新型コロナウイルス感染症のパンデミックによって2020年が特徴づけられたのかもしれませんが、この年は世界の気候にとっても壊滅的な一年でもありました。
2016年と並び、2020年は観測史上最も暖かい年であることが確認されました。
しかし、それは一年を通じて地球で打ち立てられた数多くの記録のひとつにすぎません。Carbon Briefが説明しています。
公式の気候データがすべて出そろった現在、2020年の世界の地表温度は、観測史上最も暖かい年として2016年と事実上並んだことが確認されています。
本記事では、Carbon Briefが、この年がなぜ地球の海洋、大気、雪氷圏、地表にわたって非常に顕著だったのかを解説します。
昨年は地球の気候について数多くの記録を打ち立てました：
観測史上最高の地表温度：使用するデータセットによって異なるものの、地表温度については観測史上最も暖かい年、または2番目に暖かい年であり、本記事で検討したすべての地表温度記録において、測定の不確実性の範囲内で2016年と事実上並んでいました。
これがさらに注目に値するのは、2020年後半には穏やかなラニーニャ現象による自然な冷却効果が見られたためです。観測史上最高の海洋熱含量：海洋熱含量については観測史上最も暖かい年であり、2019年から2020年にかけて顕著に増加しました。
衛星観測記録における観測史上最高の暖かさ：地球の対流圏 – 大気の下層部分 – では、検討したデータセットに応じて、観測史上最も暖かい年、または2番目に暖かい年でした。
北極の海氷、夏季の最小面積は2番目に低い水準：7月から11月にかけての期間の大部分において、北極の海氷の面積と体積は観測史上最低を記録しました。9月に記録された北極の海氷面積の最小値は観測史上2番目に低いものでした。
海面水位は上昇を続けています：2020年には、世界の海面水位と大気中の温室効果ガス濃度が新たな記録的高水準に達し、同時に世界の氷河は急速な融解を続けました。
観測史上最高の地表温度
2020年の世界の地表温度は例外的に高温でした。NASAのデータでは観測史上最も暖かい年であったことが示されており、一方、NOAA、Berkeley Earth、Copernicus ERA5、そして新たに更新されたHadley Centre/UEAのHadCRUT5記録では2番目に暖かい年とされています。
いずれの場合も、2020年と2016年の平均気温の差は0.03C未満である一方、世界の記録は現在の気温を約0.05C程度の範囲内でしか予測できません。これは、科学者が2020年が2016年より涼しかったと確信を持って言えないことを意味し、両年は観測史上最も暖かい年として並んだものと見るのが最適です。
2016年の気温は最大で数分の1度ほど、過去1世紀で最大級のエルニーニョ現象によって押し上げられていました。一方、2020年は穏やかなラニーニャ現象によって特徴づけられ、この現象は一年後半に自然な冷却効果をもたらした可能性が高いものでした。
ほんの数年前には、ラニーニャ年が観測史上最強のエルニーニョのひとつに匹敵する暖かさを記録しうることは、むしろ注目に値します。これは、人為的な温室効果ガス排出が世界の気温に及ぼしている強力な影響を物語っています。
世界の地表温度の記録は1850年まで遡って算出できますが、一部の機関は、より多くのデータが利用可能になった1880年から記録を開始することを選んでいます。1850年以前には、特定の地域について記録が存在しますが、世界の気温を合理的な精度で算出できるほど広範に及んでいません。これらの記録は船舶・ブイによる観測値を用いた海洋の海面水温と、陸上の気象観測所による地上気温の測定値を組み合わせて作成されています（Copernicus ERA5は例外で、気象モデルに基づく再解析データを使用しています）。
下図は1850年以降の世界の気温記録を示しており、1880～1899年の期間を基準として気温を表示することで、産業革命以前からの温暖化を強調しています。
