験潮所と衛星高度計で読む海面水位の100年

海面水位は何を測っているのか：二つの「高さ」

海面水位と一口に言っても、測っているものは一つではない。潮の満ち引き、波、気圧、風、水温による膨張、そして陸地の上下動。これらすべてが「海面の高さ」の見え方に影響する。長期の変化を知りたいときは、こうした短い周期の揺れを平均して取り除き、ゆっくりした変化だけを取り出す必要がある。

相対的な水位と、絶対的な水位

験潮所が測るのは、陸に固定した基準に対する海面の高さ、つまり相対的な水位である。陸地そのものが沈んでいれば、海面が動かなくても水位は上がって見える。逆に陸地が隆起していれば、水位は下がって見える。一方、衛星高度計が測るのは、地球の中心を基準にした海面の高さで、こちらは絶対的な水位に近い。二つは「同じ海面を別の物差しで測っている」関係にあり、どちらかが正しいという話ではない。

なぜ二つの目が必要なのか

験潮所は100年以上の連続記録をもつが、設置されているのは主に沿岸の港で、外洋の広い範囲は直接見えない。衛星高度計は全球をほぼ均等に見渡せるが、観測が始まったのは1990年代で、記録の長さでは験潮所に及ばない。長い時間軸を験潮所が、広い空間を衛星が受け持つことで、はじめて「地球全体の海面がどう動いたか」が描ける。

験潮所の歴史：港で続いてきた地道な観測

験潮所は、港や湾に設けた観測施設で、海面の高さを連続して記録する。かつては浮き（フロート）の動きを紙に記録する方式が主流で、現在は圧力式や電波式のセンサーで自動的に記録し、データを回線で送る仕組みに置き換わっている。方式は変わっても、「同じ場所で、同じ基準で、途切れなく測り続ける」ことが価値の中心にある。

基準を守り続けるという仕事

長期の水位変化を読むうえで最も重要なのは、観測の基準がぶれないことだ。センサーを交換しても、機器が替わっても、水位の「ゼロ」が動いてはいけない。そのため験潮所では、潮位計の読みと陸上の基準点との高さの関係を、定期的に測量して確認している。こうした地味な作業が、100年分の記録をつなぎ合わせる土台になっている。

世界の記録が集められる仕組み

各国の験潮所の記録は、国際的なデータセンターに集められ、研究者が共通の形式で使えるよう整理されている。代表的なものに、英国のPSMSL（Permanent Service for Mean Sea Level、平均海面常設事務局）がある。PSMSLは世界各地の月平均・年平均の海面水位を保管しており、IPCCの評価報告書でも験潮所の記録が根拠として使われている。

• 記録は月平均・年平均に整理され、潮汐の周期成分は平均化で小さくなる。
• 基準面（ゼロ点）の履歴が残っていることが、記録の信頼性を支える。
• 地点ごとに地盤の動きが異なるため、地点間の比較には注意が要る。

衛星高度計の登場：宇宙から海面の高さを測る

海面を宇宙から測るという発想が現実になったのは、1990年代に入ってからだ。衛星からマイクロ波のパルスを海面に向けて発射し、反射して戻るまでの時間から、衛星と海面の距離を測る。衛星自身の軌道の高さを精密に求めておけば、その差から海面の高さが得られる。これが衛星高度計の基本的な原理である。

TOPEX/Poseidonからジェイソン、そしてSentinel-6へ

NASAによると、高精度の衛星高度計による観測はTOPEX/Poseidon（1992〜2006年）に始まり、その後継のJasonシリーズへ受け継がれた。2020年には、欧州と米国などが協力して打ち上げたSentinel-6 Michael Freilichが加わり、記録がつながれている。複数の衛星が一定期間重なって観測することで、機器ごとのずれを較正し、30年以上にわたる一貫した時系列が作られている。

30年で何がわかったか

NASAのPO.DAACは、衛星高度計の記録から、世界平均の海面は1993〜2023年の約30年間で約11.1cm上昇したと説明している。平均の上昇率は約3.3mm/年で、上昇のペースは1993年の約2.1mm/年から2024年には約4.5mm/年へと、およそ2倍になったという。1993年当時には、上昇が「加速している」ことを衛星だけで確かめるには記録が短すぎたが、30年の積み重ねによって、加速は観測データから読み取れるようになった。

世界平均海面水位は何mm動いたのか：IPCCの評価

験潮所の記録と衛星の記録、さらに氷河や氷床の変化などの情報を合わせて、IPCC第6次評価報告書（2021年）は、世界平均海面水位の変化を整理している。結論として、1901〜2018年の上昇量は0.20［0.15〜0.25］m。評価の前提として、20世紀を通じて上昇が加速してきたことも、確信度が高いと述べている。

上昇率はどう速まったか

同報告書の整理では、世界平均の上昇率は、1901〜1971年が1.3［0.6〜2.1］mm/年、1971〜2006年が1.9［0.8〜2.9］mm/年、2006〜2018年が3.7［3.2〜4.2］mm/年とされている。数字を並べると、期間が新しくなるほど速くなっていることが一目でわかる。

上昇の中身：海の膨張と陸氷の融解

海面が上がる主な理由は二つある。一つは、海水が温まって体積が膨らむ熱膨張。もう一つは、氷河や氷床が融けて陸から海へ水が流れ込むことだ。海がどれだけ熱を蓄えているかについては、当ラボの海洋熱容量の記録更新の記事で詳しく扱っている。

日本沿岸の長期変化：100年では「上昇が見えない」理由

気象庁は、日本沿岸の海面水位の長期変化を、検潮所の記録から診断して公表している。1906年以降の長期変化には16地点・4海域の平均が、地盤の上下動を補正した2004年以降の変化にはGPSを併設した13地点の平均が使われている。2023年の診断では、1906〜2023年の全期間では、日本沿岸の海面水位に上昇傾向は見られないとされた。

