基礎地学II 気候変動と地球温暖化（1/3） 北海道大学・環境科学院 藤原正智 http://wwwoa.ees.hokudai.ac.jp/~fuji/ 気候変動と地球温暖化 第１回 気候システムとその変動過程 エルニーニョ・南方振動 第２回 地質時代の気候変動 地球温暖化 第３回 地球温暖化：今後の課題（数値モデリング） 地球温暖化：今後の課題（観測） 地球温暖化問題とは何か “気候システム”？ 地球の特徴は？ •巨大な衛星、月の存在 •大気の存在（青色） •H２Oの雲の存在 •広大な海洋の存在 •プレートテクトニクス •強い磁場の存在 •生命の存在 •酸素主成分の大気 •オゾン層の存在 “Earth Rise” : December 1968, Apollo 8 http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/archivepix.html 月上空から見た地球（アポロ8号：初の月周回）―写真右上より太陽光 “気候システム”？ 地球半径： 6370 km 対流圏の厚さ： ～10 km 大気圏の厚さ： ～100 km 海洋の平均水深： ～4 km 1997年8月 台風“Winnie” （スペースシャトル Discovery、高度300～500 km） http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/archivepix.html 気候システムを規定する 基本定数および物理・化学過程 ［気候変動論、 住ほか、 岩波書店］ 気候システムを規定する 基本定数および物理・化学過程 太陽定数（太陽表面温度、地球・太陽間距離（地球公転軌道）） 地球公転速度、地球自転軸と公転面の傾き（“地球軌道要素”） 地球半径・質量、自転速度 重力とコリオリ力 大気総量、大気組成（放射活性・温室効果気体、エアロゾル、雲） 気温気圧分布（大気安定度）、水蒸気量（潜熱）、粘性（乱流） 地表面状態（海陸、植生、雪氷等の分布 放射的、熱的、力学的特性） 大気海洋相互作用、大気陸面（生物圏含む）相互作用、 大気雪氷相互作用、雪氷海洋相互作用（例：中・深層水） 火山噴火、隕石衝突… 気候システムの変動とそれに関わる過程 数億年： “地球史46億年”（固体地球の冷却・大気海洋と生物の進化・他） 数万年： 氷期・間氷期（地球軌道要素＝“ミランコビッチ”サイクル） 数千年： （海洋深層循環） 数百年～数十年： 地球温暖化（人類の文明？） 数十年～数年： • エルニーニョ・南方振動（大気海洋相互作用） • 環状モード＝北極振動・南極振動 • 太陽活動の11年周期（エネルギー量は0.1%、紫外線量は1%、宇宙線 量は10%変動。なお、他にも長周期の各種変動あり） 数ヶ月～数週間： • さまざまな“テレコネクションパターン” • Madden-Julian Oscillation (MJO) （熱帯の積雲の組織化） • ブロッキング高気圧 数日： 温帯高低気圧 大気と海洋の相互作用 風の持つ運動量（乱流摩擦）：大気海洋 • 大気側：地表面摩擦（運動エネルギー消散） • 海洋側：「風成循環」駆動 海の熱と水（顕熱と潜熱）：海洋大気（多くの場合） • 熱と水蒸気の乱流輸送（気温・湿度分布、地表風速に依存） 降水・蒸発：海洋の塩分濃度が変化「熱塩循環」が変化 例：風海流による熱輸送（海表温）気団形成・変質風 • （なお、大気と陸面、大気と雪面、大気と氷面間にも、運動量と熱の やりとりがある。） 【冬のシベリアからの北西季節風】 気温は大陸沿岸で－10～－20℃ 日本海沿岸で0℃ 日本海上を10～20時間進む間に、 海洋から大気へ顕熱と潜熱が大量に供給される ［左図：木村竜治、流れの科学； 右上図：新田尚、新気象読本］ エルニーニョ・南方振動 El Niño-Southern Oscillation, ENSO Darwin “NINO 3”海域 Tahiti 南方振動： インド気象台長だったウォーカー（Walker）が1923年に発見 （インドのモンスーンはいつはじまるか、総雨量はどの程度になるか、予測するため過去の気象データを調査していた） （ちなみに、“Walker循環”は、熱帯の東西循環のこと。西太平洋で上昇、東太平洋で下降、など。 vs. Hadley循環） ＜以降のENSO解析に使用するデータは断わりのない限り、http://www.cpc.noaa.gov/data/indices/より。＞ Walkerが発見した南方振動（Southern Oscillation） “細かいぎざぎざ”１年周期の変動 数年おきに、年極大値、年極小値が変動しているか？ DarwinとTahitiとで、何か関係性がある？ 