温室効果シミュレーター
このシミュレーションの式
| S₀ | 大気上端の日射 S₀ (W/m²) | 太陽定数 1,361 W/m²。球の表面積は太陽に向けた円盤の 4 倍なので 4 で割る | |
|---|---|---|---|
| α | アルベド α (反射される日射の割合) | 地球全体で 0.30: 雲、氷、砂漠は反射し、海や森は吸収する |
現在の値を入れると：
| T_e | 温室効果がない場合の地球の温度 | 約 255 K (−18 °C); σ = 5.67 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴) |
|---|
現在の値を入れると：
| ε | 地表の赤外線のうち大気が吸収する割合 | 1 層モデルで約 0.77。これで地表は観測どおりの 15 °C になる |
|---|
現在の値を入れると：
| C | 二酸化炭素 (ppm) | 産業革命前は 280 ppm。倍増するごとに 3.7 W/m² の強制力が加わる | |
|---|---|---|---|
| M | メタン (ppb) | 産業革命前は 722 ppb | |
| ΔF | 放射強制力 | 1750 年と比べて、惑星が 1 平方メートルあたり余分にためるエネルギー |
現在の値を入れると：
| λ | 気候感度パラメーター | W/m² あたりの K: プランク応答だけなら 0.32、水蒸気・氷・雲のフィードバックを含めると約 0.8 | |
|---|---|---|---|
| C_h | 海洋混合層の熱容量 | 8 W·年/(m²·K)。そのため温度が強制力に追いつくには何年もかかる | |
| T | 世界平均地表温度 | 産業革命前の 13.8 °C から始まり、新しいつり合いへ向かう |
現在の値を入れると：
温室効果シミュレーターの使い方
- 黄色い日射の光子が降りてきます。アルベドの割合だけはそのまま宇宙へはね返り、残りが地面を温めます。地面は赤い赤外線の光子を上へ出し、それが大気中の二酸化炭素やメタンの分子に当たると吸収され、でたらめな向きへ出し直されます。下向きに戻ることもよくあります。この戻ってくるエネルギーが温室効果です。
- CO₂ を増やすと、とらえられる赤外線が増えます。放射強制力はすぐに跳ね上がりますが、気温は海が温まるあいだ何年もかけて上がり、出ていくエネルギーが入ってくるエネルギーと再びつり合うまで続きます。グラフは気温、強制力、まだ増えているエネルギーを追い、メインのグラフはフィードバックの選択ごとに、つり合ったときの温暖化を CO₂ に対して描きます。
- アルベドを変えて氷や雲が増えた場合を、太陽の出力を変えてその小さな効果を見てください。フィードバックを選ぶと、同じ強制力でも CO₂ 倍増あたり 1.2 °C から 4.5 °C まで変わることがわかります。黒体放射シミュレーター では、太陽が可視光で、地球が赤外線で光る理由を見られます。
よくある質問
温室効果とは何ですか?
主に可視光の日射は大気を通り抜けて地表を温めます。温まった地表は赤外線を出し、水蒸気、二酸化炭素、メタンなどの気体がその大部分を吸収して、下向きも含めたあらゆる向きに出し直します。そのため地表は、これらの気体がない場合より約 33 °C 暖かく、平均 −18 °C ではなく 15 °C になっています。
放射強制力とは何ですか?
CO₂ の増加などによって生じる、大気上端でのエネルギー収支の変化で、単位は W/m² です。CO₂ の強制力は濃度の対数に比例して増え、ΔF = 5.35 ln(C ÷ 280) です。倍増するごとに約 3.7 W/m² 加わります。280 ppm から 420 ppm では約 2.2 W/m² です。
気候感度とは何ですか?
CO₂ が倍増したあと、気候が落ち着いたときの温暖化の大きさです。フィードバックがなければ約 1.2 °C です。暖かい空気はより多くの水蒸気 (これも温室効果ガス) を含み、氷が解けると地表が暗くなるので、その値はおよそ 2〜3 倍になります。可能性の高い範囲は 2.5〜4 °C で、最良推定値は 3 °C です。
気温が CO₂ より遅れるのはなぜですか?
海が熱を吸収し、ゆっくり温まるからです。このシミュレーションの海の混合層 1 層は 10 年ほどで追いつきますが、実際の深海は何百年もかかります。そのため、今の強制力ならいずれもっと上がるはずなのに、地球の温暖化はこれまで約 1.2 °C にとどまっています。
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