温暖化と酸性雨

2024年度 1学期 木曜 3限 (4月11日開始) AC 301 教室

気象学に関連する環境問題として、 地球温暖化と、広域(越境)大気汚染 [注] をとりあげます。 酸性雨は広域大気汚染のひとつのあらわれです。

• [注] 人間社会にとっての問題としては、 国境をこえることによって困難さがますので、「越境」であることが注目されます。 しかし、自然現象としては、国境はどうでもよいので、 「広域」という表現には空間スケールがさだまらないという難点はありますが、 わたしの用語は原則として「広域」としておきます。

広域大気汚染については、はじめて授業を担当するので、材料は追い追い整備していきます。

各回の内容、教材本文へのリンク

• 4月 11日 (第1回)
  • [序論]
• 4月 18日 (第2回)
  • [グローバルな気候の変化] [授業時にはウェブページが未完成でしたが、2024-04-19 改訂しました。]
• 4月 25日 (第3回)
  • [温室効果の基本]
• 5月 2日 (第4回) 温室効果気体濃度の変化がひきおこすグローバルな気候の変化
  • この回にかぎり (連休を利用してフィールド調査や帰省をする人もいると思うので) zoom 中継をする予定です。 ただし zoom 画面に表示される内容は教室のスクリーンと同じで、 黒板に書いたものはうつりません。 zoom の番号はポータルサイトのオンライン授業のこの授業のページのこの回の「授業予告」に書きます。
  • 今回は、まえにつくった教材ページを部分的に改訂して再利用します。全部つかうとはかぎりません。
  • [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)
  • [エーロゾルの役割] (気候システム論教材ページ)
  • [太陽が出している放射の量の変化 (最近40年ぐらいの事実)] (気候システム論教材ページ)
  • [太陽活動の気候への影響] (気候システム論教材ページ)
  • [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)
  • 数十年・百年の時間スケールの気候変化の原因について考えると、 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)
  • [定常応答と、海洋による遅れ] (気候システム論教材ページ)
    • [ここから、授業で話したことをあとで補足]
    • 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 9日 (第5回) (百年規模の気候変化としての) 地球温暖化の原因と主症状
  • (IPCC第6次評価報告書をふまえた更新ができていませんが、基本はかわっていないはずです。)
  • [地球温暖化の理解の簡単な歴史] (気候システム論教材ページ)
  • [二酸化炭素濃度の時系列] [2024-05-14 補足]
  • [IPCCについて、IPCCへの貢献を想定した日本での研究] (気候システム論教材ページ)
  • [問題になっている温室効果気体 (数値はIPCC第5次報告書にもとづく)] (気候システム論教材ページ)
  • [温室効果気体濃度の時系列] [2024-05-30 ページ再編成]
  • [炭素循環の概略 (IPCC 第(1,3),4,5次報告書にもとづく)] (気候システム論教材ページ)
  • [(IPCC (第4次以降) で中心的に扱われてきた)気候「予測」の考えかた] (気候システム論教材ページ)
  • [IPCC第5次報告で使われた「RCP」濃度シナリオ、排出量、気候モデルの結果の全球平均地上気温] (気候システム論教材ページ)
  • [気候システムの感度の指標としての、二酸化炭素倍増に対する定常応答] [講義で話した内容を 2024-05-12 文章化]
    • (補足) [二酸化炭素濃度に対する気温の定常応答(平衡応答)と過渡応答、気候感度] (2015-07-15)
    • (補足) [気候感度についてもう少し広く考える] (2015-07-17)
• 5月 16日 (第6回) 地球温暖化にともなう水循環の変化、海水面の変化
