地球温暖化とはどんな問題か、それに衛星観測はどうかかわるか

関西宇宙イニシアティブ (KaSpI) セミナー 2016年10月3日

このページは http://macroscope.world.coocan.jp/ja/memo/ondanka/20161003/です。

セミナー主催者による紹介は http://www.kaspi.jp/works/seminar.html にあります。

お知らせ(2016-10-08)

講演の「地球温暖化と人工衛星とのかかわり」の部分で話した内容を文章にして別のサイトの[ブログ記事]にしました。

講演要旨 (事前に出したもの)

気候の変化のうちで、人間活動による大気中の温室効果気体の増加を原因として起きているものを「地球温暖化」と呼んでいます。わたしは、気候の変化の物理的なしくみを学んできた者として、ワート著『温暖化の発見とは何か』という科学史の本の訳者のひとりとして、また地球観測衛星データの利用者として、地球温暖化をどうとらえているかをお伝えしたいと思います。

2001年ごろ以来、地球温暖化は「世界の気温が上がっている、その原因は何か」という形で提示されることが多くなりました。しかし、科学者が、今後数十年にわたって化石燃料燃焼による二酸化炭素排出が続けば気温が上がるだろうという見通しをもったのは、世界平均気温が上がっていることが認識されるよりも前の1970年代後半のことだったのです。

地球温暖化の認識の基本には、物理のエネルギー保存の法則とフィードバックシステム論とに基づいた「気候システム」の考えかたがあります。地球の大気・水圏のエネルギー収支が、システム外からの強制と、システム内のフィードバックによって変化するのです。

大気中の二酸化炭素などの温室効果気体は、太陽が出す放射の変動、大気中のエーロゾルとならんで、気候システムへの強制として働きます。その効果の大きさは、1960年代に鉛直１次元モデルで、1970年代に3次元モデルで評価が定まりました。二酸化炭素が2倍の世界では、1倍の世界よりも、温度が1.5℃から4.5℃高くなるのです。この不確かさの幅は今も残っていますが、それはおもに温暖化に伴う雲のふるまいに関する不確かさです。

地球温暖化に関する見通しを得るために、気象衛星を含む地球観測衛星にはいくつかの役割があります。大きく分けて、

(1)気候の変化を検出できるように多世代にわたって上位互換の観測を継続すること
(2)気候の変化のしくみを解明しモデルを改良するために温室効果気体・エーロゾル・雲などの詳しい時空間分布の情報を得ること

の2つがあります。

講演内容と近い論点を述べたブログ記事

プレゼンテーションファイル

暫定的に画像ファイルで置きます。

(人工衛星との関係のところはあまりよく準備ができておらず、それ以外の部分は別のところで講演したときの材料の使いまわしが多くて、恐縮ですが。)

地球温暖化と人工衛星とのかかわり

グローバルな科学技術、国際協力

[57]

気候システムのエネルギー収支を観測する

[58] [59]

(補足) 海・陸については、衛星リモートセンシングが有効なのは表面だけで、内部の情報を得るには内部に観測機器を入れる必要がある。そこで、衛星は、観測機器の位置決めや、データ通信に、役にたっている。たとえば、海洋内部を観測する機器として、アルゴ・フロートというものがある。これは漂流しながら海面から深さ2千メートルまでを上下して温度などを計測する。観測結果の情報は衛星を経由して伝達される。

長期(数十年)の変化をとらえる

[60]

気候メカニズムの理解、気候モデルの検証 (雲、降水)

[61]

温室効果気体のsource/sinkを知る

[62]

