未解決の科学的疑問のうち、最も大きなものは何かと自問したとき、「過去100年間で海面はどのように変化したのか？」がリストの上位に挙がることは、おそらくないでしょう。
結局のところ、もう解明されているのではないでしょうか。実際には、海洋がどのように変化してきたかを完全に把握するのは簡単ではありませんが、将来予測を行ううえで不可欠です。今週『 Nature 』に掲載された論文で、私の研究グループは海面上昇を測定するための、より正確な物差しを開発しました。これにより、科学者たちが長年取り組んできた不一致の手がかりが得られ、将来の海面上昇予測に新たな洞察をもたらす可能性があります。
20世紀の海面観測は潮位計の記録に基づいています。最も単純な形では、これは世界各地の海岸線に取り付けられた物差しのようなものです。こうした測定の地理的な範囲は限られており、特に20世紀初頭と南半球で不足しています。さらに、最も完全な記録でさえ、時間的に大きな空白を含むことがあります。記録が不完全なため、全球平均海面の推定は非常に困難です。
気候変動に関する政府間パネル（IPCC）の最新報告書には、20世紀における全球の海面上昇について、異なる2つの推定値が記載されていました。1つ目は、潮位計の観測値を直接分析した、これまでに発表された一連の研究に基づく推定です。こうした手法で得られた1901～1990年の上昇率は、年1.5～2ミリメートルの範囲でした。
2つ目の推定値は、陸上の氷の融解水や海洋の膨張など、個々の要因による推定値を足し合わせて算出されました。この「ボトムアップ」手法では、同じ期間の上昇率は年1～1.2ミリメートルと、より低くなりました。
変化の痕跡を分析する
この2つの異なる推定値の差を説明することは、海面研究者にとって喫緊の課題でした。ほとんどの科学者は潮位計の記録に基づく高い方の推定値を信頼する一方、低い方の「ボトムアップ」推定値には疑問を呈してきました。
考えられる説明の1つは、1世紀にわたるグリーンランドと南極の氷の融解量が過小評価されていた可能性です。氷床の質量収支は、従来、地上での測定と衛星観測に基づいてきました。しかし、これらの観測も非常に限られています。
そこで私たちは、海面観測を使って、個々の氷床や氷河がどれほど融解してきたかを推定できないかと考え始めました。20世紀の潮位計観測から、それぞれの要因の寄与がどのように組み合わさって全球の海面上昇をもたらすのかを推測できるでしょうか。
この問いに取り組むことは、当初私たちが考えていた以上に、はるかに困難でした。この問題に取り組むための物理学的な鍵は、ある潮位計の地点の海面が別の地点の海面と異なる理由を理解することにあります。
地域の海面測定に影響する要因はさまざまです。最終氷期の影響が現在も続いていること、地球温暖化による海洋の加熱と膨張、海洋循環の変化、そして現在進行中の陸氷の融解などが挙げられます。
これらの過程はそれぞれ、モデル化して予測できる、海面変化の固有のパターン、すなわち「痕跡」を生み出します。私たちの目標は、潮位計の記録にこうした痕跡を探すことで、海面への個々の寄与を推定することでした。この種の「フィンガープリント」分析は古海面記録には適用されていましたが、20世紀の海面観測で予測されるパターンを探そうとした研究者はこれまでいませんでした。
現代の海面記録に痕跡を見いだす方法の開発には、工学、経済学、気象学など他分野で一般的なデータ分析や統計手法を活用しました。私たちはこうした手法を組み合わせ、海面研究の分野に初めて適用しました。
私たちの手法は、限られた地域観測から全球的な情報を取り出すものです。統計的手法を潮位計の記録に適用し始めると、推定した個々の寄与をすべて足し合わせ、時間の経過に伴う全球平均海面の変化記録を作成できることが分かりました。私たちは、この推定値は従来の発表結果と一致するだろうと考えていましたが、実際に得られた結果はかなり異なっていました。
分析結果から、1901～1990年の従来の推定値は高すぎたことが示されました。私たちが推定した1901～1990年の「海面上昇」率は年1.2ミリメートルで、年1.5ミリメートルから低下しました。実際、この低い推定値はIPCCが示した「ボトムアップ」手法の結果と一致します。異なる2種類の測定値の不一致を解消し、「海面収支」の隔たりを埋めるものです。
一見すると、前世紀の海面上昇がより緩やかだったという、肯定的な結果に思えるかもしれません。しかし、必ずしもそうとは限りません。ここ数十年の海面上昇を見ると、1993～2010年の上昇率は年3ミリメートルで、従来の発表結果と一致しています。私たちのモデルによれば、全球の海面上昇率は2倍（年3ミリメートルを年1.5ミリメートルで割った値）ではなく、2.5倍（年3ミリメートルを年1.2ミリメートルで割った値）に増加したことになります。
これは、ここ数十年の全球の海面上昇率が25％高くなっていることを意味し、大幅な増加です。また、この改訂によって将来の海面上昇予測が変わる可能性があります。
この記事は、 The Conversationとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：Carling Hayは、ハーバード大学の博士研究員です。
2008年7月7日、アルゼンチン南部サンタクルス州パタゴニア地方のエル・カラファテ市近郊で、南半球の冬季に起きた予想外の崩落過程により、ペリト・モレノ氷河の側面の一つから氷の破片が剥がれ落ちる。REUTERS。
