地球の炭素循環と人類の二酸化炭素排出量を監視する取り組みは、衛星から地球に降り注ぐテラバイト単位のデータのおかげで、上空からの支援をますます受けるようになっている。
5本の論文が本日『Science』誌に掲載され、NASAの軌道上炭素観測衛星2号（OCO-2）ミッションのデータを提供している。これらの論文は、東南アジアの火災、アマゾンの森林の成長率、そして2015～2016年のエルニーニョ現象に伴う大気中二酸化炭素濃度の記録的な上昇など、地球の炭素循環をかつてないほど詳細に明らかにしている。
また、2週間前に発表された衛星研究は、熱帯全域でバイオマスが急速に失われていることを明らかにし、陸上の炭素排出の最大の発生源を見過ごしてきたことを示した。森林伐採が懸念される一方で、伐採などの劣化過程によって熱帯林から失われるバイオマスは、その2倍に上る。
地球の炭素動態への理解を深める次の段階は、人間活動と自然過程を見分けられるセンサー、衛星、コンピューターモデルを構築することだ。
衛星は人為的な排出を捉えられるのか？
化石燃料による排出を減らす取り組みを衛星で追跡するという発想は魅力的だ。現在の衛星では実現できないが、次世代衛星は国、地域、都市の各レベルでの監視を支援することを目指している。
現在の衛星センサーは大気中のCO₂濃度を測定できるが、それが陸地や海洋との自然な炭素交換によるものか、化石燃料の燃焼、セメント生産、森林伐採などの人間活動によるものかを判別できない。
同様に、衛星では、葉面積（緑度）の自然な変化と人為的な変化を区別したり、植生がCO₂を吸収する能力を判定したりできない。
しかし、衛星の空間分解能が向上すれば、この状況は変わる。OCO-2は3平方キロメートルほどの小さな対象まで観測できる一方、これまで専用に開発されていた衛星GOSATで観測できる対象は、約50平方キロメートル以上に限られている。
分解能が向上すれば、大都市、アフリカやオーストラリアの山火事地域、さらには個々の発電所や産業施設からの漏出など、排出ホットスポットで高まるCO₂濃度をより正確に観測できるようになる。
こうした観測技術を大気、海洋、陸地のコンピューターモデルと組み合わせることで、人類の影響を自然過程から切り分けられるようになる。
例えば、エルニーニョ現象の際には大気中のCO₂濃度がより速く上昇し、その主な原因は陸地の変化にあることが以前から知られていた。最近の大規模なエルニーニョ現象で、熱帯の各大陸がそれぞれ大きく異なる反応を示したことが分かったのは、OCO-2衛星が俯瞰的な視点をもたらして初めてだった。東南アジアでは火災による排出が増加し、アマゾンでは森林による炭素吸収が減少し、熱帯アフリカでは土壌呼吸が増加した。
同様に、CO₂濃度の上昇に伴い、ここ数十年で地球が驚くほど緑化した背景にある過程も、今では調べられる。現在、植生に覆われた土地の最大50％は、以前より緑が濃くなっている。植生に対する人為的なCO₂施肥効果の増大が、主な要因と推定された。
現在、数十メートル単位の空間分解能でこの過程を調べられる衛星がある。つまり、この緑化を後退させる森林伐採などの過程も追跡できる。
今後の展望
今後10年間で、炭素循環を追跡するための宇宙センサーやモデリングツールがさらに開発される。
GOSAT-2は現行のGOSATに代わり、分解能を大幅に高め、重要な温室効果ガスであるメタン（CH₄）とCO₂をより高感度で測定する。
一方、GeoCarb衛星は、アメリカ大陸上空の静止軌道に投入され、CO₂、CH₄（主に熱帯の湿地に由来）、一酸化炭素（バイオマス燃焼に由来）を測定する。また、ガス産業からの大規模な漏出がないか監視する。
BIOMASSおよびFLEXの衛星ミッションは、それぞれ森林の高さと炭素密度、植物の光合成能力について、より精度の高い全球推定値を提供する。
国際宇宙ステーションに搭載されたGEDIという装置も植生の高さと構造を推定する。また、ECOSTRESSと組み合わせることで、地上部バイオマス、炭素貯蔵量、生産性の変化を評価する。
オーストラリアでは、大陸全域の炭素の排出源と吸収源を地図化するため、最新世代の衛星観測と地上観測データを取り込める大気モデリングシステムと動的植生モデルを開発している。
陸域生態系研究ネットワーク（TERN）を通じて、私たちはこれらの新しいミッションを最大限に活用するとともに、TERNのスーパーサイトやその他の主要な観測区画で、宇宙から得られる推定値の多くを検証する準備を進めている。
宇宙センサーに加えて、地上観測やコンピューターモデルからも豊富な情報が得られるようになり、大気、陸地、海洋に対する人類の影響をかつてない精度で追跡できる時代に入りつつある。