質問と答え

当日質問に対する答えを、思い出せたかぎりで、書きます。

問1. アメリカの気象庁(に相当するところ)が「温暖化はもうくいとめられなくなった」と言っている、という報道があった。それをどう思うか。また、NHKテレビ番組で、凍土がとけだしているという話があった。これは前の話と関係があるのか。
答1a. どの報道の件かよくわからない。アメリカの気象庁に相当するNOAA自体が「温暖化はくいとめられなくなった」のような表現をするとは考えにくいが、 NOAAの予測型シミュレーションの結果を別の人がそのように解釈することはありそうだ。近ごろ「温暖化はくいとめられるか」という議論の多くは、産業革命前に対する温暖化をゼロにできるかではなく、 2℃以内におさえることができるか、という意味で使われることが多い。自然科学の立場から、2℃以内におさえるには二酸化炭素排出量をどのくらい以下にする必要があるかを (不確かさの幅はあるが)評価できる(その仕事はNOAAもやっている)。社会科学の立場から、世界各国の政治の能力を評価して、排出量をそのレベルにおさえることは不可能になったと述べた人がいたのだろう (それはNOAAではないと思う)。
答1b. 凍土に含まれた氷がとけるのは温暖化のあらわれのひとつだが、凍土の中に含まれた有機物が分解してメタンが出ることが(メタンは温室効果気体なので) 温暖化を強化する正のフィードバックになる。 (なお、メタンが酸化して二酸化炭素になっても温室効果気体だが、分子数あたりの効果はメタンよりも弱くなる。) このフィードバックがあることは定性的には確かだが、定量的にはよくわかっていない。温暖化の将来見通しの不確かさを減らすため、このプロセスを現場で詳しく観測し、それを表現できるようにモデルを改良する研究が進んでいる。そのひとつには日本の環境省の研究費がついて、JAMSTECの人(わたしの同僚)も参加している。
問2. 「海水の温度が高くなると爆発的に水蒸気が出て台風などが発達する」という話を聞いたが、ほんとうか。
答2. プレゼンテーションの[51ページ]で示したように、温度が上がると空気が含みうる水蒸気量(飽和水蒸気量)は温度の指数関数型でふえる。広域(数千km規模)の蒸発量(単位時間・単位面積あたりで大気に出る水蒸気の質量)は、供給されるエネルギーにも制約されるので、温度上昇ほどはげしくはふえない。しかし、ローカル(数十km規模)の蒸発量は、まわりから水蒸気を集めるしくみがあれば、飽和水蒸気量と同様にふえる。そのことを報道で「爆発的」と表現したのだろう。
問3. 「温暖化は起きていない」という話があるが、どう考えるか。
答3a. 「温暖化」ということばの意味づけが人によってちがうので、議論がすれちがう。わたしは「地球温暖化」ということばは、 [09ページ]で示したように「人為起源の温室効果強化による気候の変化」をさすとするのが適切だと思う。その意味では、 [41ページ]のIPCC第4次報告書の図に示されたように、 1960年ごろ以後の気温の変化は人為起源の温室効果気体の増加という強制を考えないと説明困難なので、地球温暖化は起きている。
答3b. 「温暖化」を「気温の上昇」ととらえると、「1998年から温暖化は止まった」という主張を否定しにくかった。しかし世界平均地表温度も2015年ごろからまた上昇している ([44ページ])。また、表面に限らなければ、海洋の水温の上昇、気候システムのもつエネルギーの増加は00年代も続いていた ([43ページ])。
問4. [41ページ]の図で1960年に急激な変化があったように見えるが、そこから人間活動の影響が急激に強まったのか。
答4a. 人間活動による二酸化炭素排出は連続的にふえてきたが、その影響がそれまでは自然変動や自然の強制作用の応答と区別がつかなかった。影響の大きさが大きくなって20世紀後半には埋もれなくなった。
答4b. グラフで1960年ごろに見られる急激な変化は、 1963年に起きたアグン火山の噴火に対する応答である。噴火によって二酸化硫黄が成層圏に届き、硫酸液滴のエーロゾルとなって広がり、太陽光を反射して、世界の地上気温を下げる働きをした。この特徴は観測値にも、エーロゾル量を与えたシミュレーションにも同様に見られる。
問5. 温暖化にともなって深層海流が止まってたいへんなことになるという話を聞いたが、どういうことか。
答5. 海洋の循環は大きく深さ数百メートルを境に表層と深層に分かれ、表層の循環はおもに風によって、深層の循環はおもに温度と塩分による密度の不均一によって駆動されている。深層循環の主要な特徴として、北大西洋のグリーンランド付近で沈みこみがあり、大西洋ではそれを補うように表層の暖かい水が高緯度に向かう流れがある (風による循環につけくわわっている)。この循環がもし止まると、ヨーロッパでは温度が下がり(世界全体の温暖化と重なればそれが弱められ)、世界のそれ以外のところで温度が上がる(温暖化が強められる)ことになるだろう。この循環が「止まる」と言えるほど弱くなる可能性は、ありえないとは言えないが、確率が高いとも言えない。
問6. 大気は海よりもずっと軽い(質量が小さい、密度が小さい)ので、海が大気にエネルギーを与えることはあっても、大気が海にエネルギーを与えることはない(無視できるほど小さい)のではないか。
答6. 大気がたくわえているエネルギーは、たしかに、海がたくわえているエネルギーよりもずっと小さい。しかし、大気にはエネルギーを供給されつづけているので、海にエネルギーを与えつづけることもできる。大気と海の接したところでのエネルギー交換を考えると、空気の密度は海水の密度よりも桁ちがいに小さいが、風速が海水の流速よりも大きいので、空気が入れかわって、エネルギーを伝えることができる。
問7. 人間活動の気候への影響として、温排水が重要ではないか。
答7. ローカルな気候の変化やそれが生物におよぼす影響にとっては、人工廃熱はたしかに重要である。しかし、世界全体で平均すると、人工廃熱は温室効果強化に比べて桁が落ちる ([教材用につくったページ]参照)ので、地球温暖化の議論では人工廃熱は省略されることが多い。なお、1970年代の学問状況では、人間活動の将来の気候への影響として、温室効果の強化による温暖化、エーロゾルによる寒冷化とならんで、人工廃熱による温暖化を心配する考えもあった。
問8. 1万年前から200年前までは二酸化炭素濃度の変化が小さく、気温の変化も小さいという話があったが、中生代もそうだったのか。
答8. 地球の歴史の中の気候の変化には、いくつもの時間規模の変化がある。億年の時間規模では、古生代の後期に寒冷(氷が多い)、中生代に温暖(氷が少ない)、新生代に寒冷。そのおもな原因は二酸化炭素濃度だったと考えられている。そして大気中の二酸化炭素濃度は、地球内部からの供給(火山ガス)と、風化によって岩石圏にとりこまれることのバランスで決まっており、海洋底拡大の速さの変化や大陸の分布の変化によって変動したと考えられている。新生代のうち新しい時期には、万年から十万年の時間規模で、大陸に氷が広がったり狭まったりする変動(氷期サイクル)があった。それにも二酸化炭素濃度も関与しているが、その変動は、気温や氷の変動の結果でもあったと考えられている。気候システムへの万年の時間規模の強制としては、地球の公転・自転の変化(近日点の季節や地軸の傾きの変化)がある。この強制による気候の変化と思われるものは、氷が少なかった中生代にも見つかっているが、新生代に比べるとその振幅は小さいようだ。雪氷が太陽光を反射することが気候の変化に対して正のフィードバックとなるので、気候変化の振幅は、もし原因となる強制作用が同様ならば、氷の多い時代のほうが、氷の少ない時代よりも、大きくなると考えられている。それは、新生代と中生代を比べたばあいもそうだし、 12万年前から1万年前までの氷期と、1万年前からの後氷期(産業革命前まで)を比べた場合もそうだろう。

