温暖化の見通しの不確かさには、 温室効果気体排出量など社会の動きにかかわるもののほか、 気候システムのプロセスに関する科学的知識が不足しているための不確かさがある。 生態系がからむものもあるが、 生物でない物理的地球システムのうちで不確かさが大きいのは、 雲・降水のプロセスである。
温暖化すれば大気が含みうる飽和水蒸気量はふえる [別ページ]のグラフ参照)。 海面に接した空気が含む水蒸気はこれに従ってふえる。 大気中にある水蒸気の総量も、ほぼそれに比例してふえると考えられている。
これに伴って、 たぶん雲の形で大気中に浮かんでいる水の総量もふえるだろう。 しかし雲のしめる面積比(気象学用語で「雲量」というのはこれ)については、 水平に広がる層雲が減って鉛直にのびる積雲がふえ雲量が減る可能性もあって、 まだ答えが出ていない。 (最近、個々の雲を表現しながら全地球規模のシミュレーションを行なうことが やっとできはじめたが、計算機能力の制約であまり長時間のシミュレーションが できないので、まだこの問題に答えられるところまでいっていない。) 雲は太陽放射を反射する効果と地球放射に関する温室効果の両方に働くが、 反射の効果のほうが強いと思われる。 すると、もし温暖化で雲量がふえるなら雲は温暖化に負のフィードバック、 減るなら正のフィードバックとしてきくことになる。
温暖化すれば 全地球平均の蒸発量がふえることはまちがいなく、 したがって全地球平均の降水量もふえるが、 海や陸からの蒸発はエネルギーの制約があるため、 飽和水蒸気量の増加ほどは急にふえることができない。 水蒸気量がふえたわりには全地球平均の降水量はふえない、 つまり水蒸気の平均滞在時間がのびると予想される。
【実際、予測型シミュレーション[別記事参照]の 結果を見ると [図は別ページ参照]、 どの気候モデルでも、全球平均地上気温(図の横軸))が1℃上がるごとに、 水蒸気の平均滞在時間(図の縦軸)が0.5日前後のびている。 観測データで裏づけることがむずかしく、 どのモデルも同じようにまちがっているという可能性がいくらか残るが。】
(「気候が温暖化すると、水循環は速くなるか遅くなるか」という問いへの答えは、 単位時間あたりの水の質量の流れという意味では、速くなるが、 水分子が大気中に出てきてから海・陸にもどるまでの回転という意味では、遅くなるのだ。)
ただし、ローカル・短時間の降水量は、 地表面のエネルギー収支の制約をあまり受けず、 大気の含みうる飽和水蒸気量の増加を反映してふえることができる。 (参考: 鬼頭 2005)。 そこで、降水は時間的・空間的により集中するようになるだろう。 (Noda and Tokioka (1989)は、 CO2濃度を変えた数値モデル実験でこの問題を早く指摘していた。 増田・田辺 (1994)でもこれを紹介した。） 現在の気候帯による雨のふりかたの違いも参考になる (温帯と熱帯の違いは地球の自転のききかたの違いもあるので、 温暖化したときの温帯の雨の降りかたが熱帯と同じになるわけではないが。) [別メモ「温暖化で大雨はふえるのか」]
緯度帯別にみると、 降水は赤道付近(ハドレー循環の上昇域)と温帯(温帯低気圧帯)で多く 亜熱帯(ハドレー循環の下降域)で少ないという分布の形は変わらず、 ただし、コントラストが強化されるだろう (たとえばEmori and Brown, 2005)。
さらに地域別に見ると、 降水などの水収支各項がどのように変わるかは シミュレーション間の違いが大きくて確実なことはあまり言えない。 しかし、蒸発は (というよりも、もし地表にじゅうぶん水があったら起こるはずの 蒸発量という意味での可能蒸発量は)ほとんどあらゆるところでふえるのに 対して、 降水は、空間的・時間的に限られたどこかでふえる傾向があるだろう。 したがって、人間社会としては、次のことを心配する必要があると思う。 現在小麦が作られていたり牧畜が行なわれているような半乾燥地帯では、 蒸発だけがふえて降水がふえず、土壌水分が不足して農業生産が下がるおそれが かなりある。 また、中国南部・東南アジアのように現在でも洪水がたびたび起こるところで ますます洪水がふえるおそれもかなりある。
水資源、防災、食料生産に関して、 一方では気候変化に伴う影響の予測精度を上げること、 もう一方では適応の幅を広げることが重要になってくる。 必要となりそうな適応の考えかた(例)
水資源に関係する温暖化の影響で、かなり確かなことは、 多くの地域で雪が雨に変わることである。 冬の積雪は春になってから流出するが、雨は冬のうちに流出するので、 流出の季節的分布が変わる。 春の水資源を融雪流出に頼っている場合は、 人工的に水をたくわえないと水資源が確保できなくなるかもしれない。 (だからダムを建設すべきだと簡単には言えない。 堆砂や魚類への影響など、ほかにもいろいろ考えるべきことがある。)
ただし現在雪が降るようなすべての地域でこのような変化が起こるわけではない。 温暖化しても雪が雨に変わらないほど寒いところや、 その場の温度の上昇よりもそこに水蒸気を供給する場所の温度の上昇のほうが 大きいところでは、雪のまま量が増加することもあるだろう。
予測型シミュレーション(たとえば、Hosakaほか 2005)によれば、 温暖化が進んだ21世紀末ごろの積雪水量は、現在に比べて、 北極海沿岸などの高緯度の冬には、降水量の増加を反映して、ふえるが、 日本などの中緯度の冬や、高緯度でも夏には、気温の上昇で雪が雨に変わることを反映して、 減る、という見通しである。