グローバルな気候の変化 (序論)

地学 II

グローバルな気候の変化 (序論)

【[今回から最終回までの参考]『自然地理学事典』(2017, 朝倉書店) {熊谷図書館1階と電子資料にもある} [読書メモ]の本のうち、増田が分担執筆した項目

グローバルな気候の変化とローカルな気候の変化

人が直接体験するのはローカルな気候である。現代の観測もたいていはローカルなものであり、グローバルな量、たとえば「世界平均地表温度」は、多数のそれぞれローカルな観測を集めて推計されたものである。人間社会が気候に適応するのも、ローカルな気候への適応であることが多い。

しかし、物理法則にもとづく理解や、将来の見通しをもつことについては、グローバルな気候のほうが相対的にはあつかいやすく、ローカルな気候はむずかしい。グローバルな気候の変化の原因としては、気候システム全体のエネルギー収支を変化させる作用を考えればよいだろう (それ以外の原因がないといいきれるわけではないが)。ローカルな気候の変化の原因としては、エネルギー収支の変化による原因にかぎっても、さらにつぎのものを考える必要がある。

ローカルな原因(たとえばローカルな熱源)がありうる。
- [注] 人間の産業活動からの廃熱は、全地球で平均して面積あたりにすれば小さいことは、 [気候システムの概観]のページの「1.10 気候システム」のところでのべた。しかし、大都市や発電所などのある地域のローカルには重要である。「ヒートアイランド」(『図説』では環2節 [5])は、都市にともなう気候の特徴の例であり、その原因として、ローカルなエネルギー収支を変える要因が複数あげられている。
気候システム全体のエネルギーが変化しなくても、エネルギーの地域間の再配分の変化はありうる。
- [注] たとえば、日本で寒い冬が、アラスカでは暖かい冬であることがたびたびあるが、このばあい、日本の上の大気のエネルギーがへり、アラスカの上の大気のエネルギーがふえて、合計は平常どおり、ということがおきているだろう。

気候システム全体のエネルギー収支を変える要因

ここでは、グローバルな気候の変化をあつかい、その原因として、気候システムのエネルギーの総量を変化させる要因を考えることにする。それは、エネルギーの収入である太陽放射の吸収か、支出である地球放射の射出か、を変える要因である。

放射を変化させる要因には、気候システム外からのものと、気候システム内のものがある。気候システム外からあたえられる要因が変動すると、気候システムは強制作用をうけることになる。気候システム内部の変量であり、温度にともなって変動するものは、温度の変動に対して、フィードバックとしてきく。

太陽放射の吸収を変える

太陽放射の吸収量を変える要因としては次のものがある。

太陽が出す放射エネルギー量の変動。(過去約40年の経験では、それ自体の千分の1程度。)
- [恒星 (太陽を含む)とその「進化」]のページの太陽のところを参照。
- (気候システム論教材) [太陽活動の気候への影響]
太陽・地球間で放射を吸収する物質量の変動。(まったくわからない。たぶん重要ではないと思われる。)
太陽と地球の幾何学的関係の変動。 (日周期、年周期のほかに、1万年から10万年のけたの周期の変動が知られており、地球に達する太陽放射の総量の変動は小さいが、緯度別・季節別の変動は重要。 [地球の(「大気上端」の) 放射収支の緯度分布と季節変化、季節のできるしくみ]のページの「地球の軌道要素は変化する」と「季節ができる基本的なしくみと、その万年・十万年の時間スケールでの変化」のところでのべた。
太陽放射を吸収するわりあいの変動 (逆に反射するわりあい(=「アルベド」)で示すことが多い。)
- (用語補足) [アルベド (albedo)]
- 地表面
  - 雪氷 ... 低温のとき存在し、土壌・植生・水面よりもアルベドが大きい。正のフィードバックになる。
  - 土地被覆 (森林・草原・裸地など) ... 外因と考えられる。
- 雲・エーロゾル (大気中にただよう液体・固体の微粒子) [ここではひとまず太陽放射に関する効果だけのべる。]
  - 雲 ... 気候システム内部の変量である。雲量(雲におおわれた面積比)がふえると、太陽放射に対しては、反射をふやすので、気候を寒冷化させる向きに働く。ただし、温度が上がると(雲の質量はふえると思われるが)雲量がふえるかどうかまだ不明なので、正・負のどちらのフィードバックにきくかわからない。
    - (用語補足) [雲量]
  - エーロゾル [注] ... 気候システムにとっては外因と考えられる。物質によって、太陽放射の吸収が大きいもの(黒いエーロゾル)、散乱が大きいもの(白いエーロゾル)がある。硫酸液滴は散乱が大きく、それがふえると地球のアルベドがふえる。火山噴火でSO₂が成層圏まで上がると、硫酸液滴が2年くらい成層圏にとどまり、気候を寒冷化させる向きに働く。人間活動起源のエーロゾルのうちでも、化石燃料起源の硫酸液滴は、気候を寒冷化させる向きに働いている。
    - [注] 英語で aerosol 。英語をかたかなで近似すれば「エアロソル」となりそうだが、「エアロゾル」のほうがよく聞かれる。「エーロゾル」はドイツ語からの近似で、わたしはこちらをつかう習慣にしている。気象庁も「エーロゾル」という形をよくつかう。
    - (気候システム論教材) [エーロゾルの役割]
    - (補足) [火山噴火が世界規模の天候におよぼす影響]

地球放射の射出を変える

赤外線を吸収する物質は同じ波長の赤外線を射出する物質でもある。大気中でそのような物質が多くなると、地表面温度や対流圏の気温を高くするように働く。そこで、そのような物質を「温室効果物質」、そのうち気体のものを「温室効果気体」または「温室効果ガス」という。

温室効果物質の増加は、いわば、気候システムのエネルギー支出をへらすように働くといえる。ただし、エネルギー収支がつりあった状態を論じるかぎりでは、収入が一定ならば支出も一定なので、その働きがわかりにくい。地表面温度をあたえた議論ならば、温室効果物質が多いほど、宇宙空間に出ていく放射がすくなくなるので、「気候システムのエネルギー支出をへらす」という感覚にあう。

気体成分
- N₂、O₂ (同じ原子からできた2原子分子)や、Ar (1原子分子) は、赤外線の吸収・射出の働きをしない。
- H₂O は温室効果気体。ただし、海があるもとでは、水蒸気量は温度とともに変化するので、正のフィードバック要因。
- CO₂ がそれについで重要な温室効果気体。大気中にあるが、その濃度は、気候システムにとっては外部要因。 (炭素循環をふくめた地球システムにとっては内部要因であり、フィードバック要因となる)。
雲・エーロゾル
- 雲やエーロゾルは、地球放射の波長帯の放射の吸収・射出のはたらきもするので、温室効果物質でもある。ただし、おおくのばあい、太陽放射の反射のはたらきにくらべた相対的な重要性は小さい。