2017年度 期末レポート出題

次の問題A、B、Cに答えてください。 (試験の代わりなので、問題A、Bを合わせて30分くらいで、 問題Cは、この程度の数値計算に慣れている人ならば1-2時間で答えられることを 期待しています。ただし計算に慣れていない人は手間どると思います。 数時間かけて途中までしかできなかった人は、そこまでの内容で答えて、 どのくらい時間をかけてどんな作業をしたか簡単に書き添えてください。)

問題A

(授業の内容を理解したかを確認する論述問題)

大気の大循環を、 熱帯(低緯度)と中・高緯度(温帯・寒帯)とに分けて、説明しなさい。 また、それと、降水量の緯度による分布の極大・極小の関係を、 (ある程度)因果関係をたどって説明しなさい。 (降水量の分布には、海陸のコントラストによる特徴もあるが、 ここでは海陸を問わず緯度ごとに全経度平均した分布について論じればよい。)

問題B

(授業をふまえて自発的に考えてもらう論述問題)

温室効果の強化によって起こる気候変化のうち、 同じ気候要素が、人間社会あるいは生態系に対して、 有益である場合もあれば、有害である場合もあるような例をあげ、 それぞれ、どんな因果関係によるものか、 また、有益になるか有害になるかがどのような条件 (たとえば、世界のうちの地域、季節、気候変化の量的規模)で変わると考えられるかを 論じなさい。

問題C

(計算問題)

[2018-01-25 夕方 + 2018-01-30 夜] 問題文に不明確なところがあったので、文章を補足・改訂しました。 問題の趣旨は変えていません。

人間活動起源の温室効果気体濃度の増加と、地球温暖化の関係について、 気候システムを、第4回小レポートで扱ったのと同様な 0次元エネルギー収支モデルで近似して考えてみる。

気候システムのもつエネルギーは、 ひとつの熱容量C (定数、便宜上、地表面の面積あたりで考える)と ひとつの温度 T (変数)の積であると仮定する。 そのエネルギーは、外界とのやりとりによって(だけ)変化する。

外界は、気候システムと関係なく決められた「外界温度」 Textの 熱浴のようなものであるとし、 外界から気候システムへの正味のエネルギーの流入は、 外界温度と気候システムの温度の差に比例し、比例定数 k は定数であると仮定する。

2013年に出たIPCCの第5次評価報告書の第1作業部会の巻に 付録として収録されている数表から、次のものを書きぬいてある[注3]。

ar5_co2conc_obs.txt
観測(古い時期は南極氷床コアの分析)に基づく大気中二酸化炭素濃度(ppm)。 1760年から2000年まで10年きざみ。
ar5_co2conc_rcp.txt
4つのRCPシナリオ[注1]の大気中二酸化炭素濃度(ppm)。 2010年から2100年まで10年きざみ。
ar5_temp_global_hadcrut4.txt
観測データの統計による世界平均地表温度[注2](℃、1961-1990年の平均からの偏差)。 イギリス気象庁ハドレーセンターとイーストアングリア大学CRUの共同研究による 「HadCRUT4」データセットの「median」の数値。1850年から2000年まで10年きざみ。

問1

気候システムの熱容量 C として、深さ500 mの水の層の熱容量を考える。 (第4回小レポートの想定「(c)」と同じ。)

「外界温度」Textとしては、 「二酸化炭素濃度に対する定常応答」、つまり、 それぞれの時点での二酸化炭素濃度が一定値で長期続いたと仮定した場合に 世界平均地表温度がとると科学的に見積もられる値を使うことにする。

西暦1850年以前の二酸化炭素濃度の代表値を xpre = 280 ppm とする。 西暦1850年まで、気候システムはその濃度に対応する定常状態にあったと仮定する。 その定常状態の温度を「初期温度」と呼ぶことにする。 以下、温度 T は、初期温度からの偏差の値をさすとする。 (もし実際の温度がほしい場合は、T = 0 が 14℃ または 287 Kにあたるとしてもよい。)

二酸化炭素濃度の変化に対する世界平均地表温度の定常応答は、 濃度 x の対数に比例するという近似ができることが知られている。 そして、二酸化炭素濃度倍増に対する定常応答 Tdouble の見積もりは、 およそ1.5 K から 4.5 Kの範囲で、まだ代表値が定まっていないが、 ここでは、3.0 K をとることにする。 そこで、
Text = Tdouble log(x / xpre) / log(2)
としよう。

比例定数 k は、仮に、1.5 (W/m2)/K としよう。 (この値は、出題者が試算してみて、 1850年から2000年までの世界平均地表温度の変化量が、 現実のものと大まかに近い値になるように決めた。)

観測された二酸化炭素濃度によって2000年まで、 さらに、RCPシナリオのうち「2.6」以外のどれかによって2100年まで、 このモデルの気候システムの温度変化を、10年きざみで示しなさい。 ただし、外界温度を一定で与えたときの気候システムの温度変化は、 第4回小レポート課題で示したように、指数関数で表現できるはずだが、 10年の時間区間内は、指数関数を直線で近似してもよい、 つまり、単位時間あたりの温度変化量が、 区間の始まりで決まった値のまま、10年間続くとみなしてもよいとする。 (もしそれで数値があばれた場合は、時間きざみを細かくしてやりなおしてみてほしい。)

なお、1850年から始まる時間区間の温度変化量は、 テキストファイルの数表にある1850年の二酸化炭素濃度から計算してほしい。

問2

次のモデルパラメータのどれかを変えると、結果はどう変わるか。 パラメータのうちひとつを変えた計算を実際に示し、 それを参考にして、他のパラメータを変えた場合にどう変わるかも論じなさい。

  1. 気候システムの単位面積あたりの熱容量 C。 2倍(水の層 1000 m 相当)、半分(水の層 250 m 相当)。
  2. 二酸化炭素濃度倍増に対する定常応答 Tdouble。 2倍(6 K)、半分(1.5 K)。
  3. 外界から気候システムへの正味のエネルギー流入の係数 k。 2倍(3 (W/m2)/K)、半分(0.75 (W/m2)/K)。

問3

RCPのうち問1の答えで使わなかったシナリオを使って、 または、議論をするのにわかりやすい二酸化炭素濃度シナリオを自分で考えて、 温度の変化を計算し、問1の結果とあわせて、 二酸化炭素濃度の時系列がちがうと、温度の時系列がどのようにちがうか、 例を示しなさい。

期限

2月5日(月)まで。(紙による提出の場合、14時まで。夕方ではないので注意。)

形式、提出方法

注意


2018-01-25; 補足 2018-01-30
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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