気候システム論
地球全体としてのエネルギーの出入り -- 太陽放射と地球放射

太陽放射はどの程度に一定か (2)

「太陽定数」

いわゆる「太陽定数」とは、太陽・地球間の平均距離で太陽に正面を向けた面に 到達する太陽放射のエネルギーフラックス密度(単位面積あたり・単位時間あたりのエネルギー)である。 物理定数ではなく変化しうる量である。 したがって「太陽定数」という名前は適切ではないが、 他の短い表現で同じ意味を伝えるのがむずかしいので便宜上使う。 なお英語ではTSI (total solar irradiance)という用語が使われるようになった。 1978年以来の観測にもとづくおよその値は1360 W/m2 (有効数字3桁)。

「太陽定数」はどのくらい「ほぼ一定」なのか

「太陽定数」の変動については20世紀初めから論じられてきたが、 地上や気球からの観測に基づく推定値では変動を検出するのにじゅうぶんな精度がなかった。 人工衛星による観測は1978年から継続されている [地球環境観測: 「太陽定数」と地球放射収支の観測参照]。 異なる衛星の観測機器間のくいちがいが 5 W/m2程度ある。 しかし、くいちがいはほぼ機器の対ごとに一定値であり、変動のパタンはよく似ている。 したがって、機器は一定の系統誤差(バイアス)はあるが、 変動に関する精度は1 W/m2未満になっていると推定されている。 これを補正していずれかひとつの標準にそろえた 「太陽定数」のデータセットがつくられている。 そのひとつは、スイスのDavos (ダヴォス)にある世界放射センターの 前所長Claus Fröhlich (フレーリッヒ)博士によるものであり、 http://www.pmodwrc.ch/のProjectsのひとつのSolar Constantのところに図や解説がある。 1日ごとの観測値を見ると、数W/m2の変動がある。 この変動は主として太陽の自転(周期約27日)によるもので、 黒点(光球上の暗い部分)が地球の側に多いときに放射が弱い。 これをならすと、約1 W/m2の変動がある。 この変動は黒点の約11年周期変動に関連しているが、 黒点の多いときのほうが放射が強い傾向がある。 これは黒点の多いときには白斑と呼ばれる明るい部分も多い傾向があるためである。

図: 「太陽定数」の観測値の時系列。 横軸は上に1980年1月1日からの通しの日付、下に年を示す。 また1年ごとに緑色の縦線を入れた。 赤の点は、Fröhlich博士が複数の衛星の観測値を較正しなおした ftp://ftp.pmodwrc.ch/pub/data/irradiance/composite/DataPlots/ composite_42_65_1709.datのデータの毎日の値 (1978年11月16日から2017年9月20日まで)である。 (そのうち最近の部分は、SOHO衛星VIRGOプロジェクトのPMO6Vセンサーによっている。) 青の点は、SORCEプロジェクト (http://lasp.colorado.edu/sorce/)の衛星観測で 得られた sorce_tsi_L3_c24h_latest.txt (2017年11月12日取得) のデータの毎日の値(2003年2月25日から2017年11月4日まで、 ただし2013年は欠損が多い)である。 SORCEは波長別のエネルギーも測定しており、 全波長のセンサーも従来よりも精度が高いと考えられている。 Fröhlich博士の従来のまとめは、SORCEよりも約5 W / m2高い値を示していたが、 最近、較正の基準を変更している(SORCEに合わせたようである)。 SORCEあるいはFröhlich博士の新しいまとめ(4.2版)によれば、 「太陽定数」の最も確からしい値は1361 ± 1 W / m2ということになる。

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なお、太陽の活動(変動)については、 (全エネルギーではなく)特定の波長の電磁波の強さを指標として論じることも多い。


黒点数

太陽の活動(変動)については、黒点に注目することも多い。 その場合はふつうWolfの黒点数という指標が使われてきた。 観測された黒点の数と黒点群の数とを組み合わせ、 観測者ごとの感度のちがいを標準化したものである。 現在は、ベルギー王立天文台(ブリュッセル)にある Sunspot Index and Long-term Solar Observations (SILSO, http://www.sidc.be/silso/ )がまとめている。 そのうちの Daily total sunspot number のファイル http://www.sidc.be/silso/DATA/SN_d_tot_V2.0.txt (2017年11月12日取得) には1818年1月から2017年10月までの毎日の値があるが、 ここでは上のTotal Solar Irradianceと同じ時期について グラフにしてみたものを下に示す。

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また、Yearly mean total sunspot numberのファイル http://www.sidc.be/silso/DATA/SN_y_tot_V2.0.txt (2017年11月12日取得) によって、年平均値をグラフにしてみたものを下に示す。 このデータは1700年から2016年まである。 なお、年平均の黒点数のデータは「理科年表」にも収録されている。

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2007-05-07; 更新(最新) 2016-10-15, 2017-01-12, 2017-11-13
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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