2008年08月02日

CO2の温室効果は飽和する?

(以前の「温室効果」関連の記事は
「CO2はすでに飽和説&水蒸気が主要因説への解説がでています」
「水蒸気の方が温室効果が大きい?ならば対策を講じなくては」
「光・熱ふく射のエントロピー理論について」
「「温室効果は熱力学第二法則に反するトンデモ論」説」 です。)

 これは「温室効果は熱力学第二法則に反するトンデモ論」のコメント欄での沈思黙考さんとのやり取り(別記事に添付)に応えるべくまとめたものです。

 「大気の窓」という概念はつまづきの石になっているのかもしれないな、と思いました。これは現在の温室効果ガス組成の構成によって成立している(地表だけの)局所的な概念です。
この大気の窓以外の、温室効果ガスの吸収帯域においても、ふく射熱伝達は行われています。

 すべての赤外ふく射帯域で平均して、大気の光学厚さは3程度、つまり、地表から放射された赤外線は3回程度の放射と吸収を繰り返して宇宙空間へ逃げ出す程度の透過率だと言われていたかと思います。
これが特に大気の窓の帯域では、(ベースラインの状態では)光学厚さは1以下となっていますが、CO2以外のフロンなど微量温室効果ガスはその大気の窓の帯域に吸収スペクトルを持つため微量な増加でも光学厚さが増加する=透過率が下がる変化が起こるわけです。

 ですが(ニンバスデータなど)人工衛星から地球表面を観測したふく射スペクトルから分かるように、さまざまな波長帯ごとに(黒体と想定した場合の温度の)異なる赤外ふく射が、大気の窓以外の波長帯からも放射されています。

 では大気中のCO2濃度の増加によって、このニンバスデータスペクトルの何がベースラインと比べて変わるか、を考えて見ましょう。

 特にCO2の吸収=ふく射スペクトル15ミクロンあたりのくぼみを見てみれば、特定の(黒体温度(220K=-53℃))をもっています。
 大気中CO2濃度の増加によって、より大気の外側(上側)の、より気圧が低い空間でのCO2濃度も比例して増加します。このことにより、CO2のこの波長での光学厚さは厚くなります。宇宙空間から見て、光学厚さが0から1までの高度のCO2からの赤外ふく射が最終的に宇宙空間に出て行きますから、より高度の高い空間のCO2からの赤外放射だけが宇宙空間から観測されるように変わります。成層圏よりも低い高度の対流圏では、高度が高くなればなるほど気温が低下していますから、より高度の高いCO2の(黒体温度)はより低くなます。
 結果として、ニンバスデータのCO2の吸収(=ふく射)スペクトル15ミクロンあたりのくぼみは「瞬間的にはさらに」深くなってしまいます。
 ニンバスデータの赤外放射量を全スペクトルについて積分したものが、宇宙空間に逃げていく熱量であり、この積分量は(本来)入射する太陽光のスペクトルの積分量(但しそれぞれ全球についても積分したもの)と等しく、一定な値であるわけです
したがって
CO2濃度の増加によって、この波長でのくぼみが深くなった(放射量が減った)分は、スペクトルの他の波長での放射量が増加する、つまりスペクトルの形が変わることで補われなければなりません。

 ではどう形は変わるのか?
一部は地表面からの大気の窓を通るふく射の(黒体温度)が上がる(この場合はダイレクトな地表面の温暖化を意味します)寄与もあるでしょうし、
他の波長での平均的な(黒体温度)の増加という寄与も起こるでしょうし、
もう一つはより高度の高いCO2の温度が変化前に近づく方向での対流圏の気温分布の再編という現象も起こるでしょう。
 それらの再編が厳密にどう起こるかは知りません。ベースラインと比べて、全体が微妙に変わるのでしょう。
ですが、宇宙空間からみた全スペクトルを積分して得られる熱量は、CO2の増加の前後で等しいという想定をおくことで、上記のいずれの寄与が大半を占めているとしても、CO2の大気中濃度の増加が、十二単の一番外側の一枚の衣を増す効果をもたらす、ということがわかります。


 そしてこのCO2濃度の増加の効果が「飽和」するということはありません。
 また水蒸気はこのような高高度にはほぼ存在しませんから、水蒸気の吸収スペクトルがCO2のと重なっているのでキャンセル(飽和)される、という主張も当てはまりません。

(ニンバスデータの図のリンクはこちら。)
http://www.geocities.jp/obkdshiroshige/ondanka3/ninbus4s.jpg
ninbus4s.png
この図の一番上、サハラ砂漠でのスペクトルの、波数680当たりのくぼみが波長15ミクロンに相当します。
(この横軸の単位は波数、単位は[1/cm]となっていますので、10000ミクロンあたりに680波で、波長は10000/680=15ミクロンとなります。)
 解説の方は紹介する気もあまりないんですが、出所は、懐疑派の方のHPの、
今回のお題 『CO2による赤外吸収は未飽和なのか?』
http://www.geocities.jp/obkdshiroshige/ondanka3/skg1.html
より。

 現在の認識はこうですが、懐疑派の方と言わず正統?派の方も気が向きましたら突っ込みをよろしくお願いします。明日香氏他による地球温暖化問題懐疑論反論コメントver.24の45ページには以下の説明があります。

−−−
 しかし、槌田(2006)の主張では、放射の代表温度をもつ高さが変化することが見落とされている。温室効果物質が多いということは、赤外線に対して大気がより不透明だということだから、赤外線で宇宙から見えるのはより外側、つまりより高いところになる。つまり、放射の代表温度をもつ高さは温室効果物質が多いほど高くなる。したがって、温度勾配が一定ならば、地面付近の気温は、より高くなる。これは真鍋による次の有名な温室効果の説明に他ならない(例えば真鍋 1985)。
heighttemp.png
図12 において、地球の出す放射の代表温度がTe で、太陽から受け取る放射とつりあっているとする。実線の温度分布ならば、図12 のA が放射を出す代表位置である。ここで大気が赤外線に対してより不透明になったとすると、放射を出す代表位置がA'に変わる。ところがこれでは地球が出すエネルギーが受け取る太陽エネルギーより少ないので、地球(大気・海洋)が暖まっていく。
−−−


posted by おぐおぐ at 01:59| 温室効果の理論 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
×

この広告は180日以上新しい記事の投稿がないブログに表示されております。