このページの内容は2003年7月の「地球環境観測」補講の材料として書いたものです。 その後、気がついた範囲で改訂しました。

地球の放射収支は変化しているか

地球がその外とやりとりしているエネルギーは事実上放射(電磁波)だけ であり、それは人工衛星によって直接観測できます (別ページ参照)。 しかし、個々の衛星のセンサーの寿命が限られ、 センサー間の較正が必ずしもうまくいっていないため、 長期の変化傾向については疑問が残っています。

特に問題は、太陽放射と地球放射のそれぞれ全波長のエネルギーフラックス 密度を観測する「地球放射収支」センサーのうち、 地球上の場所ごとのフラックスの分布も観測できる走査(scan)型の 狭視野(narrow field of view)の観測が継続していないことです。 1978年11月-1980年6月のNimbus 7 ERB、 1985年2月-1989年5月のERBE、 1998年1月-8月のTRMM CERES (低緯度のみ)、 2000年3月からのTerra CERESがおもなものです。

地球放射収支の走査型ではない(non-scanning)広視野(wide field of view) センサーのほうは、動く部分がほとんどないのでこわれにくいからだと思いますが、 継続されています。 Wileickiほか(2002)は、ERBEのnon-scanningセンサーを使って1985年から約15年 の放射収支の変化傾向を論じています。 熱帯の宇宙に出ていく地球放射に関しては、増加傾向が見られます。 また、TRMM CERESのデータのある時期についてはそれも比較し、 一致しているので、どちらもバイアスは少ないようだと言っています。

一方、ふつうの気象衛星の走査型のセンサーも継続していますが、 こちらは全波長ではなく、限られた波長帯の放射を観測しています。 地球放射については、おもに、水蒸気の吸収が少ない「大気の窓」領域の 波長帯を観測しています。 それらをもとに、雲に関する全球データセットが作られました (International Satellite Cloud Climatology Project = ISCCP)。 ISCCPの雲の情報から、 大気上端の放射収支も計算され、ISCCP-FDデータセットとして発表されています (Zhang and Rossow, 2002; Zhangほか, 2004)。 熱帯の長期の変化傾向を、 ERBEのnon-scanningセンサーによるものと比較してみると、 太陽放射に関しては、Zhang and Rossowも述べているように、よく対応しています。 しかし、地球放射に関しては、ISCCP-FDでは、 熱帯で特に増加傾向は見られません(1998年は他の年より多めですが、 TRMM CERESほど大きな値にはなっていません)。 ただし、ISCCP-FDの放射の値は直接の観測値ではなく間接的に計算したものなので、 ERBE non-scanningやTRMM CERESの観測が偏っていると疑う根拠としては弱いです。

その後、ERBE non-scanningセンサーのデータは、較正のやりなおしが行なわれました。 衛星の軌道の高さの変化などを反映させたものです。 2006年6月6日現在、 http://eosweb.larc.nasa.gov/PRODOCS/erbe/quality_summaries/s10n_wfov/ erbe_s10n_wfov_nf_sf_erbs_edition3.html という文書ページ (文書作成日付は2005年6月1日、文書ファイル最新改訂は2006年4月27日)によれば、 最新の公式版はS10N WFOV ERBS Edition 3ですが、 さらに修正したEdition 3 Rev. 1というものが非公式に公開されています。 (ただし非公式公開のデータは格子点データではなく広域平均だけのようです。) 上記文書ページに示された評価結果によると、次のように、 この期間の熱帯の外向き地球放射の変化傾向は改訂によってISCCP-FDの結果に近づいており、 増加しているとしてもその量は小さいようです。 しかし、反射される太陽放射の減少傾向は、 修正後のERBEとISCCP-FDが共通に示しており、確かさがましたと思われます。 この修正とその結果については、Wong et al. (2006)の論文でも論じられています。

表: 熱帯(緯度20度以下)の大気上端での放射収支の、 1985〜89年と1994〜97年の間の変化。

Edition 2が、Wielickiほか (2002)の研究に使われたものです。 このページの比較には、 HIRS Pathfinder (地球放射のみ)とAVHRR Pathfinderという 別の2つのデータセットも含まれていましたが、ここでは省略しました。 このページにはEdition 3 Rev 1およびISCCP-FDを含む 1985年から1999年までの毎月の値(長期平均からの偏差)の比較グラフもあります。

参考文献

• Wielicki, B.A., Wong, T., Allan, R.P., Slingo, A., Kiehl, J.T., Soden, B.J., Gordon, C.T., Miller, A.J., Yang, S.-K., Randall, D.A., Robertson, J. Jacobowitz, H., 2002: Evidence for large decadal variability in the tropical mean radiative energy budget. Science, 295, 841 - 844.
• Wong, T., Wielicki, B.A., Lee, R.B.III, Smith, G.L., Bush, K.A. and Willis, J.K., 2006: Re-examination of the observed decadal variability of earth radiation budget using altitude-corrected ERBE/ERBS Nonscanner WFOV data. Journal of Climate, 19, 4028 - 4040.
• Zhang, Y. and Rossow, W.B., 2002: New ISCCP global radiative flux data products. GEWEX News, 12 No. 4 (Nov. 2002), 7. (http://www.gewex.org/にある。 もう少し詳しい情報は、 http://isccp.giss.nasa.gov/projects/flux.html にある。)
• Zhang, Y.-C. Rossow, W.B., Lacis, A.A., Mishchenko, M.I. and Oinas, V., 2004: Calculation of radiative fluxes from the surface to top-of-atmosphere based on ISCCP and other global datasets: Refinements of the radiative transfer model and the input data. Journal of Geophysical Research, 109, doi 10.1029/2003JD004457.