え、地球の重力場を測定するGRACEのデータを用いて、世界各地の氷河の質量を測定しています。氷河に降る雪と、融解や氷の分離（「カービング」――氷山の分離によって、氷河が長期的に拡大するか縮小するかが決まります。
「世界氷河監視機関という国際コンソーシアムは、世界19地域の164の氷河を追跡しています。下図は、1950年から2020年末までの世界の氷河質量の平均変化を示しています（2021年の値はまだ公表されていません）。氷河の融解量は、「水当量メートル」で報告されます。これは、平均してどれだけの質量が失われたかを示す指標です。
大気中の温室効果ガス濃度が過去最高を更新
化石燃料の使用、土地利用、農業による人為的排出を背景に、2021年の温室効果ガス濃度は過去最高を更新しました。
温室効果ガスのうち、CO2、メタン（CH4）、亜酸化窒素（N2O）の3つが、人間活動によって閉じ込められる余分な熱の大部分を占めています。なかでもCO2の影響が圧倒的に大きく、1750年以降の「放射強制力」の増加のおよそ50％を占めます。
メタンは29％、亜酸化窒素は約5％を占めます。残る16％は、一酸化炭素、ブラックカーボン、ハロカーボン（CFCなど）を含むその他の要因によるものです。
温室効果ガスの人為的排出により、大気中のCO2、メタン、亜酸化窒素の濃度は、少なくとも数百万年ぶりの高水準に達しています。これより長い可能性もあります。
下図は、これらの温室効果ガスの濃度を示しています。CO2（青線）は百万分率（ppm）、メタン（オレンジ線）と亜酸化窒素（赤線）は10億分率（ppb）で、1980年代初頭から、CO2は2021年10月まで、CH4とN2Oは2021年9月まで（現時点で入手可能な最新データ）を示しています。
とりわけメタン濃度は、2000年代に横ばいとなった後、過去10年間で急上昇しました。この背景には、農業と化石燃料の双方からの排出増加が、おおむね同程度の割合であるとみられます。これまでのところ、永久凍土の融解が大気中濃度に意味のある寄与をしている証拠は限られていると、2020年版世界メタン収支は述べています。ただし、将来はより大きな発生源になる可能性があります。
北極海の海氷面積、観測史上12番目の小ささ
2021年の大半、北極海の海氷面積は歴史的な範囲（1979～2010年）の下限近くで推移しましたが、2月と7月の短期間を除き、日別の過去最低記録を新たに更新することはほとんどありませんでした。夏季の最小面積――その年に記録された最低水準――は、1970年代後半に記録が始まって以来、12番目に小さいものでした。
南極海の海氷面積は年の前半は平年並みでしたが、10月以降は歴史的な範囲の下限近くまで減少しました。（ここ数十年の南極海の海氷面積の変化については、昨年カーボン・ブリーフが掲載したゲスト投稿をご覧ください。）
下図は、年間各日の北極海（赤線）と南極海（青線）の海氷面積、およびそれぞれの歴史的範囲との比較（対応する色の帯）を示しています。
2022年の見通し
2021年後半に「二重底」のラニーニャ現象が発生し、ラニーニャの状態は続くと予想されています。少なくとも2022年の最初の3か月間は続く見込みです。熱帯太平洋でエルニーニョまたはラニーニャの状態がピークを迎えてから世界の気温に影響が及ぶまでには、数か月の遅れがあるため、こうしたラニーニャの状態は2022年の気温を押し下げる可能性が高いでしょう。
現時点で、2022年の気温見通しについてはすでに3つの予測が発表されています。英国気象庁、NASAのギャビン・シュミット博士、そしてバークレー・アースによる予測です。
カーボン・ブリーフは今回初めて、2022年の気温を独自に予測しました。前年（2021年）の気温、過去3か月の気温、過去6か月のエルニーニョ／ラニーニャの状態、および今後6か月のエルニーニョ／ラニーニャの状態の予測を用いたモデルに基づいています。
2022年の気温見通しに関する4つの予測には、顕著な違いがあります。英国気象庁とカーボン・ブリーフの新たな推計では、2022年は2021年とほぼ同程度で、観測史上の最も暑い年の上位2位に入る可能性は極めて低いとされています。バークレー・アースは、2022年はやや暖かく、観測史上4番目に暑かった2017年に近いと予測しています。一方、シュミットは、2022年が2016年および2020年と並び、観測史上最も暑い年になる可能性があると予測しています。
下図は、NASAのGISTEMP気温記録と比較した、2022年の4つの予測を示しています。NASAのデータセットにおける2001～2020年の期間を基準に、2022年の気温上昇を示すよう「基準化」しています。これは、気温記録の初期の期間にデータセット間の差異があるために生じる予測の違いを取り除くためです。
2022年が最終的にどうなるかを確実に予測するには時期尚早ですが、2021年または2020年と同程度の年になっても、特に異例ではありません。
気候にとって重要なのは、個々の年の順位ではありません。重要なのは、世界の気温が長期的に上昇していることです。この傾向は、温室効果ガスの人為的排出によって引き起こされています。世界が排出量をネットゼロまで削減するまで、地球は温暖化を続けます。
