気候システムとエネルギー収支
入射する太陽エネルギー、放出される熱放射、および大気、海洋、氷、陸地、生物圏間の流れが、地球の温度と循環をどのように決定するか。
Definition
気候システムとは、大気、水圏、雪氷圏、地表面、生物圏といった結合された構成要素の集合体であり、それらの相互作用とエネルギー交換が気候を決定します。そのエネルギー収支とは、吸収される太陽放射と放出される熱放射との間の平衡を指します。
Scope
この分野は、結合されたエネルギー機械としての気候システムを扱います。すなわち、大気圏上部と地表における地球規模の放射収支、大気、海洋、雪氷圏、地表面、生物圏間でのエネルギー配分、そして熱帯から極方向への熱を再分配する輸送です。温室効果の物理的基礎、摂動を増幅または減衰させるフィードバック、および強制力の変化と平衡温度変化を結びつける気候感度の概念を扱います。
Sub-topics
Core questions
- 惑星のエネルギー収支は、反射、吸収、熱放出の間でどのように配分されていますか？
- 温室効果が地表温度を放射平衡値よりも高くする理由は何ですか？
- 放射摂動に対する応答を増幅または減衰させるフィードバックはどれで、その程度はどのくらいですか？
- 大気と海洋は、放射の緯度方向の不均衡を均衡させるためにどのように熱を輸送しますか？
Key theories
- 惑星の放射平衡
- 平衡状態では、気候システムは太陽から吸収するのと同じ量の熱放射を宇宙に放出し、惑星のアルベドと温室効果による吸収が結果として生じる地表温度を決定します。
- エネルギー輸送と大循環
- 熱帯は放出するよりも多くの太陽エネルギーを受け取り、極は受け取るよりも多くを放出するため、大気と海洋は熱を極方向へ輸送するために循環し、大循環を形成します。
- 気候感度とフィードバック
- 二酸化炭素倍増に対する平衡温度応答は、水蒸気、雲、地表アルベド、および減率に関わるフィードバックに依存し、これらが集合的に直接的な放射効果を増幅します。
Mechanisms
短波太陽放射は、雲、エアロゾル、地表によって部分的に反射され、部分的に吸収されてシステムを暖めます。暖められた地表と大気は長波放射を放出し、その多くは温室効果ガスによって吸収され再放出されてから宇宙空間に逃げます。吸収される太陽放射と放出される熱放射の緯度方向の不均衡が、大気と海洋の熱輸送を駆動し、一方、フィードバックは、強制力の後に平衡を回復するために必要な温暖化の量を調整します。
Clinical relevance
エネルギー収支と気候感度を定量化することは、温室効果ガスの特定の変化に対して地球がどれだけ温暖化するかを予測するための基礎であり、気候政策目標と影響評価を支えています。
Evidence & guidelines
IPCC第6次評価報告書は、地球規模のエネルギー収支を制約するために観測とモデルを統合し、二酸化炭素倍増に対する平衡気候感度を約2.5〜4℃の可能性の高い範囲と評価しています。
History
惑星のエネルギー収支に関する定量的研究は、19世紀の温室効果に関する研究と初期のエネルギー収支推定から発展し、20世紀の放射対流モデルを通じて進歩し、大気圏上部の放射収支の衛星測定によって変革され、地球規模のエネルギーの流れを観測的に閉じることが可能になりました。
Debates
- 雲のフィードバックと気候感度への影響
- 雲が温暖化にどのように応答するか、そしてその応答が増幅するのか減衰させるのかは、気候感度の推定における最大の不確実性の単一要因として残っています。
Key figures
- Dennis Hartmann
- Kevin Trenberth
- Syukuro Manabe
- Veerabhadran Ramanathan
Related topics
Seminal works
- hartmann2016
- trenberth2009
Frequently asked questions
- 地球が放射平衡温度よりも暖かいのはなぜですか？
- 温室効果ガスは熱放射を吸収し再放出するため、地表は透明な大気の場合よりも約33℃暖かくなります。
- 気候感度とは何ですか？
- これは、大気中の二酸化炭素が倍増した場合に予想される長期的な地球温暖化であり、IPCCによってフィードバックが作用した後で約2.5〜4℃である可能性が高いと評価されています。