蒸発散とは、蒸発と蒸散の組み合わせによって、地表から大気へ水が移動することを指します。
新たな研究により、気候変動の影響で、2003年から2019年の間に蒸発散が世界全体で10%増加したことが明らかになりました。
研究者らは、衛星データを用いて、地球の異なる地域における水の質量の変化を追跡する新たな方法を導入しました。
水循環にみられるこれらの傾向が継続すれば、河川流量の減少や山火事リスクの増大といった課題を生じさせる可能性があります。
蒸発と蒸散の組み合わせによって地表から大気へ水が移動すること（蒸発散）は、新たな研究によると、2003年から2019年の間に世界全体で10%増加しました。
本研究は、Nature誌に掲載され、この変化は主に世界の陸地表面の温暖化によるものであることを明らかにしています。これは、今後気候がさらに温暖化するにつれて、水循環がエネルギーを得て「強まる」という、長年の理論を裏付けるものです。
本研究は、衛星データを用いて、地球上の異なる地域における水の質量の変化を追跡する新たな方法を導入しています。研究に関与していない科学者は、Carbon Briefの取材に対し、この方法により著者らは「蒸発散についての水循環の全体像を完成させる」ことが可能になったと述べています。さらに同氏は、「この完結は数十年にわたり科学者たちにとって実現できなかったことだ」と付け加えました。
しかし、観測された傾向が続けば、「河川流量の減少と山火事リスクの増加がもたらす影響は、世界中の水管理者や緊急計画担当者にとって課題となるだろう」と、別の科学者がCarbon Briefに語っています。
衛星データ
降水に次いで、蒸発散は、世界の水循環における第2位の構成要素です。これは、土壌や水域からの蒸発、そして蒸散（植物からの水分放出）を通じて、地球の表面から大気へ水が移動することを表す用語です。
科学者らは長年、地球温暖化により気温が上昇すると気候システムへのエネルギーが増加し、蒸発散がより高い水準へ進むと考えてきました。これは、加速し、より「強い」地球規模の水循環をもたらすとされています。
蒸発散の変化を測定するため、科学者らは通常、以下のような手法を用いてきました：モデル、リモートセンシングおよび現地観測。ただし、本研究では、各手法には大規模地域や全世界の推定において限界があると指摘しています。
マイケル・バーン博士 – 気候科学者であり、セント・アンドリューズ大学の講師で、本論文には関与していない人物ですが、Carbon Briefに対し、現地観測は「一般に疎で、局所的条件の影響を強く受けるため、それ単独では蒸発散の全球推定には不十分」だと述べています。
論文の著者らは、他の手法の一部にも「大きな不確実性」が伴うと付け加えています。例えば、局所的な観測値を全球規模へ拡大する際の不確実性です。
ジョシュア・フィッシャー博士、NASAジェット推進研究所の研究科学者で、同じく本研究には関与していない人物ですが、Carbon Briefに対し、蒸発散は衛星画像を使って測定できると述べています。ただし、衛星が測定を行うには明確な視界が必要であり、フィッシャー氏によれば、雲がしばしば「妨げとなる」とのことです。
本研究では、蒸発散を直接測定しようとするのではなく、著者らは衛星を用いて、水循環の関連する構成要素を測定しています。さらに、従来の衛星画像を使う代わりに、著者らは重力回復・気候実験（GRACE）およびGRACE-Follow On（GRACE-FO）衛星ミッションのデータを用い、大量の水の位置変化を測定しています。
フィッシャー氏はCarbon Briefに対し、GRACEは、データ収集のために地表を直接観測する必要がない点で「ユニーク」だと述べています。同氏によれば、衛星は重力の引力を利用しており、質量が小さい雲の問題を回避できるとのことです：
「GRACE/FOは、重力に引かれることで文字通り物理的に動きます。重力は質量によって生じます。したがって、重力場は、物理的に見なくても感知できるものです。この場合の質量は陸地と水です。しかし、陸地はおおむね変化せず、地表水は変化します。雲の質量はそれほど大きくありません。」
蒸発散を測定するため、著者らは、すべての降雨が蒸発散、河川流出、および陸域の貯留水に分けられると仮定しています。水循環の残りの3つの構成要素をそれぞれ測定することで、著者らは蒸発散を算出することができます。
バーン氏はCarbon Briefに対し、直接測定の代わりにこの「水収支」法を用いることは「世界の蒸発散傾向を推定するための独創的なアプローチ」だと述べています。同氏はさらに次のように付け加えています：
「これらの量に関する独立した複数の測定値を組み合わせることで、蒸発散の世界的傾向について堅牢な推定値、そして何より、その不確実性を提供することができました。」
温暖化する陸地
本研究はこの手法を用いて、2003～19年の世界の陸域蒸発散について、20の推定値からなる「アンサンブル」、すなわち集合を作成しています。
以下の画像は、2003～19年にわたる蒸発散（上段）、降水量（上から2段目）、流出量（下から2段目）、地下水貯留量の変化（下段）の推移を示しています。黒線は平均傾向を示し、網掛け部分は信頼区間を示しています。赤色の領域は信頼性が高いことを示しています。
著者らは、2003～19年において蒸発散が年あたり2.3mmの「統計的に有意な」増加を示したことを確認しました。これは長期平均を約10%上回る増加に相当します。本研究によれば、これらの知見は「世界の蒸発散は温暖化する気候において増加するはずだという仮説と一致している」とのことです。