選択した気温記録に応じて、2020年の気温は19世紀後半（1880年から1900年）の気温より1.2Cから1.3C高くなっていました。これは、ほとんどのデータセットにおいて世界の気温が産業革命以前の水準を1C上回った7年連続の年であり、ほとんどのデータセットにおいて1.2Cを超えた3番目の年でもあります。
過去の年に示したデータの更新として、Carbon BriefのState of the Climateは、現在は新しいHadCRUT5を使用しており（HadCRUT4に代わるもの。詳細は最近のCarbon Briefによる分析でHadCRUT5に関する内容をご覧ください）。Cowtan and Wayの記録は、HadCRUT5と大部分が重複しているため、もはや表示していません。同記録は同じデータと、データ欠損の補完に類似の手法を用いています。（Cowtan and Wayは作成されたもので、HadCRUT4のデータ欠損に対処するためのものです。）
過去1世紀に見られた地球温暖化は、いかなる補正も基礎となる気温記録に施されたことによるものではありません。上図には、Carbon Briefが測定手法の変化に伴う補正や修正を一切受けていないデータを用いて算出した「生記録（raw records）」の線（点線で表示）が含まれています。1850～2020年の全期間を通じて、補正済みの気温記録は、実際には生データよりも温暖化が小さく示される傾向にあります。
記録のうち直近の6年は、それ以前のいかなる年よりも明らかに暖かく、際立っています。これは、Berkeley Earthによる下図で確認できます。塗りつぶされた各曲線は、その年の年平均気温を表しています。曲線が右に寄るほど、その年は暖かかったことを意味します。
各年の曲線の幅は、年間気温値の不確実性を反映しています（測定手法の変化や、世界の一部地域では他の地域より観測地点が少ないといった要因によるものです）。
下図は、過去50年間の世界の地表温度記録を拡大して示したものです。このグラフは、より新しい1981～2010年の期間を基準として用い、過去数十年間の温度記録の違いをより明確に示しています。1981～2010年の期間は、使用する記録によって、1880～1900年の産業革命以前の期間より約0.6Cから0.75C高いことに留意してください。
2020年の地表温暖化のパターン
気候変動の主要な指標として世界の地表温度に焦点を当てることは重要ですが、地球全体での大きく異なる変化の速度を見えにくくすることもあります。
例えば、地球表面の大部分は海洋に覆われていますが、人間の居住地や活動のほぼすべては陸地にあります。1970年以降、陸地は海洋より約70%速く、世界平均より40%速く温暖化しています。
下図は、世界平均地表温度を黒、陸域のみの気温をオレンジ、海域のみの気温を青で示しています。本図は、1850～1978年はHadCRUT5のデータ、それ以降はCopernicus/ERA5のデータを組み合わせたものに基づいています。執筆時点では、2020年末まで陸域と海域の気温を別々に算出するために必要なデータを公開していたのはERA5のみだったためです。
このデータセットでは、世界全体は産業革命以前（1850～1899年）から約1.3C温暖化していますが、陸域はそれよりはるかに大きく、平均で1.9C温暖化しています。対照的に、海洋の温暖化は緩やかで、産業革命以前からおよそ1Cにとどまっています。（参照：Carbon Briefの最近の寄稿記事で、陸域と海洋がなぜ異なる速度で温暖化するのかについて解説されています。）
陸域と海洋の各地域も、それぞれ異なる速度で温暖化しています。2020年の高温は世界の広い地域に及び、特に北極、シベリア、ヨーロッパ、中南米、中東、北太平洋、南極海で気温が高くなりました。Berkeley Earthによる下図は、この年の世界各地の年平均気温偏差を示しています。
