IASI観測を同化した2022年の全球アンモニア排出量インバージョン

農場の空気が日常生活に重要な理由

農場や火災から出る見えない気体は、私たちが吸う空気や気候、さらには寿命にまでひそかに影響を与えます。こうした気体の中でも特に重要なのがアンモニアで、肥料の散布、家畜の飼育、植物の燃焼などで放出されます。大気中に入ったアンモニアは微小粒子を形成し、深く肺に入り込む可能性があります。本研究は衛星とコンピュータモデルを用いて、アンモニアの発生源をより鮮明に示す全球図を作成し、長らくデータの盲点だった南アメリカとアフリカに焦点を当てています。

農地や煙の中の隠れたガス

アンモニアは塩基性の気体で、自動車や発電所、工業からの酸性汚染物質と反応して微粒子状物質を作ります。これらの粒子はスモッグやかすみの原因となり、ぜんそく、心疾患、寿命の短縮と関連しています。現在のアンモニアの大部分は農業、特に肥料と家畜の排泄物に由来し、工業、家庭用燃料、車両からの排出はより小さな割合です。その影響を理解するために、科学者たちは各地域や月ごとにどれだけのアンモニアが放出されるかを推定する排出目録に頼っています。しかし、これらの推定は農業統計や標準的な排出係数に基づく積み上げ方式で作られており、監視が乏しい地域では不確実性が大きかったり欠落していたりします。

従来の推定が不足する理由

従来の全球目録は、農業慣行がよく記録され監視網が密な北米やヨーロッパでは比較的うまく機能します。一方で、肥料使用量、家畜頭数、燃焼慣行が急速に変化し記録が乏しい南アメリカやアフリカでは苦戦します。目録改良のための以前の試みは、モデルで計算された濃度を観測に合わせるように排出量を調整する単純な質量収支法を用いることが多く、これらは大気の現実の複雑さに対処しにくいという問題があります。アンモニアの放出は温度、湿度、風に対して非線形に依存し、汚染は発生源から遠くへ流れることもあります。そのため、排出源を誤配置したり重要な季節変動を見逃したりする可能性があります。

衛星を使ってアンモニア地図を書き換える

著者らは、衛星観測と大気化学モデルを融合して2022年の全球アンモニア目録を更新するグローバル・インバージョン・システムを構築しました。彼らは、地上の高層を一日に二回観測する赤外大気サウンド干渉計（IASI）のデータを用い、これらの測定値をGEOS-Chemモデルに現代的なデータ同化手法である4次元アンサンブル変分解析（4D-EnVar）を使って取り込みました。この手法は、風、化学反応、除去過程が大気中でアンモニアをどのように移動させ変化させるかを尊重しながら、衛星データと事前推定の両方に最もよく適合する排出パターンを探索します。

南アメリカとアフリカで何が変わったか

更新された事後排出量は、事前目録とは異なる物語を示します。南アメリカでは、ブラジル周辺や沿岸地域のホットスポットがはるかに強くなり、アンモニアフラックスはしばしば倍増し、場合によっては従来推定より100〜200％増加しています。新しいパターンは火災強度の衛星指標や家禽生産の増加とよく一致しており、焼畑や家畜の両方が重要な役割を果たしていることを示唆します。アフリカでは、西部沿岸、ヴィクトリア湖周辺、エチオピアの三つの高排出帯が際立ちます。ここでは更新排出量が事前値の2倍以上に達し、ココアの施肥サイクル、降雨期の土壌活動、家畜排泄物、サバンナの火季の移動に対応した明確な季節ピークを示しています。

より鮮明な濃度とより安定した長期傾向

更新された排出量をモデルに戻すと、計算されたアンモニアカラムは時空間ともに衛星観測とより密に一致します。モデルは南アメリカの二重ピークや乾季の移動に伴うアフリカのホットスポットの移動など、強い季節パターンを捉えるようになりました。第二の衛星装置や地上の粒子観測による独立した検証も改善を支持しており、特に南アメリカで顕著です。過去十年の衛星データを振り返ると、これらの地域の平均アンモニア濃度は緩やかにしかし着実に上昇し、局所的なホットスポットは強化されたものの、大陸全体での劇的な変化は見られませんでした。

大気と気候政策への意味

専門外の読者にとっての主要なメッセージは、従来の地図が南アメリカやアフリカの一部でのアンモニア放出量と、それらが季節や土地利用によってどれほど強く変動するかを過小評価していたことです。衛星と先進的なモデリングを活用することで、本研究は、地上観測が乏しい地域における農業や火災に由来するアンモニア源の、より現実的な全球像を提供します。こうした精緻化された目録は、大気質と気候政策を効果的に設計し、肥料使用や家畜管理を標的化し、農業や焼畑慣行の変化が大気を通じて人間の健康にどのように波及するかを理解するために不可欠です。

引用: Chen, M., Zhang, W., Han, W. et al. Global ammonia emission inversion in 2022 via assimilating IASI observations. npj Clean Air 2, 35 (2026). https://doi.org/10.1038/s44407-026-00072-7

キーワード: アンモニア排出, 衛星観測, 南アメリカ, アフリカ, 大気質