陸と海の地表面のエネルギー収支の季節変化

地点A..Eと植生分布

(緑=森林、黄色=草原、灰色=荒漠(砂漠)、薄赤紫=ツンドラ)

A=中国西北部(砂漠)、B=中国東北部(草原)、E=北太平洋、
C=チベット高原(高山ツンドラ)、D=中国平原中部(自然植生は常緑樹林、現在は主に水田)

植生は、次のデータセットのうちの緯度経度0.5度格子データにより、分類を単純化して図化した。

• N. Ramankutty, J.A. Foley, F.G. Hall, G.J. Collatz, B.W. Meeson, S.O. Los, E. Brown De Colstoun, and D.R. Landis. 2010: ISLSCP II Potential Natural Vegetation Cover. ORNL DAAC, Oak Ridge, Tennessee, USA. https://doi.org/10.3334/ORNLDAAC/961

地点A..Eでのエネルギー収支各項の季節変化

データは、日本の気象庁による再解析「JRA55」 ( https://jra.kishou.go.jp/JRA-55/index_ja.html ) の1981年から2010年までの平均。 Rnet、H、LE は (気温その他の観測をとりこんだ同化システムのうちの)予報モデルで計算されたもの、 Gはそれらの値からエネルギー収支式 ([地表面のエネルギー収支]のページの(1)式)によって計算したものである。

Rnetは地球放射も含んでいるが、 その季節変化の特徴はおもに太陽放射の季節変化を反映し、夏至ごろに極大になる。 (C地点では夏至のころが梅雨で雲が多いので極大がずれている。)

海・陸ともに夏にエネルギーを吸収し冬に放出するが、その量の桁が違う。 海のほうが季節変化に関する熱容量が大きい。 これは主として季節変化に関与する層の厚さが違うため (陸は3 m程度、海は100 m程度)である。 それは、陸は固体なので鉛直のエネルギー伝達が基本的に伝導だけだが、 海は液体なので対流がおもになることによる。 比熱容量や密度も土と水で多少は違うが桁は違わない。 その結果、陸では、季節内で、 顕熱輸送と蒸発による大気へのエネルギー供給の合計が ほぼ正味下向きの値以内におさえられるのに対して、 海では季節を越えたたくわえが使われるのでこのような制約がない。 (図のEの地域では蒸発と顕熱輸送は冬のほうが夏よりも多い。 この特徴は風速の季節変化がおもに関係し、 世界の海全部にあてはまるわけではないが、 蒸発と顕熱輸送の季節変化が正味放射に連動しないのは海に共通の特徴である。)

同じ陸でも、その乾湿により、顕熱輸送と蒸発との配分は非常に違う。 図のAの砂漠では地表付近(土壌中など)に水がほとんどないので 正味放射の大部分が顕熱輸送になっている。 Dの湿潤地帯では正味放射の大部分が蒸発になっている。 B, Cのような半乾燥地帯はその中間である。 Bの地域では7月ごろから雨季となり、それまでの初夏は降水が少ない。 したがって、夏の前半は乾燥地域、後半は湿潤地域に似た状態になっている。