講演者による参考文献

暫定的にアクセス制限つきで[地球温暖化に関する文書]の中に置きます。

増田耕一, 2011: 地球温暖化に関する一つの展望。 科学技術社会論研究 (科学技術社会論学会), 9, 113 - 125.
2010年10月に秋田で行なった講演のプレゼンテーション (上記論文の原稿をもとにしている)
増田耕一, 2010: 地球温暖化の考え方。化学 (化学同人), 65(6), 38 - 43.
増田耕一, 2016: 地球温暖化に関する認識は原因から結果に向かう思考によって発達した。 科学史研究 (日本科学史学会), 54, 327 -- 339.
増田耕一, 2011: 地球温暖化の科学的認識はどのように発達してきたか。 環境技術 (環境技術学会), 4, 194 - 199.
増田耕一, 2015: 気候工学 -- ジオエンジニアリング、意図的気候改変。 ペトロテック (石油学会), 38, 473 -- 477.

講演者連絡先

[電子メールアドレス]。

2017年3月までのふだんの勤務先

海洋研究開発機構(JAMSTEC) 統合的気候変動予測研究分野 (ICliP) (http://www.jamstec.go.jp) 場所は横浜市金沢区昭和町、もより駅はJR根岸線の新杉田または京浜急行の杉田です。

個人ウェブサイトホームページ

http://macroscope.world.coocan.jp/ja/

最新更新: 2016-10-08
増田耕一 (MASUDA Kooiti)

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