煙による大気汚染は、携帯電話の電波の“奇妙な動き”で検知できる：研究結果

オーストラリア南東部で2020年1月に大規模な森林火災が発生したとき、メルボルンでは大気の状態が極めて悪化した。これは住民にとって明らかに、外出を控えるべきであるというサインだった。

実はサインはそれだけではなかった。目には見えない携帯電話の電波が、奇妙なパターンを描いていたのである。科学者たちは、このパターンを分析することで煙の動きを予測できるかもしれないと考えている。

電波の奇妙な動きから見えてきたこと

メルボルンで発生した電波の奇妙な動きは、「気温の逆転」として知られる大気現象と連動していた。一般的に太陽光が当たっているときは、地面に近い場所ほど気温が高くなる。ところが気温の逆転においては、文字通り逆のことが起きる。太陽光が煙の層に吸収されて地面まで届かなくなり、地表の冷たい空気の上に「逆転層」という高温で乾燥した大気の層ができるのだ。

オーストラリアのモナシュ大学の大気科学者のアドリアン・ギュイヨは、「上空の大気の層が温められる一方で、地表近くの空気はいつものようには暖かくならなというふたつのプロセスが同時に起きるのです」と説明する。ギュイヨは、米国地球物理学連合（AGU）の学術誌『AGU Advances』に掲載された論文の筆頭著者でもある。

ギュイヨたちは特に通信ネットワークにおける基地局間の電波の動きについて調べているが、メルボルンにある建物の屋上に設置された基地局間で送受信される電波の動きに奇妙な点を見つけた。基地局間でやりとりされる電波は通常ならほぼ直線的に進むが、逆転層によって地面に向かって大きく屈折したというのだ。

電波が通常とは異なる動きを見せるこうした現象は、「異常伝搬」と呼ばれる。「電波が地面に当たって跳ね返り、再び上に向かって進むことを繰り返します。つまり、電波が逆転層に閉じ込められるのです」と、ギュイヨは説明する。

この現象において電波は直線的な経路をとらず、反射を繰り返す。このためアンテナから次のアンテナまでの電波の到達時間が、通常とは異なってくるのだ。「電波が同時に届くとは限らないので、受信状態はよくなったり悪くなったりします」と、ギュイヨは言う。「それが本当にはっきりと現れるのです」

煙による大気汚染を予測可能に？

つまり、電波の動きを見ることで、オーストラリアの森林火災の季節にメルボルン上空に逆転層が停滞しているかどうかがわかるはずだ。逆転層は電波だけでなく煙も閉じ込めるので、昨年の森林火災ではメルボルンの大気汚染レヴェルが一時的に世界最悪になった。

将来的には、電波を監視することで逆転層が形成されている位置と程度まで検知できるとギュイヨは考えている。そうなれば、当局が大気の質の悪化を予測することも可能になる。「気温の逆転によって逆転層が発生し、その程度が強まっていくと、地表の煙の濃度が高まる恐れが強まるのです」と、ギュイヨは説明する。

ここで、プールの水に食品用の着色料を混ぜる状況を例に挙げよう。着色料の量は同じでも、子ども用の小さなプールと水泳競技に使われる巨大なプールでは、水の色の濃さは異なるはずだ。

これと同じことが大気にも言える。地表近くの薄い大気層に煙が滞留してしまうと、上空にさえぎるものがない状態と比べて大気の質が悪化してしまう。

「逆転層があると、煙が上空に拡散しなくなってしまいます」と、アメリカ大気研究センターの（NCAR）のレベッカ・ブッフホルツは説明する。「つまり、地表の近くに滞留して濃縮されるのです。それに地表近くの大気には、人体に影響を及ぼす汚染物質がより多く含まれています」。なお、ブッフホルツはギュイヨたちの研究には関わっていない。