10〜20年周期の揺れ

同じ診断では、日本沿岸の水位に10〜20年程度の周期の変動があり、1930年頃、1950年頃、1970年頃に高くなっていることが示されている。気象庁は、1906〜2023年の変動には、日本周辺の大気現象による十年規模の変動の影響が、地球温暖化による上昇より大きかったと考えられるとしている。つまり、100年の平均で上昇が見えないのは、「海面が上がっていない」というより、自然の揺れが大きくて、ゆっくりした上昇の傾向が埋もれやすいからだと読める。

1980年代後半以降は上昇

一方、1980年代後半以降は上昇傾向が見られる。気象庁は、世界平均海面水位の上昇の加速が日本沿岸にも現れたものと解釈している。2023年の値は1991〜2020年の平年値より72mm高く、1906年以降で最も高い値となった。ただし気象庁は、単年の高さには温暖化だけでなく、十年規模の大気現象も影響していると考えられると注意を促している。

日本と世界を比べる：2004〜2023年の上昇率

では、近年の日本沿岸の上昇率は、世界平均と比べてどうなのか。気象庁の表によると、2004〜2023年の上昇率は、16地点・4海域の平均で年3.7［2.2〜5.2］mm、GPS補正済みの13地点の平均で年3.5［2.5〜4.5］mmだった。［ ］は90%信頼区間である。

同程度、と読めるが幅は広い

2006〜2018年で見ると、日本沿岸の上昇率は世界平均と同程度になっている。ただし信頼区間の幅は広く、日本の数字は世界平均より不確かさが大きい。これは、日本の沿岸が黒潮などの海流や気圧配置の変動の影響を受けやすく、年ごとのばらつきが大きいためと考えられる。期間が異なる数字を単純に比べられないことにも注意したい。

海岸への影響や防護の考え方は、海面上昇で日本の砂浜9割が消える？で整理している。

数字をゆがめる要因：地盤の動きと観測の限界

海面水位のデータを読むときに、最も落とし穴になりやすいのが、地盤の上下動である。日本は地震や火山活動、地下水のくみ上げなどによる地盤の動きが大きい国で、験潮所の水位は「海面の変化」と「陸地の変化」の合計として記録される。

GPSで陸の動きを補正する

そこで気象庁は、GPSを併設した検潮所について、地盤の上下動を補正したデータを使っている。検潮所の隣で陸の上下動を連続して測り、その分を差し引くことで、海面そのものの変化に近づける考え方だ。2023年の診断で用いられたのは13地点で、長期の16地点より地点数は少ないが、地盤の影響を除ける利点がある。

気象庁のページは、最新の研究（Nakano ら、2023）では、温暖化の影響より地盤上下変動の影響の方が大きかった可能性が指摘されていることにも触れている。長期の記録を解釈するときに、地盤の動きがいかに重要かを示す例である。

衛星データ側の補正

衛星高度計のデータにも補正は欠かせない。NOAAの衛星高度計の時系列では、気圧による海面の押し下げ・押し上げを補正する逆気圧効果の補正を適用し、北緯・南緯66度の範囲のデータを用いている。また、氷期以降の地殻のゆっくりした動き（氷河性地殻均衡調整）が全球平均で約0.2〜0.5mm/年の見かけの変化を生むため、その扱いも明示されている。

• 験潮所：地盤の上下動を、GPSなどで補正して使う。
• 衛星高度計：気圧・軌道・地殻均衡調整などの補正を重ねて使う。
• どちらも、補正の方法がデータの説明に書かれている。

データを自分で見る：公開情報の探し方と読み方

海面水位のデータは、実は誰でも見られる形で公開されている。気象庁は「日本沿岸の海面水位の長期変化傾向」のページで、図と解説、表を公開している。NASAやNOAAは、衛星高度計による全球平均海面水位の時系列グラフを公開しており、PSMSLは世界各地の験潮所の記録を提供している。

グラフを見るときの三つのチェック

1. 期間：何年から何年のデータか。始点と終点の選び方で傾きは大きく変わる。
2. 補正：地盤の上下動や気圧などの補正がされているか。
3. 変動：十年規模の自然変動を含む期間か、それを平均した期間か。

ニュースの数字を読み解く練習

たとえば「今年の日本沿岸の海面水位が過去最高」というニュースを見たとき、確認したいのは、それが単年の値か、長期の傾向か、ということだ。気象庁が2023年の値を「1906年以降で最も高い」と報じつつ、十年規模の大気現象の影響にも触れているのは、まさに単年の値と傾向を分けて読むためである。

まとめ：二つの目と、読み方の三原則

ここまでの内容をまとめる。海面水位は、験潮所という長い記録をもつ目と、衛星高度計という全球を見渡す目の二つで測られてきた。世界平均は1901〜2018年に約0.20m上昇し、上昇率は1.3mm/年から3.7mm/年へと速まった。日本沿岸は、1906〜2023年の全期間では上昇傾向が見えないものの、1980年代後半以降は上昇し、2004〜2023年は年3.5mm（GPS補正済み13地点）だった。

読み方の三原則

• 期間を確かめる：始点と終点で、傾きは変わる。
• 補正を確かめる：地盤の動きや気圧の影響が除かれているか。
• 変動を確かめる：自然の揺れと長期の傾向を分けて見る。

沿岸の街が海面上昇にどう備えるかは、沿岸都市の気候変動適応の記事で、IPCCの評価の背景はIPCC海洋・雪氷圏特別報告書とはで扱っている。あわせて読むと、観測から対策までのつながりが見えてくる。