Estimation of methane emissions using TROPOMI and divergence analysis: A top-down assessment of Ghana’s national-scale methane budget

メタンは強力な温室効果ガスであり、目には見えないものの、大気中に熱を閉じ込め、気候変動を推進するほどの力を持っています。二酸化炭素が議論の中心となることが多い一方で、メタンは短期的には地球を温暖化させる効率がはるかに高く、その制御は世界の気候目標において極めて重要な優先事項となっています。多くの地域、特に発展途上国においては、このガスの発生源を追跡することは困難なパズルとなっています。従来の手法は、牛の数を数えたり燃料消費量を測定したりといった「活動」を集計し、それに推定排出率を掛け合わせることに依存しています。この「ボトムアップ型インベントリ（排出目録）」と呼ばれるアプローチは、不完全なデータや、現場の実態を反映していない可能性のある仮定に基づいているため、的外れになることがよくあります。より明確な全体像を把握するために、科学者たちは「トップダウン型」のアプローチ、すなわち大気そのものに目を向ける手法へと転換しています。宇宙から大気中のメタン濃度を測定することで、研究者はそこから逆算して、地表からどれだけのガスが放出されているかを突き止めることができ、現実の世界で何が起きているのかを直接検証することができるのです。

ガーナに焦点を当てた新しい研究において、ナディン・オセイ＝エサとユイチ・S・ハヤカワの研究チームは、この衛星ベースの視点を適用し、同国のメタン排出量を国家規模で初めてマッピングしました。彼らは、TROPOMIと呼ばれる観測機器を搭載し、大気中のメカン分子を検出できる可能なSentinel-5P衛星のデータを利用しました。研究チームは単にガスの濃度が高い場所を見ただけではありません。彼らは、風がそのガスをどのように動かしているかを分析しました。衛星によるメタン濃度の測定値と詳細な風のデータを組み合わせることで、「ダイバージェンス解析（発散解析）」と呼ばれる数学的手法を用いました。この手法は、本質的には、ガスが風に乗ってどのように拡散していくかを追跡するものです。もし風が高濃度の空気の塊を発生源から運び去るならば、その領域における濃度の変化によって、その下の放出強度が明らかになります。このアプローチにより、科学者たちは、地域に乏しい地上センサーに頼ることなく、大気そのものにガスの発生源を語らせることができたのです。

結果は、ガーナのメタンの景観を明確に描き出し、北部と南部の間の明らかな違いを明らかにしました。衛星データは、特に沿岸地域やボルタ川流域において、メタン濃度が国内の南部で著しく高いことを示しました。対照的に、北部地域ではレベルがはるかに低いことが示されました。研究者たちは、西アフリカの季節風によって駆動されるこの地域の風のパターンが、一般的に空気を北から南へ、そして東から西へと押し流していることを発見しました。この動きは、排出源からの排出物を輸送し、科学者が測定可能な流れを作り出しました。国内の大部分は、フラックス（流量）が一般に毎時平方キロメートルあたり35キログラム未満であり、低から中程度の排出率を示していました。これらのレベルは、主要な発生源が大規模な産業漏洩や化石燃料インフラからのスーパーエミッター（超大量排出源）ではなく、稲作や家畜などの農業、および混合的な人間活動に関連している可能性が高いことを示唆しています。しかし、本研究では、グレーター・アクラ、ウェスタン、およびボルタ州に集中し、毎時平方キロメートルあたり88キログラム近くに達する、非常に高い排出を示すいくつかの明確なホットスポットも特定されました。

研究者が、ボトムアップ型の計数法に基づく公式の国家インベントリと、衛星から導き出された数値を比較したところ、重大な相違が浮き彫りになりました。衛星による分析は、既存のインベントリが放出されるメタンの総量を過小評価していることを示唆していました。衛星データは、より幅広い排出強度を捉えており、実際の排出量は従来の報告よりも高いことを示していました。このギャップは、ボトムアップ型のインベントリが、湿地や散在する農業活動といった要因によって、標準的な公式では予測が困難な形でガスを放出する熱帯環境における、複雑で拡散的な性質の排出を説明することに苦慮することが多いことを考えると、驚くべきことではありません。また、本研究は衛星による手法が完璧ではないことも強調しています。南部の沿岸部では、雲や大気中の粒子が衛星の視界を遮ることがあり、一部の高排出ゾーンが見逃されたり、過小評価されたりした可能性があります。それにもかかわらず、本研究は、風の解析と組み合わせた衛星観測が、データが不足している地域において温室効果ガスを監視するための強力かつ必要なツールであることを裏付けています。

これらの知見は、ガーナの地球規模のメタンレベルへの貢献を理解するための新たな基礎を提供し、同国の気候公約達成に向けた取り組みを支援するものです。衛星技術を用いて熱帯諸国における排出量をマッピングできることを実証したことで、本研究は、広範な地上モニタリングネットワークを欠く他のサブサハラアフリカ諸国に対して、再現可能な枠組みを提供しています。この研究は、伝統的なインベントリが基準を提供する一方で、それだけでは物語のすべてを語れない可能性があることを強調しています。大気を正しく読み解けば、自然の湿地と人間の活動が混ざり合った、より複雑で、しばしばより大規模な排出の姿が明らかになります。世界が気候変動を遅らせるためにメタンを削減しようとする中で、こうしたトップダウン型の洞察は、進捗を検証し、効果的な政策を導くために不可欠となっており、排出削減の努力が、単に紙に記録されたことではなく、実際に空中で起きていることに基づいたものとなることを保証するものなのです。