以下の分析（Berkeley Earthによる）に基づくと、2020年は次の45か国で、計器による観測記録が開始されて以来最も高い年平均気温を記録しました：アンドラ、アンティグア・バーブーダ、アルゼンチン、ベラルーシ、ベルギー、ベリーズ、ボリビア、コロンビア、キューバ、ジブチ、ドミニカ、エストニア、ミクロネシア連邦、フィジー、フィンランド、フランス、ガンビア、グアテマラ、ギニアビサウ、ホンジュラス、ジャマイカ、日本、ラトビア、リトアニア、ルクセンブルク、モルディブ、マーシャル諸島、メキシコ、モルドバ、ナウル、ペルー、コンゴ共和国、ロシア、セントクリストファー・ネーヴィス、セネガル、セーシェル、シエラレオネ、ソロモン諸島、ソマリア、スウェーデン、台湾、ツバル、ウクライナ、バヌアツ、ベネズエラ。
下図もBerkeley Earthによるもので、2020年に暖かい記録または寒い記録が打ち立てられた世界の地域を示しています。地球の広い範囲で新たな高温記録が打ち立てられた一方、年平均気温が観測史上最も低い水準に入った地点は地球上に一つもなかったことは注目に値します。
観測値は気候モデルの予測と密接に一致
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与える要因に関する様々な前提を置いたうえで、将来の温暖化について物理学に基づく推定値を示すものです。
本記事では、Carbon Briefが2つの異なる気候モデル群を検討しています。すなわち、古いモデル群（CMIP5）は2013年の第5次評価報告書（AR5）、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）、および新しいモデル群（CMIP6）は、来たる2021年のIPCC第6次評価報告書に向けて開発されました。
CMIP5では、2005年以前の気温のモデル推定値は既知の過去の気候影響を用いた「ヒンドキャスト（過去再現）」であり、2005年以降に予測された気温は、物事がどのように変化しうるかの推定に基づく「フォーキャスト（予測）」です。一方、CMIP6モデルのヒンドキャストは2014年までを対象としています。
下図は、1850年以降の個々のCMIP5モデルの予測の範囲と、中程度のRCP4.5排出シナリオのもとでの2100年までの将来予測を示しています。黒い線は38の異なるモデルの平均を示し、灰色の領域は95%（2シグマ）の範囲を示しています。観測気温は気候モデルのデータの上に重ねて描かれ、個々の観測記録は色付きの線で表されています。
ここに示す気候モデルの出力はブレンド（融合）されたものです。すなわち、観測気候記録で測定されるのと同じ方法で、陸上の地表気温と海上の海面水温を組み合わせたものです。これにより、より正確な比較が両者の間で可能になります。
過去170年にわたり、観測値はCMIP5気候モデルの予測範囲内に十分収まっています。2020年の気温はモデルの平均値にかなり近いものです。下図は、過去70年間（1950～2020年）の気候モデルと観測値を拡大して示したものです。また、ブレンドされていないモデルの結果（例：世界の地表気温）を示す黒の破線も含まれています。
本稿執筆時点では、CMIP6に参加しているすべてのモデルが結果を報告しているわけではありませんが、観測値との比較を可能にするのに十分な数（33モデル）が、過去の温暖化と将来のRCP4.5における温暖化予測の両方を有していました。下図は、1950～2020年のCMIP6モデルと観測値の両方の分析を示しています。（CMIP6については、ブレンドされたCMIP6のフィールドはまだ作成されていないため、ブレンドされていないモデルの結果のみを示していることに留意してください。）
CMIP6モデルは、過去の期間と将来の両方において、一般にCMIP5よりも大きな温暖化を予測しています。CMIP6では、近年の観測値はモデル平均を明らかに下回っていますが、それでも95%の範囲（灰色の領域）内には十分収まっています。
新しいCMIP6の結果と、それが前世代のCMIP5モデルとどう異なるかについての詳しい議論は、Carbon BriefのCMIP6解説記事をご覧ください。
衛星観測記録における観測史上最高の暖かさ
世界の陸地と海洋における地表観測に加えて、衛星搭載のマイクロ波探査装置は、1979年以来、世界の下部大気の気温の推定値を提供し続けています。
これらの測定は、大きな不確実性の影響を受けやすいものの、2020年も観測史上最も暖かい年を示しており、不確実性の範囲内で2016年と事実上並んでいます。
