時間的空間的な違いを持った観測値を相互に比較できるようにするためには、測定尺度であるスケールを一元化して基準と定め、それぞれの観測がその基準に従って行われなければならない。この報告では、相互のスケールの関係が定まっていることを「トレーサビリティ」という言葉で表現する。これを保証するために、個々の観測で用いているスケールに対し、較正という作業が必要となる。ここでの「較正」とは、観測を行う際に予めある基準と比較を行い、その結果に観測のスケールを合わせることを意味している。地球規模の観測により環境の変動を正確に検出するためには、この較正作業が必要不可欠である。
気象庁では、地球環境・海洋部環境気象管理官に二酸化炭素標準ガス濃度較正装置（図7.3.1.1）を整備して、3段階に分けた二酸化炭素標準ガスの管理を行っている（図7.3.1.2）。
気象庁の二酸化炭素濃度観測の基準となる1段目の一次標準ガスは14本のボンベで構成されており、濃度範囲は約210～465 ppmである。この濃度範囲は、海洋から大気までの幅広い観測に対応している。これらの一次標準ガスは、濃度ドリフトの少ないアルミニウム製の48リットルボンベに空気ベースで二酸化炭素を充填したものであり、使用開始前に米国海洋大気庁地球システム調査研究所（NOAA/ESRL）において世界気象機関（WMO）の標準ガス（Zhao and Tans, 2006）を用いて、正確に濃度が決定される。これにより、国際的にトレーサビリティが確保されている。
2段目の標準ガスとして、一次標準ガスとほぼ同じ濃度範囲の14本の二次標準ガスを使用している。一次標準ガスは気象庁の観測の一元性を確保する上で重要であり、なるべく長期間にわたって同じガスを使用することが望ましい。二次標準ガスを導入することにより、一次標準ガスの使用量を抑えて長期間の使用を可能にしている。二次標準ガスもアルミニウム製の48リットルボンベに充填されており、二酸化炭素標準ガス濃度較正装置により一次標準ガスを用いて濃度が決定されている。
各観測所や観測船で使用される3段目の観測用標準ガスは4本または5本のボンベで構成されており、それぞれの目的とする二酸化炭素濃度に応じた濃度幅で作成される。これらの標準ガスは、二酸化炭素標準ガス濃度較正装置により二次標準ガスを用いて濃度が決定されたのち、各観測所または観測船へ送られる。濃度ドリフトを確認するため、観測での使用が終了したのち気象庁へ戻されて、再度二次標準ガスを用いて濃度確認が行われる（第7.2.1節参照）。
濃度ドリフトを監視するために、必ず上位の段階の標準ガスと定期的に比較する必要がある。しかし、頻繁に2つの段階の標準ガスを同じ場所に用意することは効率が悪いため、同じ段階の標準ガス同士で濃度監視を行うことがある。これを自己較正と呼んでおり、単独のボンベの典型的な濃度ドリフトに対する監視が可能である。気象庁では、一次標準ガスと二次標準ガスについて、この自己較正を上位の標準ガスとの比較の合間に頻繁に行うことにより、標準ガスの精度管理を行っている。2004年には、過去の較正データの整理・再検討を行い、標準ガス交換時の濃度の差異などを補正して再計算することにより、観測開始以来の一次標準ガスの濃度の一貫した補正を行った（気象庁, 2003; 松枝ほか, 2004; Tsutsumi et al., 2005）。現在は観測開始から数えて第6世代目となる、2006年10月にNOAA/ESRLで較正した一次標準ガスを使用している。
二酸化炭素濃度較正装置は、観測装置とほぼ同じように非分散型赤外線分析計（NDIR:堀場製作所㈱製VIA510R）を中心に構成されているが、実際の大気を分析しないので大掛かりな除湿装置を装備していない（過塩素酸マグネシウムによる除湿のみ）。この較正装置の安定性は、15分平均の標準偏差で0.02 ppm以下である。また再現性は、上記の安定性の試験を2度行った際の差が±0.02 ppm以下である。
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図 7.3.1.1 二酸化炭素標準ガス濃度較正装置。 |
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図 7.3.1.2 気象庁の二酸化炭素標準ガスの較正体系。 |
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日本における二酸化炭素濃度 | 世界の二酸化炭素濃度 | 二酸化炭素放出量の推定