4.4.3 氷床と大気の相互作用

最後に,氷床と大気を結合したモデルのふるまいをみてみよう.

Kallenら(1979)は 0次元EBMと塑性体氷床モデルを結合させて, 全球的な大気と海洋の温度と氷の量の 間で自動的な自励振動が起こることを示した. 含まれているプロセスは、温度が 増加すると降雪が増え, 降雪が増えると氷の量が増え, 氷が増えるとアルベドが 増え, アルベドが増えると温度が減るというものである. このモデルには2つの 不安定解と1つの安定解があり, 温度と氷の応答時間を適当に選ぶと, 安定だった 解の回りで有限振幅の振動が生ずる. さらに, Ghil and Le Treut(1981), Le Treut and Ghil(1983)は, 基盤の応答が氷の量の変化に対して遅れがあるというプロセスを含め, それぞれ, 物理的にありそうな応答時間を選ぶと, 1万年オーダーの周期の自励振動 が生じ, 地球軌道要素(第7章参照) による外的入力に対して10万年周期振動を行うことを示した. ただし, 大きな落し穴 がある. たとえば, 温度が増えると降雪が増えるかどうかは疑問であるし(雪は雨と なって降る,3節参照), 温度が増えて融解量が増える ことから氷の量が減ることが考えられる. これらのプロセスが効いて,「温度が増える と,氷の量が増える」という図式が成り立たないとすると, このモデルの世界では 自励振動は起きなくなってしまう. また, このモデルでは, 周期は問題になり得ても, モデルの世界の数値を現実の世界の数値と定量的に関係づけることができないという 問題がある. しかし, 応用数学における簡単な力学系モデルと自励振動という概念を 用いて, 観測される古気候の説明を試みた点で, これらの研究はみごとである.

Bowman(1985)は, 大気の水輸送と雪氷質量収支過程を含むエネルギー収支モデル( 4.3節で述べた)と塑性体氷床モデルを結合させて気候感度 を調べた. 図24(b)は氷床と万年雪の定常解を太陽定数への 応答として示したものである. 万年雪の解は図24(a)の実線と同じである. 同じ太陽 定数の定常解を比べて, 万年雪より氷床の方が広がるのは, 氷床は氷床全体として質量収支が0以上であれば(一部に負の領域があっても)存在 できるのに対して, 万年雪は全域で質量収支が正でなければならず存在条件が 厳しいからである. 言葉を代えれば, 氷床の縁は均衡線(表面雪氷質量収支が0の線) より外側に位置するが, 万年雪の縁は均衡線そのものであるからである. また, 気候感度(グラフの傾き)が万年雪より氷床のある方が緩いのは, 大気の水循環の 影響の受け方の違いを反映している. 氷床の広がりに影響する降雪量は氷床全体で あるのに対して, 万年雪の広がりを決める降雪量は縁(つまり均衡線)のあたりである. 低緯度ほど降水量が多いことは万年雪の広がりにとっては正のフィードバックとなる が, 氷床にはあまり影響しないのである. この図からさらに言えることは, 氷床の 発生する太陽定数(A)は, 既に存在する氷床の消滅する太陽定数(図の外)と異なる ことである. 氷床が記憶をもつことによる気候のヒステリシスが示唆されるが, 流動の入った氷床モデルで確かめてみる必要があろう.

流動の入った氷床モデルとエネルギー収支モデルを結合させた研究は, Pollard(1983), Hyde and Peltier( 1985, 1987), Bergerら(1990), Deblonde and Peltier(1991)などに よってされ, 10万年周期問題を解く試みがされた. 海洋循環や大気組成と大気循環 との相互作用が未解明に残されたまま, モデルは、結果が観測事実に合うように、 一種のチューニングがされている. モデルの定常応答のふるまいなどの感度実験を することがまず必要であろう.


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阿部 彩子・増田 耕一, 1993
HTML版: 増田 耕一, 1995-09-18, 改訂 2002-06-23