以下の記録は、Remote Sensing Systems（RSS）では、2020年が観測史上最も暖かい年で、2016年よりわずかに暖かいことが示されており、一方、University of Alabama, Huntsville（UAH）の記録では2番目に暖かい年で、2016年よりわずかに涼しいことが示されています。下図は、RSSを赤、UAHを青で示した2つの記録を表しています。
大気のこの層は、地表や衛星による記録と比べてエルニーニョ現象やラニーニャ現象の影響を強く受けやすく、これらの現象の際には、それに対応してより大きな温暖化または寒冷化のピークが現れます。このため、例えば1998年は衛星記録では最も暖かい年の一つとして現れますが、地表記録では現れません。
対流圏下層の気温記録のうち2つは、2000年代初頭以降に大きな違いを示しています。RSSの温暖化率は地表気温記録とほぼ同じ水準を示す一方、UAHは近年、地表で観測されている温暖化よりもかなり緩やかな温暖化しか示していません。両方の記録とも、大幅な補正を加えてきており、これは各記録の従来版と比べて、RSSを温暖化方向に、UAHを寒冷化方向に修正するものです。
海洋熱含量が記録的な水準に
90%以上は、温室効果ガス濃度の上昇によって閉じ込められた熱の大部分を地球の海洋が吸収しているということです。
地表温度は自然変動により年ごとに多少変動しますが、海洋熱含量はより緩やかに増加し、多くの点でより信頼性の高い指標であり、地球の温暖化を示すものです。ただし、観測の歴史は比較的短い点が特徴です。
中国科学院大気物理研究所（Institute of Atmospheric Physics of the Chinese Academy of Sciences、IAP-CAS）によれば、昨年は1958年に信頼性の高い記録が始まって以来、海洋熱含量が明確に最高を記録しました。IAP-CASは最新の海洋熱含量データベースを管理しています。
下図は、世界の海洋の大部分を占める、深さ0〜700メートル（水色の棒グラフ）と700〜2,000メートル（濃い青）の海域について、各年の海洋熱含量を示しています。海洋の温暖化は1958〜1960年の平均値との比較で示しています。
2020年の海洋熱含量は、次に暖かかった2019年よりも大幅に高くなりました。2016年は地表温度が非常に高い年でしたが、海洋熱含量では6番目に暖かい年にすぎませんでした。2016年の地表温度を押し上げたエルニーニョ現象は、その間に熱を再分配し、海洋から大気へ熱を放出させていたためです。
海洋熱含量は1990年以降に顕著に加速しており、これは温室効果ガスによって閉じ込められる熱の増加と、1992年のピナトゥボ火山噴火からの回復によるものです。ピナトゥボ火山の噴火
海面上昇は続く
現在の海面は新たな高水準に達しており、その原因は複合的で、氷河や氷床などの陸上氷の融解、温暖化に伴う水の熱膨張、および陸水貯留量の変化です。近年は、氷床や氷河の融解による海面上昇への寄与が大きくなっています。
1990年代初頭以降、世界の海面上昇は衛星搭載の高度計データを用いて推定されています。それ以前の世界の海面水位は、世界中の検潮儀による観測網から復元されています。これにより研究者は、1800年代後半以降の海面水位の変化を推定することができます。
下図は、5つの異なる海面上昇データセット（色付きの線）と、1993年以降のNASAの衛星高度計による観測値（黒）を示しています。（海面上昇データは年全体についてはまだ公表されていないため、下図は2019年末までのデータのみを含んでいます。）
海面は1900年以降、0.18〜0.2メートル（180〜200ミリメートル）上昇しています。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年以前には大きなばらつきが見られます。高品質な衛星高度計データが利用可能な1993年以降の期間においても、海面上昇が加速している証拠があります。（気候変動がどのように海面上昇を加速させているかについては、Carbon Briefの解説記事をご参照ください。）
