地球規模の気候変動の影響、すなわち北極海の海氷減少とユーラシアの降雪増加により、中国の深刻な冬季大気汚染問題が悪化する可能性がある。
モデル化とデータ分析から、海氷と降雪の変化によって中国の冬季モンスーンが変化し、汚染物質を国内の主要な人口集中地や工業中心地の上空に閉じ込める大気の停滞状態が生じやすくなったことが示唆されている。こうした地域の大気状態の変化により、排出規制を通じて汚染に対処する取り組みは妨げられている。
「中国では過去4年間、排出量が減少しているのに、冬の深刻なスモッグは改善していません」と、ジョージア工科大学地球・大気科学部の教授、ユハン・ワン氏は語る。「主な原因は、海氷が減少し降雪が増加する高緯度の極域で、非常に急速な変化が起きていることです。この変化によって、中国東部に冷たい空気が入りにくくなり、空気汚染を押し流せなくなっています。」
掲載論文はScience Advances誌に掲載され、地球規模の気候変動による大規模な変化が地域に大きな影響を及ぼすことを明確に示している。また、海氷と降雪量を地域の大気汚染に結びつけた初めての研究と考えられている。
首都北京を含む華東平原のスモッグ問題は、2013年の冬、米国大使館の測定器がPM2.5粒子の極めて高い濃度を記録したことで、初めて世界的な注目を集めた。このスモッグを受け、中国政府は産業などの排出量削減に向けた厳しい目標を導入した。
こうした排出規制は効果を上げているように見えるものの、12月から1月にかけてのスモッグは続いている。そこでワン氏と共同研究者のユーフェイ・ゾウ氏、ユージョン・ジャン氏、ジャホ・クー氏は、ほかの要因が関係している可能性を考えた。
異例の1月
中国には長期的な大気質の測定値がないため、研究者たちは視程の測定値と衛星データをもとに推定値を組み立てる必要があった。過去の記録を分析するため、研究者たちは新たに汚染ポテンシャル指数（PPI）を作成した。この指数では、中国東部の換気状態を推定する指標として、気温勾配の偏差と地表風速を用いた。
「PPIを算出して視程データと組み合わせると、2013年1月の状況が、少なくとも過去30年間に見られたどの状況をも大きく上回っていたことは明らかでした」とワン氏は語る。「しかし、その月に排出量は変化していませんでした。そこで、別の要因があるに違いないと考えました。」
華東平原は、東に海、西に山脈を望む、互いにつながった盆地から成る。汚染された南カリフォルニアを鏡に映したような地形だ。産業や車両から生じる汚染物質は、冬には水平方向への拡散か垂直方向の混合によってしか効果的に除去できない。こうした過程で停滞した空気を移動させられないと、汚染物質が蓄積する。空気をきれいに保つはずの換気を妨げる何かがあると考えられた。
次に研究者たちは、海氷、降雪、エルニーニョ現象、太平洋振動などの気候要因を調べた。主成分分析と最大共分散分析を行った結果、中国上空の大気停滞状態と、2012年秋に過去最低を記録した北極海の海氷、および同じ冬の初めに過去最高を記録したシベリア高緯度地域の降雪量との相関が見つかった。その後、大気モデルのシミュレーションを用いて、これらの要因が大規模な大気循環パターンと中国東部の汚染物質の換気をどう変化させるかを調べた。
「排出削減の取り組みにもかかわらず、今後もスモッグは続く可能性が高いと考えています。」
「海氷の減少と降雪の増加は、中国上空の気候学的な高気圧の尾根構造を弱める働きをします」とワン氏は語る。「その結果、気温と気圧の勾配が緩やかになり、東アジア冬季モンスーンが東へ移動します。風速が低下し、中国の空気が停滞しやすくなる大気循環が生じるのです。」
モデルの結果は、その冬に韓国と日本が例年より寒く、中国東部が例年より暖かかったという観測と一致しており、いずれも寒気の中心が移動したことを示唆している。
2017年の冬にも同じ要因が見られた。2016年9月の北極海の海氷は少なく、降雪量は多く、深刻なスモッグが発生した。地球規模の気候変動が大気の通常の構造を乱すため、こうした要因は今後も続く可能性が高いとワン氏は語る。
「排出削減の取り組みにもかかわらず、今後もスモッグは続く可能性が高いと考えています」と同氏は語る。「現在は気候にも一因があるため、冬の状況が大きく改善する可能性は低いでしょう。排出量だけが、こうした状況を引き起こす要因ではなくなっています。」
大きな影響
ワン氏は、中国の大気質監視ネットワークから得られる新たなデータを使って研究を続けたいと考えている。地球規模の気候変動の影響は、中国の地理的条件と大気循環構造の変化に対する感受性の高さから、同国に特有のものかもしれないと同氏は語る。問題は現在、大気汚染として現れているが、この研究結果は中国が気候変動への取り組みを続ける後押しとなるはずだという。
「極域の温暖化が非常に急速に進んでおり、それが中国に大きな影響を及ぼしています」と同氏は語る。「これは、中国に大気汚染物質の排出削減を着実に進めるだけでなく、温室効果ガスの排出削減の可能性も検討する動機を与えます。私たちの研究は、温室効果ガスを削減すれば冬のスモッグ問題の改善につながることを示しています。」
この研究は、米国国立科学財団の大気化学プログラムと、米国環境保護庁（EPA）の「Science To Achieve Results（STAR）」プログラムから資金提供を受けた。本研究はEPAによる審査を受けていないため、EPAの見解を必ずしも反映するものではなく、公式な承認を意味するものと解釈すべきではない。
