問題 1, 2, 3 のそれぞれに答えてください。 試験のかわりなので、かける時間は合計90分以内でよい。 文章も、レポートとしてととのえる必要はないが、試験の答案と同様にととのえてほしい。
地球の気候システムのエネルギー収支を 0次元、定常 (収支がつりあった状態) で考える。 「太陽定数」を 1.36 × 103 W/m2、 地球の惑星アルベド (太陽放射反射率) を 0.30 とすると、 地球の有効放射温度は、255 K である [注1]。 これに対して、全球平均地表温度は 288 K である [注2]。 このちがいをつくっているのが大気の温室効果である。 温室効果の強さの表現は統一されていないが、 ここでは、「(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」 であらわすことにする。
(a) 主系列星の元素組成が核融合によって変わっていくことにもとづいて、 地球の形成初期、45億年まえには、太陽が出す放射の強さは、 現在の 0.7 倍だったと推定されている。 このとき、全球平均地表温度が現在と同じだったとすれば、 温室効果の強さは現在の何倍か。
(b) 将来、さらに太陽放射が強まって、 温室効果がなくても (ここで定義した温室効果の強さが 1 であっても) 全球平均地表温度が現在と同じ値になることがありうるだろう。 このときの「太陽定数」の値は、現在の何倍か。
(c) 「太陽定数」が上の(b)の値で、温室効果が現在と同じであっても、 地球の惑星アルベドの値がちがえば、 全球平均地表温度が現在と同じ値になることがありうるだろう。 このときの惑星アルベドの値はどれだけになるか。
シュテファン [ステファン と書かれることもある]・ボルツマンの定数の値が必要であれば、 適切な文献にある値を、出典表記なしでつかってよい。 地球の大きさの情報が必要であれば、メートルの構想から概算してよい。 (ここに書いたうちには、計算に必要のない量もあるかもしれない。) その他の情報を調べてつかうばあいは、本や論文のばあいは論文の参考文献記載に準じた形で、 ウェブ上の情報のばあいは URL と閲覧日付をふくめた形で、明記すること。
気候システムのエネルギー収支が、1 W/m2 の収入過剰が続いた状態にあるとする。
このエネルギーが、つぎのそれぞれの層の温度上昇 (だけ) につかわれるとする。 層の中では水がよく混合されていて温度は一様になっているとする (かならずしも現実的ではない仮定だが)。 その層の温度が、1 K (温度差なので 1℃でも同じ) だけ上がるにはどれだけの時間がかかるか。 秒、日、年のうちでわかりやすい単位をつかって答えてほしい。
(層の設定は海洋を想定したものだが、この問題では海陸の区別なく全球一様だと仮定する。)
地球の大きさ、水の密度は、それぞれ、メートル、キログラムの構想を近似としてつかってよい。 水の比熱容量は、1 cal = 4.2 J (有効数字 2けた) であることと、 カロリーという (いまは標準からはずれた) 単位の構想をつかってよい。 (ここに書いたうちには、計算に必要のない量もあるかもしれない。) その他の情報を調べてつかうばあいは、本や論文のばあいは論文の参考文献記載に準じた形で、 ウェブ上の情報のばあいは URL と閲覧日付をふくめた形で、明記すること。
つぎの(a)～(d)のそれぞれの部分でおこっている、南北エネルギー輸送にとって主要な循環について、 「(場所 A) の {空気, 水} が 極向き、(場所 B) の {空気, 水} が赤道向きに動くが、 {前者, 後者} のほうが、( 理由 ) ので、単位質量あたりのエネルギーが大きい。 したがって、この循環は、正味で {極のほう, 赤道のほう} へエネルギーを運んでいる。」 のようにのべてください。
「場所 A, 場所 B」は地名ではなく、循環のなかでの相対的な位置です。 東西のことも、上下のこともありえます。 循環の構造について簡単な説明をしたうえで、そのうちでの位置をしめす必要があるかもしれません。
情報の出典をあげる必要はありません。
しめきり 8月1日 (火) 23:30。 ポータルサイトの「地学 II」の第15回のレポートのところに提出してください。