  • [「地球温暖化」は単に温度が上昇することではない (と考えよう)] (序論の補足)
  • [二酸化炭素濃度の時系列] (前回の補足)
  • [地球温暖化にともなう水循環の変化]
  • [雪氷圏] (地学 II 2023年度)
  • [地球温暖化にともなう海水面の変化] [2024-05-30 ページ再編成]
• 5月 23日 (第7回) 地球温暖化の生態系や人間社会への影響、海洋酸性化
  • [海洋酸性化] [2024-05-30 ページ再編成]
  • [地球温暖化の影響 (impacts) と対策についてのメモ] [2024-05-30 ページ再編成]
    • [地球温暖化の影響 (impacts) と対策についてのメモ] のページの 「温暖化の影響についてレビューした本の例」のところに、 いくつかの本の書誌情報を列挙した。 それぞれの本の「読書メモ」に本の目次を書きぬいてあるので、 そのキーワードを見ると、どのような対象について影響の議論がされているか、つかめると思う。
  • (参考) [将来見通しの確かなことと不確かなこと、悪影響を軽減する方策] (2019年度 首都大学東京 公開講座)
  • [第7回小レポート課題と中間レポート準備]
• 5月 30日 (第8回) 地球温暖化についての中間レポート出題、エーロゾルについての序論
  • [中間レポート課題] しめきり 6月13日
  • [エーロゾルについて] [授業後 加筆しました] ... 大気中にはどんなエーロゾルがあるか、専門教科書にある大分類を見て、 ひとまず、それぞれについてわたしが知っていることをのべる。
• 6月 6日 (第9回) 酸性雨をふくむ広域大気汚染の概観
  • アジア大気汚染研究センター (ACAP) のウェブページをみます。まず「大気汚染とは」から。
    • [外] アジア大気汚染研究センター https://www.acap.asia/
    • 大気汚染とは
      • 大気汚染とは
      • 酸性雨とは
    • ACAPについて
    • EANETについて
    • 資料ダウンロード
      • EANET公表資料
        • 東アジア酸性雨ネットワーク パンフレット
      • EANET観測データ
        • (2000-2022年の観測データ、文書PDFとExcel形式のファイルがある。 次回に、その一部分をパソコンで見てみよう。)
  • [「産業革命」以来の資源 (とくに化石燃料) 大量消費がひきおこした環境問題] (黒板をつかって説明したことを、2024-06-10 に文章化しました。)
• 6月 13日 (第10回) 酸性雨をふくむ広域大気汚染の概観 (つづき)
  • [EANET観測データ] (ダウンロードしたもの) を見ていく。
    • まず Wet_Trend.xlsx の 「depo_nssSO4」から見てみよう。 depo は 沈着 (depositon)。 nss は 非海塩 (non-sea-salt)。 『Data Report 2022』 の 20 ページの記述によれば、 [nss-SO₄²⁻] = [SO₄²⁻] − 0.06028 [Na⁺] 。 濃度の単位は μmol L^-1 。 沈着量の単位は mmol m^-2 y^-1 。
    • また pH (シート名「conc_pH」) を見よう。 conc は 濃度 (concentration) のなかまの量であることをさしている。
    • 地点は、Data Report 2022 の Figure 2.1, Table 2.2 参照。
  • 藤田 慎一, 2012: 『酸性雨から越境大気汚染へ』 (気象ブックス 036)。成山堂書店, 146+4 pp. ISBN 978-4-425-55351-8. [読書メモ] [(*) 内容]
• 6月 20日 (第11回) 酸性雨をふくむ広域大気汚染: 湿性沈着
  • つぎの本の 第11章「湿性沈着」(藤田 慎一 氏 執筆) を見ていく。
  • 藤田 慎一、三浦 和彦、大河内 博、速水 洋、松田 和秀、櫻井 達也, (2014, 2017,) 2021: 『越境大気汚染の物理と化学 2訂版』。成山堂書店, 294 pp. ISBN 978-4-425-51363-5. [読書メモ] [(*) 内容]
