大気環境変化
(大学の授業名は下のとおりですが、教材ページの題名としては上のようにします。)
[新カリキュラム] 人間活動と環境変化 -- 大気の循環
[旧カリキュラム] 温暖化と酸性雨
2026年度 1学期 木曜 3限 A303教室
各回の教材
- 4月 16日 (第1回)
- 授業計画 (下の「シラバス」のうちの「授業計画」参照)
- 小課題 (OpenLMS 4月16日のところに設定する予定。)
- この授業でどのような知識を得ることを期待しているかのべてください。
かならずしも期待にこたえられるとはかぎりませんが、参考にします。
- 人間と環境、環境問題、地球環境問題についてのわたしの観点 (島津康男博士の観点にならったもの)
- 【4月16日の授業時にこのページにあった内容を、つぎのリンクさきに移動しました。】
- [(序論 1) 人類による資源利用と大気汚染の歴史的概観]
- 4月 23日 (第2回)
- 4月 30日 (第3回) 温室効果の強化による気候変化のしくみ
- (この下の内容は授業後次回までにまとめなおして別ページへのリンクにする予定。)
- 気候変化にかかわる放射のプロセス
- [気象にかかわる放射伝達のプロセス] (気候システム論教材ページ)
- (現在の) 地球の気候システムでは、電磁波を波長によって太陽放射と地球放射にわけて考えることができる。さかいめは波長 4 μm あたり。
- 太陽放射については吸収 および 散乱 (その一部が反射となる)、地球放射については吸収と射出がおこる。
- 太陽放射を反射する (気候システムの収入が減る) ... 量は大気成分や地表面状態によって変わりうる。
- 太陽放射を吸収する (気候システムの収入になるが、すでに収入であるもののつけかえのこともある。)
- 地球放射を吸収・射出する (「温室効果」、気候システムの支出への抵抗となる) ... 量は大気成分によって変わりうる。
- [温室効果の基本]
- 分子はその振動・回転の固有モードのエネルギーレベルの差に対応する赤外線を吸収・射出する。
同じ原子からなる2原子分子と1原子分子はきかない。
- 赤外線を吸収・射出する大気成分が多いほど地表温度は高くなる。
この効果は吸収・射出をくりかえすことによって強まるので、
たとえ地表面が出す赤外線が全部大気に吸収されても飽和しない。
- 鉛直1次元および3次元のモデル計算によって、二酸化炭素2倍の気候は1倍の気候よりも
(成層圏の気温は低くなるが)
地上気温が 2～3 K (2～3 ℃) 高くなることがわかった。
ただしこれには水蒸気のフィードバックがふくまれている。それがないと結果は約半分になる。
- [気候システムの中のいろいろなフィードバック] (気候システム論教材ページ)
- 気候システムには温度が上がると出ていく放射がふえることによる負のフィードバックがある。
そのおかげで、気候システムの状態は準定常状態としてあつかえる。しかし...
