地学

グローバルな気候の変化 (1)

リンク先の大部分は、 [気候システム論教材]、 「用語補足」は 個人ブログの記事で、 おもに記事カテゴリー「気象むらの方言」と「バベルの塔の職人長屋」に入れたものです。

【『自然地理学事典』(2017, 朝倉書店) {板倉図書館1階参考図書、電子ブックEBSCOにもある} [読書メモ]の 増田が分担執筆した項目 (とくに「B8」の番号がついている3つの項目が、 「グローバルな気候の変化」(1)と(2)の論点とだいたい同じです。)


グローバルな気候の変化 と ローカルな気候の変化

人が直接体験するのはローカルな気候である。 観測もたいていはローカルなものであり、 グローバルな量、たとえば「世界平均地表温度」は、 多数のそれぞれローカルな観測を集めて推計されたものである。 人間社会が気候に適応するのも、ローカルな気候への適応であることが多い。

しかし、物理法則にもとづく理解や、将来の見通しをもつことについては、 グローバルな気候のほうが相対的にはあつかいやすく、ローカルな気候はむずかしい。 グローバルな気候の変化の原因としては、 気候システム全体のエネルギー収支を変化させる作用を考えればよいだろう (それ以外の原因がないといいきれるわけではないが)。 ローカルな気候の変化の原因としては、エネルギー収支の変化による原因にかぎっても、 さらにつぎのものを考える必要がある。


気候システム全体のエネルギー収支を変える要因

ここでは、グローバルな気候の変化をあつかい、 その原因として、気候システムのエネルギーの総量を変化させる要因を考えることにする。 それは、エネルギーの収入である太陽放射の吸収か、支出である地球放射の射出か、を変える要因である。

放射を変化させる要因には、気候システム外からのものと、気候システム内のものがある。 気候システム外からあたえられる要因が変動すると、気候システムは強制作用をうけることになる。 気候システム内部の変量であり、温度にともなって変動するものは、温度の変動に対して、フィードバックとしてきく。

太陽放射の吸収を変える

太陽放射の吸収量を変える要因としては次のものがある。

地球放射を変える ... 温室効果

地球放射に対する効果は、いわゆる温室効果である。 これは、赤外放射を吸収し射出する物質(温室効果物質)が多いと、 仮に地表面温度が同じとすれば、出ていく地球放射が小さくなる、という構造になっている。 いわば、「ふろおけモデル」の水の出口がつまりぎみになったことにあたる。 (これについては、鉛直1次元モデルによる温室効果の定量的評価のあとで、また論じる。)

なお、放射を吸収する物質は同じ波長の放射を射出する物質でもあり、 吸収率は射出率(実際に射出する放射の黒体放射に対する比)にひとしい。 温室効果物質には次のものがある。

大気中の温室効果物質がふえると、地球放射の吸収・射出の回数がふえることによって、 地表面温度(あるいは地上気温)が高くなる。 このしくみは、現実を単純化して、「太陽放射に対しては透明、地球放射に対しては黒体と同じ」の 「ガラス板モデル」でデモンストレーションすることができる。 ただし、この議論は準定常状態をたもちながらゆっくり変化することを想定している。

(放射吸収が飽和しても、温室効果が飽和するわけではない。)


温室効果気体濃度の増加

【[注意] この部分の話題は、地学の基礎的なことがらとしての、さまざまな時間スケールをもつ気候の変化から、 時間スケールが数十年から百年の、世界人類にとっての課題となっている、人間活動起源の気候変化 (いわゆる「地球温暖化」) にうつっている。】

工業化(産業革命)以後、大気中の温室効果気体濃度はふえている。

【[補足] 濃度の数量表現について。ここでいう ppm は百万分の1、ppb は十億分の1である。 ただし、質量比ではなく、「体積比」である (volumeのvをつけてppmvのように書くこともある)。 これは、理想気体の近似を前提としていて、むしろ「分子数比」と考えたほうがよい。 たとえば、二酸化炭素濃度が 400 ppm とは、 空気の分子 百万個のうち400個がCO2であるということである。】

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温室効果気体濃度のこれまでの変化 (IPCC第5次評価報告書 第1作業部会の巻 (2013年) 付録2のデータから作図、 ただし 2011年以後は IPCC第6次評価報告書 第1作業部会の巻 (2021年) 付録3のデータによる)


気候システムの中のいろいろなフィードバック

世界平均の地表面温度または地上気温を代表変数として、 気候システムの中でおこるフィードバックを考えてみる。

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[図] 気候システムの中のフィードバック


2020-11-22, 2021-12-06
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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