世界の淡水消費量の約70％が農業に使われており、大規模な灌漑開発への依存は広がり続け、最終的に多くの地域で作物収量を押し上げている。
しかし、耕地の灌漑拡大は、あらゆる人為的な土地被覆の変化と同様に、意図しない結果をもたらす可能性がある。こうした人間の活動がもたらす結果は、実施される前に十分に理解されるべきである。
新たな論文で、MITのチームは土木環境工学科（CEE）に所属し、世界最大級の灌漑事業の一つと見なされるようになったゲジラ灌漑計画の周辺、東アフリカのサヘル地域において、大規模な耕地灌漑が降雨パターンに与える影響を調査している。研究者らは、1930年以降の数十年にわたって収集された観測証拠と理論モデル分析を組み合わせることで調査を進めた。これは従来の研究にはなかった前例のない手法である。
CEEの研究チームは、灌漑開発が大気に与える影響を経験的に導き出すため、降雨量、気温、河川流量について60年分のデータを調べた。
“灌漑システムの大規模開発は、世界の多くの地域で土地被覆と環境を著しく変えてきた人間活動の好例です”と、共著者でありCEEの副学科長であるElfatih Eltahir教授は述べる。“すべての開発事業において、考えなしに開発を進める前に、私たちの行動が環境に及ぼしうる影響をよりよく理解する必要があります。”
研究者らが今回の調査に基づいて構築した理論によれば、広大な地域に灌漑が行われると、地表気温は低下し、地表気圧は上昇する。この反応により、灌漑された土地上の降雨量は減少する一方で、卓越する地域風と相互作用する時計回りの循環が生じると推測された。この相互作用に応じて、理論は特定の収束域が生じ、周辺の一部地域の降雨量を増やすと予測している。
研究者らは地域の気候データに関する詳細な分析を終えた後、東アフリカのサヘル地域における大規模な灌漑開発が、灌漑された土地の東側の地域では降雨量を一貫して増加させ、その直上では降雨量を減少させてきたという結論で一致した。
空間的にも時間的にも、降雨量と気温の変化は研究グループの予想を上回る形で一致し、当初の理論とほぼ完全に合致していた、と本論文の共同筆頭著者でありCEEのポスドクであるRoss Alter氏は述べる。
“理論と観測の両方から地域の気候変動を帰属させる際に、これほど明確に一致することはめったにありません”とAlter氏は述べる。
Eltahir氏によれば、今回の研究結果は、灌漑拡大がもたらす農業、水文学、経済上の波及効果について、さらなる検討が必要であることを示している。
本論文は本日、学術誌『 Nature Geoscience 』に掲載された。著者は、Alter氏、共同筆頭著者のEun-Soon Im氏（Singapore-MIT Alliance for Research and Technology（SMART）所属）、そしてEltahir氏である。
影響の定量化
気候を定義するには、少なくとも30年分のデータを検討しなければならない。そのため研究チームは、灌漑の環境への影響を定量化するため、灌漑システムの建設期間として10年間の空白を設けたうえで、1930年から1999年までに収集された記録を調査した。
研究の最初の段階では、数値シミュレーションとモデリングを組み合わせた分析を用いた。過去25年にわたりEltahir研究グループが開発し、大気中の状態と陸域上の状態の双方を表現する高度な地域気候モデルを用いて、著者らは灌漑ありと灌漑なしの双方の条件でシミュレーションを実施した。
この点における著者らの目的は、理論的な意味で、ゲジラ灌漑計画の灌漑地が降雨量に及ぼす影響を列挙することであった。研究者らはその後、60年間にわたって観測された実際の事象と比較することで、自らの推測を検証した。
研究チームがシミュレーション結果を収集された経験的証拠と相互に比較したところ、灌漑拡大前後の降雨量の変化を示す地図上の表示では、ゲジラ灌漑計画の上で顕著な減少が、そして東側の地域では明確な増加が見られた。降雨量増加の影響は、ゲジラの東に位置する地域ゲダレフで特に顕著である。ゲジラ灌漑計画の拡大と並行して、過去半世紀にわたりゲダレフは十分な降雨を受けてきており、雨水に依存する成功した農業地域として台頭してきた。
この気候の挙動は、アフリカのサヘル地域の大半が現在も経験している干ばつとは著しい対照をなしている。
“灌漑が気候に与える影響を特定するには、絶対的な変化ではなく、相対的な変化を見極めることが重要です”とAlter氏は説明する。“当該地域の降雨量は全体として大きく減少したため、より大きな降雨量の変化――問題となっている2つの期間の間で変化がゼロであった場合でさえ――は、依然として増加として捉えられることになります。”この事例において、降雨量が安定していることは、干ばつに見舞われている地域と比べれば、依然として好ましい状態である。
効率の最適化
研究者らは、灌漑が農業上の課題に対する理想的な解決策であることを認めているものの、人為的な土地被覆の変化とそれが自然環境に与える影響を理解することは、持続可能な開発に不可欠であるという点で全員が一致している。
“本研究によって得られた知見は、土地利用および土地被覆の変化が大気に与える影響について、より根本的な理解をもたらすものです”とAlter氏は述べる。
研究者らは、本研究が、大気の化学組成の変化やそれに起因する地球規模の気候変動など、灌漑開発以外で気候を乱しうる他の要因を考慮していないことを明記している。
大規模な灌漑開発による起こりうる影響の範囲が明らかになった今、研究者らは、土地被覆の変化が気候システムに与える影響に関するこの新たな知見は、地球規模の気候変動が地域および局地に及ぼす影響をより厳密に帰属させるうえで役立つはずだと提案している。
“地形がこのような影響を持つことを示す研究は数多くありますが、実世界で観測されたデータを用いたことにより、本研究は特に重要な学術的貢献となっています”と、本研究には関与していないコロラド大学の上級研究員Roger Pielke Sr.氏は述べる。“Alter他の研究に基づけば、世界中の灌漑された景観、実際にはあらゆる人為的に改変された景観は、地域や局地の天気と気候において主要な役割を果たすと予想されるべきです。気候システムに対するこの人間の影響は、過去の気候変動評価において過小評価されてきました。Alter他の論文は、気候システムにおける人間の役割に関する私たちの理解を広げる、非常に重要な貢献です。”
“アフリカおよびその他の地域では、大規模な灌漑が喫緊に必要とされていることは疑いありません”とEltahir氏は述べる。“人為的な土地被覆変化がもたらす可能性の高い影響について基礎的な知見が得られた今、事後的にではなく、灌漑システムの設計段階でこの新たな知見を活用できます。”
本研究の資金は、Masdar Instituteとマサチューセッツ工科大学（MIT）の協力協定、およびSingapore-MIT Alliance for Research and Technologyによって提供された。
本記事は MIT Newsとの提携により掲載されている。掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではない。
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著者：Kelsey Damradは、MIT Newsのライターである。
画像：タスマニア北西部、ローンセストン郊外の農地上空に広がる雲。REUTERS/David Gray
