地球温暖化と言われる問題は、次のように整理できると思う。 (便宜上CO2以外の物質の寄与は省略した。)
人為起源のCO2は気候システムに対する強制作用(forcing)だと考えられる。 もし、気候が主としてCO2に対する応答として変化し、 その応答のしかたが (一次関数とは限らないので線形応答とは言えないが) なめらかな関数であると仮定すれば、 少なくとも全球平均的な量については定量的な予測が可能である。 CO2排出量を決める社会要因の予測、および、 生態系からCO2へのフィードバック(たとえば土壌呼吸の増加) というむずかしい問題はあるが、それでも、ある幅の内にしぼりこめそうだ。 なお、この予測能力の向上には、 第四紀の最終氷期極大期(約2万年前)をはじめとする過去の気候に関する研究も 貢献した。
他方、気候システムは非線形システムであり、 そのフィードバックのうちにはまだモデル化されていないものもある。 過去には、たとえば第四紀の最終氷期中のDansgaard-Oeschger振動などの 急激な気候変化があった。 今後百年の間にも、意外な急激な変化が起こる可能性を否定はできない。 「そういう変化は自然にもおこりうるので、 CO2排出抑制は意味がない」と論じる人もいる。 しかし、 「人為起源のCO2濃度変化は地球史的に見ても急な強制作用であり、 急激な気候変化の確率を高めるだろう」 という主張のほうに分がありそうだ。
まず、CO2濃度の違いに対する気候の「定常応答」を考える。 それぞれ一定のCO2濃度がずっと続く複数の世界を仮定し、 気候の長期平均状態どうしを比較したものである。 大筋で次のようなことがわかっている。 全球平均地上気温の応答はCO2濃度の対数にほぼ比例する。 つまり、CO2が倍増するごとに温度は一定値だけ上昇する。 この一定値は1.5〜4.5 ℃の範囲にはいる可能性が高い。
現実の気候変化は、各時点のCO2濃度への定常応答をつないだものよりは、遅れて起こる。 遅れかたは、たぶん、線形応答の考えを応用して、 時間 t の指数関数 e-t/τ (τは時定数)を含む形で近似できるだろう。 ただし、時定数はひとつではない。 地上気温、海面水温や大気中の現象を考えるうえでは、海洋表層の熱容量による 数十年の遅れが重要である。 また、海水準を考えるうえでは、海洋深層の熱容量および氷床の質量収支による 数百年から千年の遅れが重要である。
「驚き」の気候変化にはもちろん全く予想外のものもありうる。 しかし、確率は不明でたぶん低いと思われるものの、 因果関係としては起こりうると想像されているものもある。 後者の例をいくつか列挙する。
地球温暖化に伴う地域ごとの水循環の変化は、 予測型シミュレーションどうしの間で必ずしも一致しておらず、 進行中の研究課題である。 ここでは単純な考えに基づいて言える大まかなことを述べる。
空気が含みうる飽和水蒸気量は気温が上がると指数関数的に急激に増加する。 全球平均地上気温が上がれば、 海面に接した大気は水蒸気で飽和していると見てよいので、 その水蒸気量がふえることは確実である。 また、大気全体の水蒸気量も、ほぼ飽和水蒸気量の増加に比例して (相対湿度を保つように)ふえる見こみである。 (なお、水蒸気は赤外線を吸収・射出するので、 その増加は温暖化を加速するように働く。 これは現行の予測型シミュレーションにも定常応答の評価にも織りこみずみである。)
水の循環を示す量である降水量・蒸発量も地球全体としてはふえる。 しかし、蒸発量およびグローバルな降水量は、 地表面のエネルギー収支にも制約されるので、 その気温に対する応答は 飽和水蒸気量の増加ほど急激にはならない。 大気中の水蒸気の回転率が遅くなる(平均滞在時間がのびる)ことになる。
ところが、ローカル・短時間の降水量は、 地表面のエネルギー収支の制約をあまり受けず、 飽和水蒸気量の増加を反映してふえることができる。 したがって、降水は時間的・空間的に集中する傾向が強まる。 大まかに言えば、温帯の雨のふりかたが熱帯のものに近づくと考えてよいだろう (温帯と熱帯の間には緯度による地球の自転のききかたの違いもあるので、この近似は正確ではないが)。
陸上の水資源、とくに農業生産に利用可能な水について考えてみる。 楽観的要因としては、 大きな意味での気候帯の分布は変わらないこと、 循環する水の量は多少はふえることがあげられる。 しかし、悲観的要因として、 まず、大陸上の半乾燥地域 (自然植生は草原、農業は小麦や牧畜が主となる地域)で、 蒸発がふえるが、その割には降水がふえず、 陸上で利用可能な水が減るところが多いと予想される。 また、湿潤地帯では降水がふえるが、空間的・時間的不均一性が強く、 洪水の危険が高まる一方で利用可能な水がふえない可能性がある。
現在雪が降る地域のうち、 比較的温暖なところで雪が雨に変わることによって積雪が減る一方、 比較的寒冷なところでは水蒸気の供給がふえることで積雪がふえる可能性が高い。 凍土の融解や河川・湖の氷の減少も進むだろう。 このような雪氷の変化は河川への水の流出の季節変化にも大きく影響するだろう。
ここで紹介できなかった文献リストなどは、
シンポジウム当日前後にはインターネット上の次の場所に置く予定。
http://www.jamstec.go.jp/frcgc/research/p2/masuda/ondanka/daiyonki_gakkai/
(2011-03-24 http://macroscope.world.coocan.jp/ja/text/ondanka/daiyonki_gakkai/に移動。)