• 6月 27日 (第12回) 酸性雨をふくむ広域大気汚染: 乾性沈着
  • 藤田ほか (2021) の本の第10章「乾性沈着」 (松田 和秀 氏 執筆) を見ていく。
  • EANET の日本の地点について、湿性沈着と乾性沈着をあわせた nssSO₄^2- と NO₃^-、そして両者の比の 年単位の時系列を見る。(今回だけでは終わらないので、期末レポートの第1部とする。)
    • Wet_Trend から 日本の地点の depo_nssSO4、depo_NO3 をぬきだす。
    • drydep の2012から2022各年のファイルから、各地点 Annual の ガスの SO₂, 粒子の nss-SO₄^2-、 ガスの HNO₃、NO₂、粒子の NO₃^- の沈着量をぬきだす。
    • 単位を mmol m^-2 y^-1 にそろえて、グラフにしたり、集計したりする。
• 7月 4日 (第13回)
  • ふたつの「広域大気汚染」
    • 「酸性雨」をふくむ酸性沈着物 (硫酸イオン、硝酸イオン)
    • 光化学オキシダント ← 「前駆物質」の移流
  • 両者のからみ
    • 窒素酸化物 (NO_x) は両方の原因物質である。
    • 森林衰退の原因として両方がかかわっているらしい。
    • 若松 伸司、篠崎 光夫, 2001: 『広域大気汚染 — そのメカニズムから植物への影響まで』 (ポピュラー・サイエンス 199)。裳華房, 209 pp. ISBN 4-7853-8699-1. [読書メモ] [(*) 内容 (2024-07-04 17時 準備完了)]
  • 光化学オキシダント (対流圏オゾン) の動態
  • つぎの本の第3章による。
  • 松本 淳, 2015: 『はじめての大気環境化学』。コロナ社, 178 pp. ISBN 978-4-339-06636-4. [読書メモ] [(*) 内容]
  • 「前駆物質」として、「NO_x」 (NO および NO₂) と 炭化水素が重要である。 炭化水素のうちでは、オゾンの収支をグローバルに考えるときはメタンが重要だが、 水平スケール数十 km、時間スケール1日程度を考えるときは 「非メタン炭化水素」(NMHC: non-methane hydrocarbons) が重要である。
• 7月 11日 (第14回)
  • エーロゾルの種類と発生量の推定
    • つぎの本の第4章と、第7章7.1節による。
    • 鵜野 伊津志 編著、弓本 桂也、板橋 秀一 著, 2021: 『大気環境モデリング』。森北出版, 306 pp. ISBN 978-4-627-29101-0. [読書メモ] [(*) 内容]
    • この本の主題は広域大気汚染の数値モデリングだが、それには深入りしない。
  • 酸性雨関係の参考情報源の追加
    • [外] (国立環境研) [全国酸性雨データベース] ... 地方自治体の環境研究所などによる共同調査の成果。1991-2016年。
• 7月 18日 (第15回)
  • エーロゾルが気候システムの放射収支におよぼす影響について (2000年ごろからいわれてきたこと)
    • 「直接効果」 ... 放射の吸収・散乱
      • 太陽放射の散乱・吸収
        • 「白いエーロゾル」 硫酸液滴 (火山起源 [おもに成層圏・全球的]、燃焼起源 [おもに対流圏・地域的]) ... おもに反射、気候システムを寒冷化、地表面を寒冷化。ただしエーロゾルの存在する層についてみると、近赤外を吸収、温暖化。
        • 「黒いエーロゾル」 black carbon (elemental carbon 単体炭素) (おもに、すす (soot)) ... おもに吸収、エーロゾルの存在する層を温暖化、気候システムにとっても温暖化だろうが、 地表面にとっては寒冷化かもしれず、複雑。
        • (砂塵などはその中間)
      • 地球放射を吸収・射出するので、温室効果もある。(多くのばあい、太陽放射に対する効果のほうが重要だろう。)
    • 「間接効果」 ... 雲凝結核となる
      • 「第1種」 雲粒の数が多く、合計の表面積が大きく、太陽光反射効果が大きくなる