氷河の融解はさらに加速している
科学者は、さまざまなリモートセンシング技術や、GRACEによる地球の重力場の測定を用いて、世界中の氷河の質量を測定しています。氷河に降る雪と、融解または「氷山の分離（カービング）」による氷の損失とのバランスが、氷河が時間とともに拡大するか縮小するかを決定します。
「世界氷河監視サービス」と呼ばれる国際コンソーシアムは、世界19の地域にある164の異なる氷河を追跡しています。下図は、1950年から2019年末までの世界の平均氷河質量の変化を示しています（2020年の値はまだ利用できません）。
氷河の融解は、水の等価高さ（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。
温室効果ガス濃度が新たな高水準に達する
温室効果ガス濃度は2020年に新たな高水準に達しました。これは、化石燃料、土地利用、農業からの人為的排出によるものです。
3種類の温室効果ガス（CO2、メタン（CH4）、亜酸化窒素（N2O））が、人間の活動によって閉じ込められる追加の熱の大部分の原因となっています。CO2は圧倒的に最大の要因であり、1750年以降の「放射強制力」増加の約50%を占めています。
メタンは29%を占め、亜酸化窒素は約5%を占めています。残りの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で最高水準に達しました。それ以前よりも長い期間で見ても、同様とみられます。
下図は、これらの温室効果ガスの濃度を示しています。単位は、CO2は100万分の1（ppm）、メタン（オレンジ）と亜酸化窒素（赤）は10億分の1（ppb）です（CO2は青線）。期間は、1980年代初頭から2020年10月まで（CO2）、および2020年9月まで（CH4とN2O）で、現在入手可能な最新データです。
データは、温室効果ガスが大気中に蓄積し続けていることを示しており、これは世界中で実施されたCovid-19による都市封鎖によって、世界の排出量が一時的に減少したにもかかわらずのことです。
北極海の海氷、夏の最小面積は2番目に小さい
2020年の北半球の夏の大部分で、北極海の海氷は記録的な低水準にありました。7月、8月、10月、11月の大部分の期間で日次の記録的低水準を更新しました。1970年代後半の記録開始以来、2012年に次ぐ2番目に少ない夏の最小海氷面積を記録しました。
北極では、9月の最小値の後、海氷の回復が異常に遅れましたが、近月には長期平均（1979〜2010年）のわずかに下回る水準まで回復しています。
北極とは対照的に、南極周辺の海氷は2020年を通じて長期平均の範囲内にとどまりました。
下図は、年間の各日における北極（赤線）と南極（青線）の海氷面積を、過去の範囲（対応する網掛け部分）との比較とともに示しています。
2020年の夏の大部分で北極海の海氷が記録的に少なかったため、北方航路（北東航路など）は記録的に長期間、航行可能となりました。
下のBerkeley Earthの図は、北方航路が毎年開通していた期間（青線）を示しています。2005年以前は、北極の外洋航路はほとんど形成されませんでしたが、2020年（赤線）には、北東航路が3カ月半連続で開通していました。これは一部には、シベリアでの例外的な温暖化と、その地域の北側における氷のない状態によるものです。
やや涼しい2021年の見通し
中程度のラニーニャ現象が2020年後半の冷却に寄与したとみられますが、これらの状況は年前半にも続くと予想されています。エルニーニョ現象またはラニーニャ現象が熱帯太平洋でピークに達してから世界の気温に影響が現れるまでには、数カ月のタイムラグがあるため、現在のラニーニャ現象は2021年により大きな影響を与えるとみられ、そのため同年は直前の2年よりも涼しくなると予想されています。
3つの機関（英国気象庁、NASAのガビン・シュミット博士、Berkeley Earth）は、2021年の気温の見通しをすでに予測しています。3者すべてが、2021年は2020年よりも涼しくなる可能性が最も高いことを示唆しています。
