レポート課題のひとつとして、もっと知りたいことをあげてほしいと言いました。 わたしのわかる範囲でお答えします。 対応が学期終了後までおくれてしまってすみません。
1. 気候システム内におけるエネルギーの収支に変化をもたらす要因は、具体的にどのようなものなのでしょうか。
気候システムの内部をわけると複雑になりますが、 話題を気候システム全体のエネルギー総量に変化をもたらす要因にかぎれば、 それは、気候システムのエネルギー収入である太陽放射の吸収を変える要因か、支出である地球放射 (赤外線) の宇宙空間への射出を変える要因です。 太陽放射の吸収を変える要因としては、太陽自体が出す放射の変化、太陽と地球との幾何学的関係の変化、 地表面の太陽放射反射率の変化 (そのうちで大きいのは雪氷による被覆の変化)、大気中の雲やエーロゾルによる太陽放射反射率の変化があります。 地球放射の射出を変える要因は、大気の成分が赤外線を吸収・射出することによるいわゆる「温室効果」の変化で、 こちらにも雲・エーロゾルもききますが、気体成分として重要なのはまず水蒸気、つぎが二酸化炭素です。
このうち水の相変化による水蒸気・雲・雪氷は、温度にともなって変化するので、気候システムにとって外部からの強制ではなく 内部のフィードバック要因となります。
太陽と地球との幾何学的関係は、日変化、年変化のほか1万年から10万年の時間スケールでは重要ですが、10年から100年の時間スケールでは変化しないとみられます。
そこで、気候システムにとっての外部からの強制として、10年から100年の時間スケールで重要なのは、 自然要因としては太陽自体の変動と火山起源のエーロゾル、人間活動起源要因としては二酸化炭素などの温室効果気体と人間活動起源のエーロゾルです。
ただし、太陽の変動と火山噴火は、予測にふくめることが困難です。 人間活動起源のエーロゾルは、空間分布が不均一なので評価がむずかしいのですが、 1960～70年代には重要だったが、いまでは温室効果気体にくらべて相対的には効果が小さいと考えられています。
2. 確かに大気中の温室効果気体の増加が地球温暖化を引き起こしていますが、 氷期/間氷期サイクルという長い時間スケールによれば、寒冷化に向かっているのではないですか？
人間活動起源の大気中の二酸化炭素濃度濃度の増大は現代にかぎったことですが、 氷期サイクルでは、氷期のほうが二酸化炭素濃度が低かったことが、南極の氷の分析からわかっています。 (原因はまだよくわかっていませんが、海洋の植物プランクトンの光合成とそれでできた炭素化合物をふくむ粒子の沈降がかかわっているでしょう。) これが、氷期と間氷期の気温の差の半分くらいをもたらしており、 とくに、氷の面積の変化が小さかった南半球で氷期のほうが気温が低かったことの、おもな要因だと考えられています。
もし人間活動による二酸化炭素の排出がなかったとすると、 氷期サイクルに影響するおもな気候システム外からの強制は、太陽と地球との幾何学的関係の変化であり、とくに北半球の夏の太陽放射が重要であると考えられています。 北半球の夏に入射する太陽放射の極大はいまから約1万年前で、いまは極小に近いので、 気候は数千年以内に氷期にむかうはずだ、という理論的考察があります。 しかし、最近の百万年ぐらいのうちでは、最近の数万年間は、地球の軌道の離心率が小さい (軌道が円に近い) ので、 北半球に入射する放射の2万年周期変動の振幅が小さいです。 それで、氷期にむかうのは2万年あまりさきになるだろうという考えもあるそうです (わたしはその論旨をおいかけていませんが)。
人間活動による二酸化炭素濃度の増加がここまでおこると、もしこれでとまったとしても、 氷期にむかうのはすくなくとも2万年さきになるだろうと考えられています。
3. 地球は温暖期と寒冷期を繰り返していると思いますが、地球のエネルギー収支はどう変化しているのでしょうか。
おおまかに見ると、温暖期、寒冷期、それぞれにエネルギーの収入と支出はつりあっています。 もうすこしこまかく見ると、収入のほうが多ければ温暖化、支出のほうが多ければ寒冷化が進行することになります。
もし温暖期と寒冷期のちがいが、雪氷 (氷河・氷床、積雪、海氷) におおわれた面積のちがいに対応するとすれば、 寒冷期のほうが、地球のエネルギー収入が少なめであり、(地表面の温度が低いのでそれが射出する熱放射も弱いことから) エネルギー支出も少なめです。
もし温暖期と寒冷期のちがいが温室効果気体濃度により、雪氷にはよらず、雲の変化も小さいとすれば、 温暖期も寒冷期も、太陽放射吸収はあまりちがわず、地球から宇宙空間に出ていく放射もあまりちがわず、 ただ、気候システム内部で、地表面から宇宙空間に出ていく赤外線が吸収・射出をくりかえす回数が温暖期のほうが多い、ということになるでしょう。
4. 地球温暖化によって海面の高さが上昇する（陸の氷が海へ and 海水の膨張）と言われていますが、海の深いところまで影響するのはかなり遅くなるのではないですか?