      • 「第2種」 雲粒の大きさが小さく、大気中の寿命が長く、太陽光反射効果が大きくなる
    • 「準直接効果」 ... エーロゾルの放射吸収により雲が変化
    • (外) 国立環境研究所 (永島 達也) [エアロゾルの温暖化抑止効果]
  • 「短寿命気候強制因子」 (short-lived climate forcers)
    • IPCC 第6次評価報告書 (AR6) 第1作業部会 (WG1) http://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/ (2021年) 第6章
      • さまざまなエーロゾル、メタン、オゾン、NOx、CO、SO₂、アンモニア、 一部のハロゲン化合物 (HCFCなど) をふくむ。
      • (地表から排出されるものも、大気中での反応で生成されるものもふくまれている。)
      • メタンは大気中の寿命が10年程度。そのほかのSLCFは数時間から数か月。
      • SLCFの放射強制は、温暖化にきくものも、寒冷化にきくものもある。
      • SO₂ 排出規制がすすみ、寒冷化の放射強制をへらし、正味で温暖化にきいてきた。
      • ... (追いきれていない。自分の知識を更新したいが、みなさんの期末レポートにまにあいそうもない。) ...
      • SLCFs の効果は無視できないが、大気中の存在時間がみじかいから、 放射強制として CO₂ などの長寿命の気候強制因子が重要であることは変わらない。 【SLCFsの対策をすればCO₂の対策はしなくてもよいという一部の政治家などの言説への注意か。】
    • (外) JAMSTEC 金谷 有剛 地球表層システム研究センター長 (2021-12-24) [大気汚染と地球温暖化の関わりはどこまでわかったか?]
    • (外) 九州大学 応用力学研究所 気候変動科学分野 (竹村 俊彦 教授) [研究内容]
      • (外) [(PDF) SLCP削減施策に関する提言] (2014-2018年度の S-12プロジェクトの成果)
    • (外) 東京大学 大気海洋研究所 鈴木 健太郎 教授 [研究室紹介]
  • Black carbon が雪氷のうえにふると、(太陽放射吸収がふえて) 雪氷がとけやすくなる。 陸面の季節性積雪では、早くとけて、夏には土壌水分不足をもたらしやすい。 ... 北海道大学 北極域研究センター 安成 哲平 准教授 [Researchmap]
  • 大気汚染抑制は、温暖化抑制 (「緩和策」) にとって正にきくものと負にきくものがある。 co-benefit があるようにうまくくみあわせるべき。
  • 温暖化への強引な対策 (「ジオエンジニアリング」 「気候工学」 に分類される) として、 人工的にエーロゾルをふやして太陽放射の反射をふやそうとするものがある。 太陽放射吸収抑制の時空間分布が温室効果強化とちがうこと、雲などへの影響が予測困難なこと、 直達日射が大きく減るので集光型太陽エネルギー利用には致命的な害をおよぼすこと、などの問題がある。 国際協調のガバナンス体制が必要。現在の世界情勢では危険。 (増田は2011～2015年ごろこの問題を考えることに時間をかけていたが、その後、考えを更新していない。)
    • (*) [気候工学 -- ジオエンジニアリング、意図的気候改変] (増田, 2015)
    • [気候改変に関する読書メモ]
    • [気候改変に関するブログ記事]
    • (外) 東京大学 未来ビジョン研究センター 杉山 昌広 教授 [大学の研究者紹介ページ] [Researchmap]
• 期末レポート
  • 第14回と第15回で出題、8月1日しめきり
  • 第1部: EANETの日本の地点でみた硫酸イオンと硝酸イオンの沈着 (湿性+乾性) の経年変化のデータにもとづく報告
  • 第2部: 地球温暖化と広域大気汚染 (酸性沈着物か、光化学オキシダントか、両方かを明記) との両方にかかわる物質をとりあげて、それぞれどんな作用をしているかを述べなさい (成績評価上はこちらが主)。 そして、その害をへらすための対策について考えたことを述べなさい (こちらは成績評価上は重視しないが、自由な発想を期待する)。

