気候システム論

温室効果の基本

参考書 (「地球温暖化」の話題を含む)

全体の文献リスト参照: 岩田ほか(2007) 2章3(3)、7章1(2)、 Hartmann(1994)[3章, 9章, 12章], 小倉(1999)[5.5, 5.6, 10.2], ワート(2003)。 浅野(2010) 大気放射学の基礎 [読書ノート]、 Petty (2006) A First Course in Atmospheric Radiation [読書ノート(英語)]、 地球電磁気・地球惑星圏学会 (2010) 太陽地球系科学 [読書メモ]8章。

とくに温室効果・温暖化に関係する文献は別ページへ。 IPCC報告書やその解説書の中にも温室効果の初歩的説明を含むものが多い。


大気中の何が放射吸収・射出の働きをするのか?

大気による地球放射の吸収の波長依存性

[*]Petty (2006)の図3.3 (PDF) 上は黒体放射。下は雲のない大気の吸収率、あらい波長分解能で見たもの。

[*]Petty (2006)の図7.6 (PDF) 雲やエーロゾルのない大気の透過率。中緯度の夏の天頂方向の大気柱。気体成分別と、全成分が共存する場合(Total)。

[*]理科年表 2015』の「天21図」 可視・赤外についての大気の光学的厚み。天頂方向の大気柱。

小倉(1999) 図5.10 (もとはGoody 1964), 増田・田辺(1994)の1.3.1節の図1参照


大気の温室効果 (簡単化した放射平衡の場合)

(1世紀の経験によってわかった)温室効果を理解するのに有益な観点

簡単なモデル

0次元、定常で考える。鉛直方向の構造として、大気と地表面を区別する。 (大気はまず1層の場合、それから多層の場合を考える。 0次元としているので大気層は厚さをもたず、質量が面に集中しているように考える。)

glasses.png

大気なし仮想ガラス1枚仮想ガラス2枚
T2 = Te
T1 = TeT1 = 2(1/4) Te
Ts = TeTs = 2(1/4) TeTs = 3(1/4) Te

(Ts: 地表面温度、Te: 有効放射温度)

モデルの変形

ここでは、「仮想ガラス」の吸収率(射出率に等しい)を太陽放射に対して0、地球放射に対して1と仮定したが、 違う値をとらせることもできる。

用語についての注意


地球大気の鉛直温度構造 (「地球の水と空気はどこにどれだけあるのか」の中へ)


大気の鉛直温度分布の理論計算 [Manabe and Strickler 1964年]

鉛直1次元「放射対流平衡モデル」

結果

kagaku201006_fig1.png

manabe_strickler.png


CO2濃度の気温への効果 [Manabe and Wetherald 1967年]

manabe_wetherald.png


放射対流平衡を前提とした温室効果の説明

【真鍋 (1985)の図をもとに、段階を追って図を分けてみた。 また、流入流出のあるシステムで直観的にわかりやすいと思われる例として、 底にあなのあいたふろおけ(出て行く流量は水位の関数だとする)との比較を追加した。 ふろおけモデルについては[別ページ]参照。】

温室効果物質が多いと外から見た地球放射の射出源は高いところにずれる。

もし、太陽からくる放射も、 大気を含む地球全体としての太陽放射反射率(惑星アルベド)も、変わらないとすれば、 エネルギー収支のつりあうような有効放射温度 Teも変わらない。 ところが、気温が有効放射温度に一致する位置が高くなるので、地上気温は高くなる。

なお、もし、地上気温が高くなるにつれて、惑星アルベドが小さくなるならば、 有効放射温度が高くなるので、地上気温はさらに高くなる。

manabe_explain_explain.png


参考文献 (別ページ)


2007-06-04; 更新(最新) 2015-05-26
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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