南方振動指数（Southern Oscillation Index） 南方振動の指数を定義： DarwinとTahitiの気圧アノマリーの差を規格化 Darwin “NINO 3”海域 Tahiti 南方振動とは： 熱帯西太平洋と熱帯中央太平洋とで、数年周期で気圧偏差が“シーソー”的な 変動をする現象 その実体をさらに探るために、熱帯の海（海表温）にも着目してみよう (Sea Surface Temperature, SST) そもそも熱帯のSSTの季節変動はどうなっている？ NOAA Optimum Interpolation (OI) Sea Surface Temperature (SST) V2 http://www.cdc.noaa.gov/data/gridded/data.noaa.oisst.v2.html 南方振動指数とEl Niño・La Niña 明瞭な逆相関がみえていそうである 南方振動指数が大きな負（Darwin高圧アノマリ、Tahiti低圧アノマリ） 熱帯東太平洋高温 南方振動指数とEl Niño・La Niña 明瞭な逆相関がみえていそうである 南方振動指数が大きな負（Darwin高圧アノマリ、Tahiti低圧アノマリ） 熱帯東太平洋高温 南方振動とEl Niño・La Niña ★エル・ニーニョ（El Niño） （“神の子”（男の子））という現象： ・南米ペルー・エクアドル沖の熱帯東太平洋（湧昇域：低温、生物生産大）にて、 毎年12月から3月にかけて、海面水温が上昇しアンチョビー（かたくちいわし）が姿消す （海水温循環の季節変化） ・数年に一度、広域で異常昇温 （海水温循環の年々変動） ・逆に、広域で異常降温する場合、ラ・ニーニャ（La Niña） （“神の子”（女の子）） ガラパゴス諸島サンクリストバル島（2004.7） ガラパゴスアシカ 南方振動とEl Niño・La Niña ガラパゴス諸島サンクリストバル島（2004.7） エルニーニョ・南方振動 El Niño-Southern Oscillation, ENSO 大気海洋相互作用現象としてのＥＮＳＯ： ・エル・ニーニョとラ・ニーニャは、大気海洋結合システムの二つの「安定解」。 ・数年周期で（ただし不定）、二つの状態の間を行き来する。 ・地表風により海洋中に大規模波動が励起され、これが水塊を移動させ状態変化をもたらす。 [小倉義光著、一般気象学、東京大学出版会] “もどき”： 1970年代以前は、“教科書的な”El Niño、La Niñaが起こっていたが、 1970年代以降、様子が変わってきている。地球温暖化の進行がその原因 かもしれない。[Ashok and Yamagata, Nature, 461, 481-483, 2009] エルニーニョ現象と世界の天候との統計的関係 1949～2004年にお けるエルニーニョ現 象発生年とエルニー ニョ現象・ラニーニャ 現象ともに発生して いない年とで比較し、 検定の結果、危険率 10％未満で有意な 差のあった地域をま とめて分布図に示す。 どうして/どのようにし て、熱帯のENSOの 影響が遠く中高緯度 まで伝播するのか？ “テレコネクション” http://www.data.jma.go.jp/gmd/cpd/data/elnino/learning/faq/whatiselnino.html エルニーニョとインドネシア森林火災 ★エル・ニーニョに 伴う直接的影響の例： 1997年インドネシア 大森林火災 大旱魃（＋乱開発） が原因。 ・熱帯生態系の焼失 ・煙害、越境大気汚染 [AERA, 97.10.13] インド洋ダイポールモード [Saji et al., Nature, 1999; http://www.jamstec.go.jp/frsgc/dm/nature/ ] < Indian Ocean Dipole Mode > 気候変動と地球温暖化 気候システムとその変動過程 エルニーニョ・南方振動 ＜参考図書等＞ ・「地学図表」 浜島書店 ・住明正ほか 「気候変動論」（岩波講座・地球惑星科学11） 岩波書店 ・小倉義光 「一般気象学」 東京大学出版会 ・木村竜治 「流れの科学」 東海大学出版会 ・新田尚 「新気象読本」 東京堂出版 ・江守正多 「地球温暖化の予測は「正しい」か？不確かな未来に科学が挑む」 化学同人 ・IPCC Fourth Assessment Report (AR4), Climate Change 2007, Working Group I Report "The Physical Science Basis“ Cambridge U. Press ・近藤洋輝 「地球温暖化予測がわかる本－スーパーコンピュータの挑戦」 成山堂書店 ・ワート「温暖化の＜発見＞とは何か」 みすず書房 ・米本昌平 「地球環境問題とは何か」 岩波新書
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