• [*] アクセス制限があります。パスワードで読めるようにします。
• [外] わたしの作成した教材でなく他者によるページへのリンクであることを明示するものです。 (これがなくても他者のページであるばあいもありますが。)
• [用語補足] [補足] わたしのブログ記事へのリンクです。 これまでいろいろなところで授業をしてきて説明しきれなかったことの補足として書いたものが多いです。 気象の用語については [「気象むらの方言」という記事カテゴリー名をつけた記事群] にしてあります。
書きかたが気まぐれですが、興味のある人は読んでみてください。 (なお、わたしのブログには授業とまったく関係のない話題の記事もあります。)
• [ウェブページでの数式の表現についてのおことわり]

授業のすすめかた

原則として毎回、簡単な小レポート課題またはアンケートの問いを出します。

中間と期末にちょっと重いレポート課題を出します。 (パソコンをつかいたくなるような計算 (電卓でも可能な程度にするつもりですが) をしてもらいたいので、教室での試験にはしないことにしました。)

教材提示は、個人ウェブサイトのこのページと、 ポータルサイトの「オンライン授業」のシステムのなかのこの授業のページをつかいます。 受講生は、その両方を、毎回授業の前と後に見るようにしてください。 (対面授業で課題を出さない回は「オンライン授業」のほうにはなにも書かないばあいもあります。)

「WebClass」その他の授業支援ツールは、つかわない予定です。

レポートと成績について

• 成績評価は、期末レポート、中間レポートを主とします。
• 出席点はつかいません。
• 小レポートの提出状況を出席点に近い意味で加味します。
• 病気や教育実習など理由があってポータルサイトの期限までに小レポートや中間レポートが出せなかった人は、 e-mail で送ってください。 (期末レポートについては期限に遅れたものを受け取れる時期がないかもしれません。)
• 期末レポートには計算と論述の要素をふくむ問題を出す可能性があります。 計算は、数値だけでなく物理量の計算で、単位換算が重要になるかもしれません。 また、exp, log, sin, cos, tan, 平方根、4乗根 などの計算をふくむかもしれません (そこでは計算機器をつかってほしいので、教室での試験にしなかったのです)。

予定している内容の項目

(シラバスにはどの回にどの話題という対応をしめしたが、その対応は変わることがある。)

• 人間社会と自然環境の相互作用としての環境問題、とくに大気改変による環境問題
• グローバルな気候変化の主要因: 気候システムのエネルギー収入または支出を変えること
• 温室効果の基本: 大気成分が赤外線を吸収・射出することによって地表面温度が高くなる
• 温室効果をもたらす大気成分: 水蒸気、二酸化炭素、メタンほか
• エーロゾル (液体・固体の微粒子) が気候システムのエネルギー収支を変える働き
• 気候システムがもつフィードバックと不確かさ: 水蒸気、雪氷、雲、エーロゾル
• 人間活動による大気成分変化がもたらす地球温暖化: これまでの経過とこれからの見通し
• 地球温暖化にともなう水循環の変化、海水面の変化
• 地球温暖化の生態系や人間社会への影響、海洋酸性化
• 地球温暖化の対策: 適応策、「緩和策」、意図的気候改変の可能性
• 大気汚染物質としての硫黄酸化物、窒素酸化物、硫酸エーロゾル
• 広域大気汚染の動態
• 酸性雨や酸性エーロゾルの沈着、その生態系への影響
• 広域大気汚染の対策
• その他の大気環境問題: オゾン・光化学など

[シラバス]

関連する他の授業のページ

• 気象と水の科学
  • [地球温暖化とはどんな気候の変化か] (2023年度)
• 環境気象学概論
  • [放射] (2023年度)
  • [異常気象と気候の変動] (2023年度)
• (大学院) 地球環境科学総論
  • [気候システムと地球温暖化についての知識の発達をふりかえる] (2022年度)
• [地学 II]
• [気候・気象学]
• 首都大学東京 (現 東京都立大学) 公開講座 [地球温暖化とはどんな問題か] (2019年度)