授業でまなんだ知識を確認する問題です。 大気と海洋の大循環 (全地球規模の循環) について、 別の年にはおおまかな形で出題したのですが、 今回はそれぞれの項目について書いてほしいことをあげてみました。 大気や海洋の循環は 3次元の複雑な現象ですが、 それを説明するときは、単純化した描像をつかいます。 循環の種類によって、どういう単純化をするかがちがいます。 大気の熱帯の循環と海洋の深層循環については、南北・鉛直断面がおもになり、 大気の温帯の循環と海洋の表層循環については、水平面がおもになります。 また、大気の温帯の循環は、動く波が重要ですが、 そのほかは、おおまかにとらえるかぎりでは、時間平均した場で考えてかまいません。
まず南北・鉛直循環についてのべると、 上昇は赤道付近、下降は緯度30度付近、高緯度にむかう風は対流圏の上端付近、 低緯度にむかう風は地表付近にあります。
東西風についてのべると、対流圏の上端付近に西風、地表付近に東風があります。 そして、水平2次元の風ベクトルのうちでは、東西成分のほうが南北成分よりも大きいのがふつうです。
「ハドレー循環」 (Hadley circulation) ということばは、(狭い意味では) 南北・鉛直循環をさします。 しかし、それにともなって必然的に東風・西風もできます。 それもふくめた大気の循環の形をさして、「ハドレー循環」ということもあるかもしれませんが、 わたしは、それは、英語でいえば Hadley regime (of the atmospheric general circulation)、 日本語では「(大気大循環の) ハドレー型体制」というのがよいと思っています。 (受講生のみなさんにこのような専門用語をおぼえることをもとめるものではありません。)
対流圏中層 (地上からの高さ 5000 m ぐらい) の水平な面に注目すると、 基本場は、低緯度側の気圧が高く、高緯度側の気圧が低くて、西風がふいている状態です。 しかし、実際には西風がまっすぐふいていることはなく、 波打っており、気圧の谷 (英語では trough トラフ) と 峰 (ridge リッジ) があります。 気圧の谷や峰は、西から東に進みます。 高緯度に向かう風は、気圧の谷の東側 (進行方向に即していえば、前面)に、 低緯度に向かう風は、気圧の谷の西側 (進行方向に即していえば、後面)にあります。 【採点したとき気づいたのですが、 「どこに高緯度に向かう風・低緯度に向かう風があるか」を、 どのようにのべるかは、むずかしい問題だったと思います。 そこをまちがえた答案も、書かなかった答案も、減点はすこしだけにしました。】
この気圧の谷は、温帯低気圧をともなっています。 温帯の大気大循環の体制は、西風の波動が主役、いいかえれば、温帯低気圧が主役となったものです。 授業ではわたしはこのようなのべかたをしました。 この体制を、英語では Rossby regime とよぶ人たちがいます。Rossby は人名 (20世紀の気象学者) です。 日本語で「ロスビー循環」と書かれることがあります (わたしも書いてしまったことがあります) が、 これはうまくありません。「大気大循環のロスビー型体制」がよいでしょう。
なお、温帯で、風を東西全経度平均して、南北・鉛直循環をみると、 ハドレー循環とは逆まわりに、高緯度にむかう風が地表付近に、低緯度にむかう風が対流圏上端付近にあります。 この循環には「フェレル (Ferrel) 循環」という名まえがついていますが、わたしの授業ではふれませんでした。 温帯の大気大循環にとって、これは、あきらかに、わき役だからです。
これは、風によっておこされる循環です。
北太平洋の、亜熱帯を中心とする海域 (北緯 15～40度ぐらい) にしぼって、海面付近の水平な面でみると、 上から見て時計まわりの循環があり、 海にとっての西岸付近 (日本付近など) に高緯度に向かう流れ、 東岸付近 (カリフォルニア付近など) に低緯度に向かう流れがあります。
これは、基本的に、温度と塩分できまる密度の不均一によっておこされる循環です。
大西洋の北半球の部分にしぼって、南北・鉛直断面を考えます。 高緯度 (グリーンランド付近) に集中した下降 (しずみこみ) がおきています。 高緯度に向かう流れは、表層にあります。 低緯度に向かう流れは、深層全体にひろがっています。
この問題は、参考資料持ちこみなしの試験にして、各自、文章を考えてもらうつもりでした。
レポートにしたので、既存の文章の切りばりと思われる答えが多くみられました。
わたしの教材ページの文章の切りばりだと、話題があうものをひろうことはできますが、 かならずしもレポート課題と同じ問いに対して書かれたものではないので、 答えとしては変なこともありました。