海水の温度変化は、水温躍層 (深さは場所によってちがいますがおおまかに海面から数百メートル) から上では数十年、 深層では約千年の時間スケールで進行すると考えられています。 海面上昇のうち、温度変化にともなう海水の体積の変化による部分は、このしくみによるので、時間軸上で数十年スケールと千年スケールの 2種類の遅れをもっておこるはずです。(ここでいう「遅れ」は時間をずらすことではなく、むしろ、時間による積分です。)
深層にすでに温度上昇があらわれているという報告があります。 表層の温度上昇が、海洋の力学 (水が水を押すこと) をつうじて深層にも 大きな遅れなしに影響をおよぼしていると考えることができます。 ただし、それによる深層の温度上昇は、気温の上昇にくらべれば小さいでしょう。 深層の海水温に気温の上昇にみあった大きさの上昇がおこるには千年スケールの時間がかかるでしょう。 [この部分、わたしは最近の研究動向を追っておらず、大まかな知識をもとに理屈で考えたことです。 8月10日に書いた表現は断言がつよすぎたので、8月20日に修正しました。]
5. もし温室効果ガスの排出が突然0になったら、気候システムが平衡を取り戻すまで、海面はまた上昇し続けるのではないでしょうか。 そして上昇後の海面は気候システムの回復によって低下することができるのだろうか。
温室効果気体排出量がゼロになっても、大気中の温室効果気体濃度はすぐには下がらず、大気からの下向き地球放射が大きい状態がつづいて、 海水温はその放射とつりあうよりは低いので、温度上昇がつづくでしょう。 したがって、海水の熱膨張による海面上昇はつづくでしょう。 この部分は、大気中の温室効果気体濃度がさがれば、もとにもどるでしょうが、 それはおそらく陸上生態系と海洋表層の二酸化炭素吸収能力によるので、数百年の時間がかかるでしょう。
陸上の氷床・氷河がとけて海水の質量がふえることによる海面上昇も、同様な理屈で、つづくでしょう。 そしてこちらは、氷がふえるには、海から蒸発した水蒸気が雪として陸上につもり、夏でもとけずに残る必要があるので、回復はむずかしいです。 排出がとまって千年の時間スケールでは、回復しないでしょう。
6. 1970年代から1990年代にかけて世界的な気温上昇が明示化され、 地球温暖化が政策課題として取り上げられるようになったとありましたが、 それに対してかつてのアレニウスのように地球温暖化を肯定的に捉える派閥は存在しなかったのでしょうか。
1970年代から1980年代には、たぶん派閥ではなく、まじめな議論がありました。 温暖化にともなって、寒さによる病気がへったり、暖房などのエネルギー資源消費をへらすことができたり、農業生産があがる地域はたしかにあります。 世界全体としてどうかは、むずかしい問題です。 しかし、いまの世界の人間社会で、損をする人と得をする人がいたとき、うめあわせをするしくみは発達していません。 そこで、ともかく損をする人をへらすべきだというのが、主流の意見になってきたと思います。
温暖化とはいちおう別の問題として、大気中の二酸化炭素がふえることは、光合成の原料がふえるので、農業の収量にとってはよいことだという考えがあります。 これについては1980年代から2000年代に研究がすすみ、実際の作物では、期待したほど収量がふえない、という認識になってきています。 ただし、葉の気孔のひらきかたが小さくなり、作物が必要とする土壌水分は少なくてすむようです。
1990年代から2000年代に、温暖化あるいは二酸化炭素の増加がよいことだと宣伝する派閥が、アメリカ合衆国やオーストラリアなどを中心に、あらわれました。 そのスポンサーは、石炭や石油などの化石燃料に関連した産業、あるいは、企業の自由を主張して環境規制をふくむ政府による規制に反対する政治勢力でした。 他方、原子力に関連した産業が、温暖化が深刻な問題だという宣伝のスポンサーになったこともあります。
7. 気象のデータ解析を扱う際のプログラム言語はなぜ今でもFortran を使用しているのですか？また海外でもFortranは主力なのでしょうか?
数値計算をするためにまず発達したプログラム言語が Fortran でした。 気象の分野では数値シミュレーション (数値天気予報や気候モデル) が早く発達したので、 シミュレーションだけでなくデータ解析にも、Fortranをつかってきました。
最近 (2010年代以後)、気象のデータ解析につかわれるプログラム言語としては、Python [パイソン] が多くなってきました。 しかし、数値シミュレーションは、いまでも Fortran がおもです (むかしとはちがった標準規格ができていますが)。 短いプログラムを書くのには Python のほうが便利ですが、 長いプログラムをまちがいなく構築するには、Python は適しておらず、利用可能な言語のうちでは Fortran (の新しい規格) がよいのです。