地球の気候が変化するしくみ -- 氷河時代 と 地球温暖化

立正大学 オープンキャンパス 「模擬授業」 2023年6月18日

出前授業 2023年9月21日

2023年9月21日の話の資料のうち↓に示す画像以外のもの (暫定的にここに置き、あとで整理します)

• masuda20230921.pptx

「地球の気候が変化するしくみ」 スクリーンで見せた各ページの画像

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本の紹介

地球温暖化のしくみについて

• 渡部 雅浩, 2018: 『絵でわかる 地球温暖化』。講談社。 [読書メモ]
• 真鍋 淑郎 [しゅくろう]、アンソニー J. ブロッコリー 著, 増田 耕一、阿部 彩子 監訳、宮本 寿代 訳, 2022: 『地球温暖化はなぜ起こるのか -- 気候モデルで探る 過去・現在・未来の地球』 (ブルーバックス B2202)。講談社。 [日本語版についての読書メモ] [英語版についての読書メモ (1)] [(2)] [(3)]

氷床について

• 杉山 慎 [しん], 2021: 『南極の氷に何が起きているか -- 気候変動と氷床の科学』 (中公新書 2672)。 中央公論新社。 [読書メモ]

氷期・間氷期について [2023-09-20 追加]

• 大河内 直彦, 単行本 2008, 文庫本 (岩波現代文庫) 2015: 『チェンジング・ブルー -- 気候変動の謎に迫る』。岩波書店。 [読書ノート] [文庫版の読書メモ]
• 多田 隆治, 2013: 『気候変動を理学する -- 古気候学が変える地球環境観』。みすず書房。 [読書メモ]

気象について [2023-09-20 追加]

• 筆保 弘徳 [ふでやす ひろのり] 監修・著、岩槻 秀明、今井 明子 著, 2014: 『気象の図鑑』。技術評論社。 [読書メモ]

補足 [とくにしめさないものは 2023-06-18 の授業後の補足]

地球温暖化の症状は、温度の上昇だけではない。

海面が上昇する。

第1の理由は、氷期と現在の差 (北アメリカと北ヨーロッパの氷床の質量が海洋に移った) と同様に、 グリーンランドと南極の氷床の質量が減ると、そのぶんだけ海洋の質量がふえることである。

授業のときにはふれなかったが、第2の理由として、温度上昇にともなう海水の体積の変化 (熱膨張) もある。

雨のふりかたが変わる。

温度が高くなれば、大気がふくみうる水蒸気量がふえる。 大気が実際にふくむ水蒸気量も、定量的不確かさはあるが、ふえることは確実である。

ローカル・短時間の強い雨の雨量は、すでに大気中にある水蒸気が凝結して降るのがおもなので、 大気がふくむ水蒸気量がふえれば、それに応じて大きくなるだろう。

世界平均の降水量も、温度が高くなればいくらかふえるが、こちらは、地表面エネルギー収支の制約があるので、 あまり激しくはふえない。

したがって、雨が集中しないところでは、降水量はふえず、温度が高くなれば蒸発量はふえるので、 陸上で利用可能な水の量は減る可能性がある。

地球温暖化にともなって、洪水がふえることと、渇水 (水不足) がふえることの両方の心配がある。 これは矛盾ではない。雨が集中するところでは洪水、それ以外のところで渇水の心配があるのだ。

もうすこしくわしくは、教材ページ [地球温暖化にともなう水循環の変化] を見てほしい。

温暖化にともなう雨の変化に関する質問と答え

問: 地球温暖化にともなって「ゲリラ豪雨」はふえるか。また、雨はどこでふえるか。

答: 「ゲリラ豪雨」という用語の意味はよくわからないが、 ローカル・短時間の大雨がふえる見こみという意味ならば、そのとおり。 雨がふえると予想されるところは、現在も雨が多い地域である。 しかし、そのうちどこでふえるかはわからない。確率的現象としてそなえるしかない。

季節についての質問と答え

問: 日本の四季はどのようなしくみでできるか?

季節をいくつかぞえるかは、気象学の専門知識ではきまっておらず、人間社会の文化だと思う。 「日本の四季」についてのわたしの雑談的メモはつぎを見てほしい。

• (個人ブログ記事) [日本の四季という問題] (2017-08-14)
• (個人ブログ記事) [日本の季節と天気パタン] (2018-07-11)

温帯の季節がどのような原因できまっているかという問いに答える。

地球の公転軌道が楕円なので太陽からの距離が変化することは、季節変化にいくらかの関係はあるが、 それが主の原因ではない。(もし主の原因ならば、北半球と南半球が同時に夏になるはずだ。)

地球の自転軸が公転軌道の軸に対して傾いていることが主の原因である。 北極が太陽のほうにいちばんよくむかっているときが北半球の夏至、 南極が太陽のほうにいちばんよくむかっているときが南半球の夏至、北半球の冬至である。 それぞれの半球にとどく太陽放射のエネルギーは、夏至に極大、冬至に極小になる。

温度の極大・極小は、太陽放射の極大・極小よりもいくらか遅れる。 それは、大気・水圏、そのうちおもに海洋が、エネルギーをためこむからである。

氷期サイクルについての質問と答え

問: 2百万年前から百万年前までは 4万年周期、百万年前から現在までは 10万年周期となったのはどうしてか?

氷期サイクルの原因の有力候補として、地球の公転軌道と自転軸の変化によって、 近日点の季節が約2万年周期で、地軸の傾きが約4万年周期で変化し、 それにともなって、地球の緯度帯別・季節別にとどく太陽放射のエネルギーが変化していることがある。 つぎの解説を見てほしい。

• 増田 耕一, 1993: 氷期・間氷期サイクルと地球の軌道要素。 気象研究ノート (日本気象学会) 177号 223-248. [著者によるHTML版]

氷床の変動のうち、 4万年周期のものは、入力となる太陽放射の変動の周期にあわせて氷も変化したものと考えられる。 約10万年周期のほうは入力現象の周期性で説明することはむずかしい。 4万年周期の時期よりも約10万年周期の時期のほうが振動の振幅が大きくなっていることと、 氷床の拡大縮小は非対称である (積もるのには時間がかかるが、とけるのはたやすい) ことから考えて、 氷床の大きさがある値以上になると、氷床自体が約10万年周期の振動をつくりだす、と考えられる。

これは専門家にとってもむずかしい問題であるが、 東京大学 大気海洋研究所 の 阿部彩子 教授とその共同研究者のシミュレーションによる研究成果がいくつか出ている。

• [外] [天文学的要因が左右する更新世前期の地球の気候と氷床量変動] (2023-05-15) ... 4万年周期について
• [外] [人類が経験した最大の気候変動、10万年周期の 氷期-間氷期サイクルのメカニズムを解明] (2013-08-08) ... 約10万年周期について

なお、授業の最後にふれた、氷期の二酸化炭素濃度が低かった原因は 海洋循環がかかわっているにちがいない、という件についても 東大 大気海洋研 の研究成果が出ている。

• [外] [南大洋が鍵を握る氷期の大気中二酸化炭素濃度変化] (2021-08-26)

「温室効果の強さ」についての補足 [2023-07-18]

「温室効果の強さ」の数値でのあらわしかたは、専門家のあいだでも統一されていません。 今回の [10] [11] [12] [13] ページでつかったものは、専門用語をつかっていうと 「(全球平均地表温度での黒体放射の放射輝度)/(地球が宇宙空間に射出する放射の放射輝度)」 つまり、「(全球平均地表温度/有効放射温度) の 4乗」 です。