6. エネルギー収支モデルによる説明

入力がエネルギーフラックスであることから、気候変動をエネルギー収支のプ ロセスだけで定量的に説明できないかという期待がもたれる。 Milankovitch (1930)は局所的な地表 面の放射収支を考えた。その中で雪氷が白いために日射を多く反射し、地表面 の受け取るエネルギーを小さくするためより雪氷を維持しやすくなる、という 雪氷アルベドフィードバックを考慮している。しかし現代からみると、 Milankovitchのモデルは、大気からの長波放射の扱いにも問題があるし、 大気の運動によるエネルギー輸送を鉛直・水平とも計算にいれていないという、 不備なものである。

南北1次元エネルギー収支モデル( 第6章2節参照) の中で雪氷アルベドフィードバックの役割を考えた Budyko (1969)Sellers (1970)は、そのモデル (年平均の平衡モデル)の解が地軸の傾きεに伴った日射の緯度分布を変えた 場合にどう変わるかを調べたが、応答は小さかった。Budykoは詳しい結果を述 べていないが、軌道要素を変えたのに対して雪氷の限界の変化は緯度1°以下 だったという。Sellersの場合、εを21°55’から24°24’まで変えたのに対 して、温度の違いは全球平均で0.6 K、最大となった赤道から南緯10°の 緯度帯で0.8 Kであった。軌道要素に伴う年平均日射量の変化はもう一つ 離心率eの直接の効果があるが、これはeの2次の項であり、太陽定数の 1 / 1000の変化と同じとみなせるから、やはり応答は小さいはずである。

しかし、季節変化を入れると、軌道要素に伴う日射量の変化に対する気候 システムの応答は、氷期・間氷期サイクルを説明するほどに大きくなりうる ことがSuarez and Held (1979)や Budyko and Vasishcheva [1971年、 Budyko 1980から引用]によって示された。つまり、気候システムはどの 季節の日射に対しても同じ感度で応答するわけではなく、敏感な季節がある ことになる。BudykoやSellersのモデルに比べた特徴は次のところにある。

なお、Suarez and Heldのモデルでは、 などのくふうをしており、それぞれに気候感度にも影響を与えているが、 年平均モデルとの違いを考えるうえでの本質ではないと思われる。

Suarez and Held は、夏に残る雪氷の広がりおよび全球平均気温に注目し て結果をまとめている。このモデル気候システムは北半球の夏の日射の影 響を強く感じる。これを入力とし全球平均気温を出力とすると、出力の長期 平均からの偏差はほぼ入力の偏差に比例している。日射量の変化を周期成分 に分けて与え、結果を合計しても、合成した日射量変化を与えた場合の結果 とほとんど違わない。

このように線形に近い系では、Haysら の見つけたスペクトルの周期のうち2万年と4万年は説明できるが、 10万年はeの2次の項によるぶんだけしか出ない。したがって、海底コア の10万年周期を説明するには、このモデルに含まれていないメカニズムを 追加する必要があると考えられる。

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増田 耕一