課題1

地球放射収支(大気上端でのエネルギー収支)についての 人工衛星による観測の格子点データがある。 (Hartmannが図2.9〜2.12を作るのに使っているのと同じもののはず。 ただし細かい改訂はあるかもしれない。)

この数値を集計してHartmannの図2.12 [アクセス限定リンク] を再現してみてほしい。

また、全球で集計した数値はどうなるか。 緯度帯ごとの面積を考慮して集計する必要がある。

結果として得られるエネルギー収支の不つりあいは 実際の地球の大気水圏のもつエネルギーの時間変化にしては大きすぎる値になるはず。 これは観測機器の誤差のためと思われる。 衛星上の放射フラックス観測機器は、 相対精度はよいが、較正の原点がずれてしまっているらしい。 また、観測時刻の偏りのせいもあるかもしれない。 [別ページ(慶応大教材)]参照。

そのほか、地理的分布(図2.9, 2.10, 2.11参照)を見たり、 海と陸との違いを見てみることを勧める。

海と陸の比較については、 ERBEより前のNimbus 7 ERBのデータによるものだが、 もと気象衛星センターの久保田 効(いさお)氏による報告 (久保田・今井 1986a,b; Kubota 1989)がある。

次の課題では、地表面でのエネルギー収支に関するデータを加えて計算をしてもらう予定。

データ

地球放射収支の衛星観測データ

ERBE (Earth Radiation Budget Experiment)という、 3つの衛星(Earth Radiation Budget Satellite, NOAA 9号、NOAA 10号)が使われた 観測プロジェクトで得られた「ERBE S4」というデータセット。 NASA Langley Research Center (http://eosweb.larc.nasa.gov/)から提供されている。 走査型(狭視野)センサーの観測値を、 空間は緯度経度2.5度格子、時間は月ごとで集計した値が含まれている。 ERBSおよびどちらかのNOAAのデータがある期間は1985年2月から1989年5月途中まで。 ここでは、よいデータのある1985年2月から1989年4月まで、 それぞれ、1月なら1月についてあるだけの年を平均したものを作った。 気候値としてじゅうぶんな年数ではないが、仮の気候値のように扱う。 用意した変数は次のとおり。 このうちalbedo以外については、年平均も計算した。

• sw (shortwaveの略): 大気上端から出ていく短波(太陽放射の波長帯)の放射 エネルギーフラックス密度。単位はW/m²。
• lw (longwaveの略): 大気上端から出ていく長波(地球放射の波長帯)の放射 エネルギーフラックス密度。単位はW/m²。
• net (正味): 大気上端での正味下向き放射エネルギーフラックス密度。単位はW/m²。
• albedo: 太陽放射のうち反射される部分の割合。%で示す。

ERBEについての参考文献は、 Barkstromほか(1989), Ramanathanほか(1989), Hartmannほか(1986)などがある。

演習用データは、CD-Rのディレクトリerbe_s4に用意した。 形式はテキストファイルで、 その中に数値が固定長フィールドに数字(およびピリオド、マイナス)で書かれていて、 数値の間には空白がある(空白は単独でも複数続いてもひとつの区切りとみなす)。 データは、北から順に、 1つの緯度帯が1行になる(緯度帯の終わりに改行がある)形で入れてある。 最初の行が北緯90〜87.5度、次が北緯87.5〜85度。 (他のデータセットでは南からの場合もあるので注意。) 各行は、グリニッジ経線から東に順に数値が入れてある。 各行の最初の数値が東経0〜2.5度、次が東経2.5〜5度。 (他のデータセットでは日付変更線からの場合もあるので注意。) データが欠けているます目は、999.99という数値で表現されている。 ファイル名は、変数名 + "av" (平均を示す) + 月(数字2けた) + ".txt" の形にした。 年平均値は月の代わりに "an" (annualの略)とした。

大気上端に入射する(下向き)太陽放射については、 ERBE S4にはわかりやすい形では含まれていなかったが、 地球の公転・自転の情報さえあれば幾何学的計算によって求めることができる。 また、これは緯度・季節・時刻にはよるが経度によらない。 ここでは、Berger (1978, 1979)の定式化した方法で日平均の 放射エネルギーフラックス密度を計算し、月別に集計した。 太陽定数の値は 1365 W/m²と仮定した。 厳密にいうと暦年の初めの軌道上の地球の位置は年によって少しずつ違うが、 ここではその違いまで考慮した計算はしていない。 ファイル名は上と同様で、変数名を "insol" (insolationの略)とした。 データ形式も上と同様だが、各行の数値は1個だけである。

海陸分布データ

ISLSCP2 (International Satellite Land Surface Climatology Project, Initiative 2) というプロジェクトで、 植生・気候などに関する世界規模の格子点データの収集が行なわれた [別ページ参照]。

この中の、"land water mask"というデータのグループ (Jet Propulsion Laboratoryで編集されたもの)に、 緯度経度0.5度格子でのそれぞれのます目の陸の面積の割合のデータ (ファイル名 land_percent_hd)がある。 ここでは、それを緯度経度2.5度格子で集計しなおし、 上記のERBE S4データと同じ形式にして、 islscp2/landf2_5.txtとして用意した。 数値は無次元量(単位のない数)で、範囲は0以上1以下である。

参考文献

• B. Barkstrom, E. Harrison, G. Smith, R. Green, J. Kibler, R. Cess and ERBE Science Team, 1989: Earth Radiation Budget Expermient (ERBE) archival and April 1985 results. Bulletin of the American Meteorological Society, 70, 1254 -- 1262.
• A.L. Berger, 1978: A simple algorithm to compute long term variations of daily or monthly insolation. Contribution No. 18, Institut d'astronomie et de geophysique, Universite Catholique de Louvain, Louvain-la-neuve, Belgium.
• A.L. Berger, 1979: Long-term variations of daily insolation and Quaternary climatic changes. J. Atmos. Sci., 35, 2362 - 2367.
• D.L. Hartmann, V. Ramanathan, A. Berroir and G.E. Hunt, 1986: Earth radiation budget data and climate research. Revews in Geophysics, 24, 439 -- 468.
• 久保田 効, 今井博子, 1986a: 地球放射収支の海陸差について。 気象衛星センター技術報告, 13, 1 -- 31.
• I. Kubota and H. Imai, 1986b: Land-sea contrast in the earth radiation budget. J. Meteorol. Soc. Japan, 64, 871 -- 879.
• I. Kubota, 1989: Land-sea difference of the earth radiation budget. Geophysical Magazine (気象庁), 43, 19 -- 43.
• V. Ramanathan (ラマナサン), B.R. Barkstrom and E.F. Harrison, 1989; 松野 太郎, 大内 彩子, 増田 耕一 訳, (1990): 気候と地球放射収支。パリティ, 5 (1月号), 2 - 16.