- 気候システムの中で水の相変化がおこる。これは地上気温あるいは地表温度の変化に対して、フィードバックとしてはたらく。
- 水蒸気 → 温室効果強化 → 温暖化 ... 正のフィードバック
- 雪氷 → 太陽放射反射の強化 → 寒冷化 ... 正のフィードバック
- 雲 → 太陽放射反射の強化と温室効果強化の両方。どちらかといえば太陽放射反射か。
しかも、温度上昇 → 雲水量はふえるが雲が鉛直にのびる。「雲量」はふえるかへるかまだ不明。
- 数十年・百年の時間スケールの気候変化の原因になりうるものごと
- 気候システムが系外から強制をうけなくてもおきる自然変動と、
フィードバック要因 (雪氷、水蒸気、雲 ... いずれも水の相変化) を別として、系外からの強制としてはつぎのものがあげられる。
- 自然起源
- 太陽の変動 (約11年周期変動以外は予測困難)
- 火山起源のエーロゾル (硫酸液滴は主として太陽放射反射にきく) (噴火は予測困難)
- 人間活動起源
- 温室効果気体の変化
- 人間活動起源のエーロゾル (複雑だが、1960-70年代に硫酸液滴が太陽放射反射にきいたらしい)
- 参考となる各論のページ
- 海洋による遅れ
- 海洋は大気よりも (地球表面積あたりの) 熱容量が大きいので、
海洋の温度変化には時間がかかる。
- 海洋の大循環は大きく2つにわけられる。さかいめは明確ではないが、めやすとして深さ 500 m。
- 表層: 風によっておこされる循環 (風成循環) が主。
- 深層: 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 (熱塩循環) が主。
- [(地学 II) 海洋の大循環] のページ参照。
- Spelman and Manabe (1984) などの研究により、つぎのことがわかってきた。
対流圏の気温と海洋表層の水温はいっしょに、放射強制より数十年の遅れをもって上がっていく。
深層の水温の上がりかたは数十年ではよくわからない。おそらく千年ぐらいかかって変化する。
- 「遅れ」と書いたが、時系列をそのまま時間軸上でずらすようなものではない。
エネルギーのためこみによる効果なので、数学的には時間による積分である。
- 5月 7日 (第4回) 温室効果の強化による気候変化のしくみ (つづき)、地球温暖化に対処する国際的なわくぐみ、地球温暖化の将来見通し、地球温暖化の影響 (ごく概略)、地球温暖化の対策の基本的構造 (概略)
シラバス
授業の目的
人間活動は、とくに産業革命以後、大気の成分を変えてきた。その結果には、成分自体がひきおこす問題と、成分が赤外線を吸収・射出することによって気温が変化することからくる問題がある。この授業の前半では、後者の地球温暖化について、そのメカニズム、将来予測、予想される影響、対策の概略にわたって講義する。後半では前者の大気汚染や酸性雨について論じる。
到達目標
地球温暖化が、どのような原因でおこり、どのような構造をもち、どのような定量的な規模の気候変化であるかを理解する。人間社会にとっての地球温暖化問題の大きな構造を理解し、地球温暖化に関する知識を応用できるおうになる。酸性雨をひとつの症状とする広域大気汚染がどのような原因でおこり、どのような構造をもつ現象であるかの概略を理解する。
授業外学修内容・授業外学修時間数
各回に小課題を出すので次の授業開始時までに答えること．授業で扱う主題のすべてを講義では話しきれないので，自発的に本を読むなどして学習すること (参考となる本の例はシラバスに示す指定書のほかにも授業中に示し教材ウェブサイトにリストを置く)．60時間以上の授業外学修時間を確保すること。
授業計画
授業の各回と内容との対応は，進行に応じて変更がありうる。
前半の地球温暖化の話題の講義には増田は慣れており、材料はじゅうぶんあり、教員側の課題は講義時間にあわせてしぼりこむことである。後半の大気汚染の話題は、増田は2024年度の「温暖化と酸性雨」で初めて講義したものであり、自信がない部分もあり、今回も試行錯誤的になる。
- 1. 序論。人間はどのように大気成分を変えてきたかの概観。産業革命前からあるバイオマス燃焼 (かまど、野焼きなど) 、化石燃料の利用、合成化学、核兵器・原子力利用の副作用など。
- 2. グローバルな気候の変化の考えかた。大気・海洋などをふくむ気候システムのエネルギー収支から考える。そのうち支出である地球から宇宙への赤外線射出を変えるのが、大気中の赤外線吸収物質 (温室効果物質) の濃度の変化である。
- 3. 二酸化炭素濃度がふえると地上気温がどれだけ上がるか。真鍋ほか (1967) の鉛直1次元モデルが基本。水蒸気の温室効果は正のフィードバックとなる。海洋によるエネルギーのためこみがある。
- 4. 地球温暖化に対処する国際的なわくぐみ。地球温暖化の将来見通し。地球温暖化の影響 (ごく概略)。地球温暖化の対策の基本的構造 (適応策と「緩和策」)。
- 5. 地球温暖化にともなう水循環の変化、雪氷と海水面の変化。
- 6. 地球温暖化の生態系や人間社会への影響。海洋酸性化 (温室効果とは別の二酸化炭素の効果)。
- 7. 大気中にはどんなエーロゾル (水以外の固体・液体の微粒子) があるか。非生物の自然起源、生物起源、人為起源を含む。
- 8. 酸性雨をふくむ広域大気汚染 (1) 硫酸や硝酸の湿性沈着 (酸性雨・酸性霧)
- 9. 酸性雨をふくむ広域大気汚染 (2) 硫酸・硫黄酸化物や硝酸・窒素酸化物の乾性沈着 (気体やエーロゾル粒子が地表に落ちる)
- 10. オゾンにかかわる光化学反応、平常時のオゾン濃度
- 11. ハロカーボン (いわゆるフロンをふくむ) の生産から成層圏オゾン減損にいたる因果連鎖と、成功した対策
- 12. 光化学スモッグ原因物質 (オキシダント) の主要成分である対流圏オゾン
- 13. エーロゾルとオゾンは地球温暖化をどのように変えうるか?