レポートに参考資料の URL があげられているもののうちには、山賀 進 先生の教材ウェブページがありました。 山賀先生はながらく高校の先生をしていたかたで、 そのウェブサイトは、高校でいう「地学」の範囲の全般をカバーする教材としてはすぐれています。 ただ、大気循環のところは、地表付近の風に重点をおいた記述になっていて、わたしの問題とは重点がずれています。 山賀先生はわたしよりも年長で、どちらかというと地球内部が専門なので、 気象のところは、1970年代ごろおしえられていた知識を説明しているところがあるのだと思います。
複数の人の文面がほとんど同じばあいがありました。 学生がいっしょに勉強することは奨励したいのですが、 理解がともなわないまるうつしをしてほしくはありません。 今回は、だれがまるうつしをしたかを推測するのは、やめておきました。 しかし、まるうつしが通用するとは思わないでください。
日本の国土面積と、記事に書かれた比率から、グリーンランド氷床の面積がわかります。 それに、記事に書かれた平均の氷の厚さをかけると、氷床の体積がわかります。 それに氷の密度をかけると、氷床の質量がわかります。 ただし、単位の換算に注意する必要があります。 長さの km と cm を m に、質量の g を kg にそろえて計算するのがよいでしょう。
問い 1 でえられた質量を、記事にかかれた1年あたりの質量減少量でわれば、年数がえられます。 (わたしは、その年数をそのままこたえればよいとするつもりでしたが、 2000年から「いま」までの年数も考慮した答案もありました。 問題の趣旨からはそのほうがよさそうですが、 得られた数値に対して、20年ぐらいは誤差未満になるので省略できます。)
なお、問題文にも書きましたが、 これは現象の時間スケールのおおまかな見当をつける計算にすぎません。 質量減少量は、今後も変動するでしょう。
これは計算というよりも文章読解です。
くみあわせると、(現在進行中の) 海水面上昇は、グリーンランド氷床によるぶんの 2×3倍 となります。
グリーンランド氷床が全部なくなると、海水面は現在にくらべてどれだけ高くなるか。 ただし、海水の熱膨張、陸水流出、南極氷床や山岳氷河の融解などの要因はひとまず省略して考える。
これは、問い 1 で得られた質量を、 海水の密度でわって、海水の体積にしたうえで、海洋の面積でわればよいのです。 海水の密度は純粋な水と同じとしてよいとしましたので、1.0 g/cm3 です。 問い 1 と同様に、単位に注意が必要です。
なお、氷の密度と水の密度のちがいを無視すると、 それを区別したばあいの 1.1倍ぐらいの値がえられます。 ここは区別してほしかったのですが、区別しなくても大きなまちがいではありません。
地球温暖化の対策というと、すぐ、エネルギー資源の節約や、再生可能エネルギーへのきりかえを 思いうかべる人もいますが、それは、二酸化炭素排出削減策であり、 地球温暖化の対策としては「緩和策」(英語では mitigation) に分類されるものです。
今回のレポートでは「緩和策」をはずして「適応策」 (adaptation) を論じてほしかったのですが、 もしかすると、授業でその区別をじゅうぶん説明していなかったかもしれません。
また、気候変化への適応を考える際には、 気候の予測情報に不確かさがあることも考慮してほしかったのです。 しかし、気候適応策の問いと、不確かな情報をいかに利用するかという問いとを、 まとめてしまったので、答えにくい問題になってしまったかもしれません。
地震や感染症についての不確かな情報をいかに利用するかの例が、 気候適応策を考えるとき参考になることは、ありうるでしょう。
天気予報や、気候変化の予測型シミュレーションの、精度をあげることは、もちろんのぞましいのですが、 決定論的に言えることにはかぎりがあり、確率的な予測をつかうことを考える必要があるでしょう。
気候適応策のうちわけとして、農作物の品種改良 (高温や乾燥に適応できる品種を育成する) を あげた人がわりあい多かったのは、生命科学部らしい特徴だと思います。
農作物についての適応策には、作付け時期を変えることや、作付け場所を変えることも、あります。
洪水の際の避難の態勢をととのえることは、もちろん防災でもありますが、 大雨や高潮の頻度がふえることへの適応策ともなります。
洪水対策としては、土地利用の見なおしもあります。 工場や倉庫などは水没しにくいところに立地すべきでしょう。
ダムは、洪水対策としても、水資源対策としても、考えられます。 とくに、雪が雨にかわるばあいに、冬の雨をたくわえるために必要とされるかもしれません。 しかし、ダムは生態系や地域社会への影響が大きく、手ばなしで奨励できるものではありません。 もし建設がよいとされるとしても、いろいろな調整が必要です。
「人工降雨」をあげている答案がありました。 これは授業ではふれなかったと思いますが、 いまある人工降雨技術は、すでにある雲に、氷の結晶の成長をうながす物質をまくことによって、雪がとけてできる雨がふるのを早めるものです。 したがって、地域の降水量を大きく変えるものではありません。 地域にふる雨のうち水源池の集水域にふるわりあいをふやすことはできるかもしれませんが、 そのために飛行機や薬剤などの資源を投入するねうちがあるか、わたしは疑問に思っています。