2017年度 期末レポートの採点を終えて

採点を終えました。 期末レポート([問題])についての補足説明と反省です。

問題A

熱帯については、ハドレー(Hadley)循環を説明してほしかったのでした。 これはみなさんよくできていました。

「中・高緯度」と書いたところのねらいがわかりにくかったかもしれません。 わたしとしては、ここでは中緯度(温帯)の特徴を述べてほしかったのでした。 基本的に西風 (偏西風)がふいていること、 その西風の「波動」「蛇行」、あるいは「気圧の谷と峰」、あるいは「温帯低気圧」が 重要であることを述べてほしかったのでした。

「フェレル(Ferrel)循環」は、 中緯度の大気の運動を東西全経度平均したとき見える循環ですが、 これはハドレー循環とは逆向きになっています。 中緯度の循環では、温帯低気圧を伴う偏西風の波動が基本で、 フェレル循環はそれによって起こされる副次的なものと考えられています。 答案でフェレル循環をとりあげることはかまいませんが、 波動や温帯低気圧をとりあげていないものは減点しました。

「ロスビー(Rossby)循環」という用語は、わたしも使ってしまったことがありますが、 ハドレー循環と同様な意味での循環ではなく、 偏西風の波動が主役となるような循環の体制(regime)のことを言っており、 わたしとしては、あまり勧めたい用語ではありませんが、 もし使うとしても「ロスビー型の循環体制」のように言ったほうがよいと思います。

高緯度について、極で下降し、相対的に低緯度側で上昇するような「極循環」があると、 気候学や気象学の教科書類に書いてあることがあります。 正直なところわたしはデータで確認していないのですが、 おそらく南半球については、あると思います。 南極大陸上で、対流圏上層では低気圧ですが、 下降流があって、地上では高気圧になり、 そこから地表近くを低緯度側に吹き出す風があるのです。 しかし北半球については、北極で地上の高気圧があるときもあるものの、持続してはいません。 大気大循環の概略を論じるときは「極循環」は述べないほうがよいと思います。 ただし今回は、教科書類にあるように書いてあった場合は減点はしませんでした。

降水の分布については、まず、ハドレー循環の上昇域である赤道付近に極大、 ハドレー循環の下降域である亜熱帯に極小があることを述べてほしかったのでした。

それに加えて、温帯低気圧帯 (この用語は定義しないで使ってしまったかもしれませんが、 温帯低気圧が存在する頻度が高い緯度帯、くらいの意味です)にも極大がある という答えを期待していました。 しかし、この極大は赤道付近に比べれば副次的ですし、 現実の温帯低気圧は降水を伴うのですが、温帯低気圧の基本的しくみは降水と関係ないので、 これが書いてなくても減点はしないことにしました。

極に近い高緯度に降水の極小があるという答えは期待していなかったのですが、 言われてみればそれも正しいです。 ただし、その原因は必ずしも極循環の下降域だからではなく、 気温が低いので大気が含みうる水蒸気量が少ないことが基本です。

問題B

話題を、温室効果の強化によって起こる気候変化としました。

オゾンをあげた答案、エルニーニョをあげた答案がありました。 オゾン量の変化も、エルニーニョ・南方振動も、 基本的には温室効果の強化とは別に存在する現象です。 ただし、温室効果の強化との因果関係も多少はあります。 もし、その多少の因果関係を正しく指摘しているならば、有効な答えとするところですが、 それがないものは、無効な答えとみなしました。

気候の変化を、温室効果の強化という原因のほうからたどると、 代表的な要素は、世界平均地表温度の上昇と言ってもよいでしょう。 (ここで「世界平均」と「全球平均」は同じ意味に使っています。 また「世界平均地表温度」は「世界平均気温」と、詳しくみればちがうのですが、 同じとみなしてもよいことが多いです。) ところが、気候が生態系や人間社会に影響をおよぼす局面では、 世界平均の量がきくのではなく、ローカルな量がききます。 ここではそのローカルな気候要素をあげてほしかったのです。

たとえば、海水位上昇は、全球規模の温暖化によって、 (海水の熱膨張と氷の融解によって)起きますが、 ある地域にとって、その地域の海水位の変化は、 必ずしもその地域の気温の変化と比例するようには起きません。 そこで、海水位の変化と、気温の変化を、別々の気候要素の変化と考えて、 どちらかに注目して考えてほしかったのです。

さらにこまかい例ですが、 ホッキョクグマの居住可能域がせばまる件をあげるならば、 その場の温度上昇の影響ではなく、海氷が減ることを明示してほしかったのでした。

しかし、そのようなことを明確に指示していなかったので、 気候要素として世界平均の気温を想定した答えも、よいとしました。 因果関係の議論があいまいなものや、まちがっていると思われるものは、減点しました。

問題C

時間発展を計算する方法としての「差分法」を説明する時間がなくて、すみませんでした。

時間間隔Δtを10年として計算することを示唆しました。 初期時刻 t=0でのシステムの状態(たとえば温度)をもとに、変化量を計算し、 時刻 Δt (初期から10年後)のシステムの状態を求める。 今度は時刻Δtのシステムの状態から変化量を計算し、 時刻 2Δt (初期から20年後)のシステムの状態を求める。 そして 3Δt, 4Δt というふうに進めていきます。

毎回 t=0 での状態にもどって計算していた人がいたかもしれません。 そうすると、変化量は改訂されるとしても、温度が初期値からあまり変わらないでしょう。

ここで想定したモデルでは、「外部温度」として、二酸化炭素濃度に対する定常応答をとりました。 二酸化炭素濃度が初期の値(280 ppm)の倍になる時点はシナリオによってちがいますが、 その時点での「外部温度」は、モデルパラメータとして与えた Tdouble に等しくなります。

そして、RCP2.6以外のRCPでは、二酸化炭素濃度はふえ続けているので、 気候システムの温度は、「外部温度」を追いかけるように上がっていき、 「外部温度」よりは低めですが、(初期値との差として) それと同じ桁、 たとえばそれの半分くらいの値になるはずです。

結果が、桁違いに大きくなったり小さくなったりした人は、 どこかで計算をまちがえているでしょう。 単位の換算かもしれません。 とくに、問題で明示しなかった、時間の単位の「秒」と「年」の換算、 あるいは、Δtあたりの量と単位時間(1秒なり1年なり)あたりの量との換算が まちがえやすいと思います。

このモデルでは、与えた式の形から、 熱容量 C を半分にすることと、熱交換の係数 k を倍にすることとは、同じ結果になります。 二酸化炭素倍増の定常応答 Tdouble を倍にすることは、それとまったく同じにはなりません。 しかし、大まかに、初期からの温度変化量がだいたい倍になるという意味では、 似た結果になります。問2ではそのような答えを期待していました。


2018-02-14
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
[2017年度授業日程ページへ] [2017年度教材目次ページへ] [この授業の目次ページへ]