成績評価の方法
期末および中間のレポートに現われた学習到達度 (合計60%) と小課題の回答提出状況 (40%) によって総合的に評価する。
フィードバックの内容
レポートや小課題を課した場合，次の授業の際にその説明をする。期末レポートについては採点終了後にウェブページに補足説明を出す。
授業実施形態について
講義を主とし、期末と中間のレポートを出題する。計算や作図を含む小課題を出題することがある。
指定図書
(シラバスには入れなかった、増田の読書メモへのリンクを追加しました。)
| 書籍名 | 著者 | 出版者 | 出版年 | ISBN/ISSN | |
|---|
| 絵でわかる地球温暖化 | 渡部雅浩 | 講談社 | 2018 | 978-4-06-511946-4 | [読書メモ] |
| 地球温暖化はなぜ起こるのか | 真鍋淑郎ほか | 講談社 | 2022 | 978-4-06-528081-2 | [読書メモ] |
| 地球温暖化の事典 | 国立環境研究所 | 丸善出版 | 2014 | 978-4-621-08660-5 | [読書メモ] |
| 気候変動と社会 | 東京大学 気候と社会連携研究機構 | 東京大学出版会 | 2024 | 978-4-13-062732-0 | [読書メモ] |
| 現代気候変動入門 | デスラー | 名古屋大学出版会 | 2023 | 978-4-8158-1130-3 | [読書メモ] |
| 酸性雨から越境大気汚染へ | 藤田慎一 | 成山堂書店 | 2012 | 978-4-425-55351-8 | [読書メモ] |
| 越境大気汚染の物理と化学 2訂版 | 藤田慎一ほか | 成山堂書店 | 2021 | 978-4-425-51363-5 | [読書メモ] |
| 広域大気汚染 | 若松伸司、篠崎光夫 | 裳華房 | 2001 | 978-4-7853-8699-3 | [読書メモ] |
| はじめての大気環境化学 | 松本淳 | コロナ社 | 2015 | 978-4-339-06636-4 | [読書メモ] |
| 大気環境モデリング | 鵜野伊津志ほか | 森北出版 | 2021 | 978-4-627-29101-0 | [読書メモ] |
[注] 『越境大気汚染の物理と化学』は2025年に「3訂版」がでています。
教員からのお知らせ
教員からのお知らせは、OpenLMSのこの授業のページをつかうほか、教員ウェブサイトのこの授業のページによることがあるので、履修学生は定期的に見てほしい。
その他
高校理科系程度の数学 (三角関数、指数関数、対数)、物理 (力と運動、エネルギー保存則)、化学 (気体分子、溶液、相変化) などの知識をつかうことがあるので、必要に応じて自習してほしい。
参考URL
| 表示名 | URL | 説明 |
|---|
| MASUDA Kooiti | http://macroscope.world.coocan.jp | この下に教材ページを置く |
| 国立環境研 ココが知りたい地球温暖化 | https://www.cger.nies.go.jp/ja/library/qa/qa_index-j.html |
| アジア大気汚染研究センター | https://www.acap.asia/ |
2026-04-13, 更新 2026-05-02
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)