比較のため、同期間において、長期平均と比べ降水量は3%増加し、流出量は6%減少したと、本研究は述べています。
ケイト・ウィレット博士は、気候科学者として英国気象庁に所属し、本研究には関与していない人物ですが、蒸発散の増加は「従来の研究とおおむね一致している」ことを確認しています。
一方、マデリン・パスコリーニ＝キャンベル博士（NASAジェット推進研究所所属、本研究の筆頭著者）は、Carbon Briefに対し、この傾向は他のモデルやデータによる示唆を裏付けると述べています。さらに同氏は、その変化は「現在の推定値に基づいて予想していたよりも大きい」と付け加えています。
著者らはまた、特定した変化の要因も明らかにしています。増加の半分以上は、世界の陸地表面温度によるもので、気温が高いほど蒸発散が増加することが示されました。一方、変動の17%は、自然の気候現象であるエルニーニョ・南方振動によるものです。
著者らは、気候が温暖化するにつれ、蒸発散を通じて大気へ戻る降雨量は増加している一方、「地表流出」は減少していると指摘しています。流出とは、土壌に浸透するのではなく、陸地を流れて河川や川へ注ぐ降雨量のことです。
パスコリーニ＝キャンベル氏は、この流出量の減少が水資源の利用可能性に影響を及ぼしうると説明しています：
「蒸発散の増加は、農業や水供給に利用可能な地表水の量に影響を与えます。今後、蒸発散の増加は、一部の地域で陸地からの水の損失増加を意味する可能性もあり、干ばつを招く一方で、大気循環の影響により、他の地域ではより激しい降雨が生じる可能性があります。」
バーン氏は、蒸発散が増加すると、植生を乾燥させることで山火事のリスク増大にもつながる可能性があると指摘しています：
「これらの蒸発散の傾向が予想どおりに続けば、河川流量の減少と山火事リスクの増加は、世界中の水管理者や緊急計画担当者にとって課題となるでしょう。」
ウィレット氏はさらに、本研究で見られた傾向は、科学者らが陸地上で観測してきた相対湿度の低下の背景にある「一部」を説明するものでもあると付け加えています：
「本研究は、[蒸発散の増加]が主に気温によって引き起こされており、降水量のわずかな増加と、貯留水量のより大きな減少に関連していることを明らかにしています。これは、陸地表面の乾燥化を示唆しており、陸上の相対湿度の低下の背景の一部でもある可能性が高いと考えられます。」
一方、著者らはまた、蒸発散の速度が高いほど、陸地表面に冷却効果をもたらしうると指摘しています。蒸発する水が、地球の表面から熱を奪うためです。本研究によれば、これは「負のフィードバック機構を生み出しうる」もので、気候変動による温暖化を部分的に相殺するとのことです。
「水循環の全体像を完成させる」
パスコリーニ＝キャンベル氏はCarbon Briefに対し、蒸発散は水循環の「重要な」構成要素であるが、これまで「大規模での測定は非常に困難だった」と述べています。同氏はさらに、本研究は「温暖化に伴い水循環がより激しくなりつつあることを示す新たな根拠」を提示すると付け加えています。
フィッシャー氏はCarbon Briefに対し、本論文は「優れている」とし、衛星データは「全球水循環の見事な完結」をもたらすと述べています。同氏はCarbon Briefに次のように語っています：
「河川流量についての海洋観測データを、良好な降水量観測と組み合わせることで、GRACE/GRACE-FOは、蒸発に関する水循環の全体像を完成させることができるようになりました。この完結は、数十年にわたり科学者たちにとって実現できなかったものです。［本研究は］それを解決しました。そして案の定、彼らは今や不確実性の霧を通して、CO2の上昇に伴う閉じ込められたエネルギーの増加によって蒸発が実際に増加していることを確認できるのです。」
アレクシス・ベルグ博士は、ハーバード大学の研究員で、本研究には関与していません。同氏はCarbon Briefに対し、本研究は「独創的なアプローチであり、大きな努力の成果」だと述べていますが、著者らが蒸発散の増加を陸地温度の上昇に帰している点には懸念もあると付け加えています。
同氏はCarbon Briefに対し、陸地上では、気温が高くなると湿潤地域で蒸発散がより大きくなる可能性があると述べています。しかし、乾燥した「水制限」地域では、その関係は「逆向きになる」と付け加えています：
「蒸発散の全球平均変化は湿潤地域によって支配されるとはいえ、プロセスの観点から見た全体像は、単に『温暖化が進むほど蒸発散が増える』というより、もう少し複雑だと思います。実際、気温と蒸発散は複雑な形で結びついています。」
ベルグ氏はさらに、著者らは近年の数十年に起きた「全球の緑化」傾向に言及していないと付け加えています。この傾向は「温暖化とは無関係に、蒸発散の増加につながりうる」ものです。
一方、本研究の著者らは、本研究が蒸発散の「概算値」を示すものであり、気候変動のホットスポットを特定するために用いることはできないと指摘しています。
バーン氏はCarbon Briefに対し、全球規模の測定について「この種の『トップダウン』による蒸発散の推定は示唆に富む」と述べています。しかし同氏は、これは「地域規模での蒸発散傾向を測定するために、さらに発展させることが潜在的に可能」だと付け加えています。
フィッシャー氏は、次のステップは「これらの大局的な測定と地域規模の測定を融合させること」だという点に同意しています。
