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気候感度

気候感度（きこうかんど、英語：climate sensitivity、sensitivity of climate）とは、ある外部的な要因に対して、気候がどれくらいの影響を受けるかという度合いを表す気候学の用語。

「気候感度」の考え方

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気候感度は、ある放射強制力に対して、どのくらい気温（地表平均気温）の上下がもたらされるかという考え方であり、数値的には、単位量（ある一定の放射強制力）あたりの気温の変化量（長期的な気候の変化後の気温）で表される。

ここでの気温の変化量は、気温が上昇している状態ではなく、放射が平衡に達して気温が安定したときを考え、これを平衡気候感度と言う。また、平衡気候感度を算出できない気候モデルで用いられる、海洋の熱的な変化を考慮した有効気候感度というものもある。こういった平衡を考えずに、あらかじめ決めた期間内での気温の変化量を用いた場合には、気候感度ではなく過渡気候応答（Transient climate response, TCR。気候の漸増応答とも）という。

気候感度の変化と気候変動

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気候感度の大きさが変わると、同じ放射強制力あたりの気温の変化量も変わる。気候感度が良いほど気温の変化量が大きい。

雲の放射強制力に関する理解が進んでいないため、気候モデルの結果は、その気候モデルが雲の放射強制力をどのように規定しているかによって大きく左右される[note 1][note 2]。気候感度を強めるフィードバックとして特に重要なものに水蒸気フィードバックがある[note 3][note 4]。

気候感度の算出例

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大気中の二酸化炭素 (CO2) の濃度が二倍になった時の放射強制力の変化 (ΔF) に対する気温の変化量 (ΔT×2) は、気候感度パラメータ (λ) を用いて次式で表される。

ΔT×2 = λΔF.

単位はそれぞれ、ΔF が W/m2、λ が °C/(W/m2)、ΔT×2 が °C である。一般的な気候モデルでは、ΔF の値に 3.7 W/m2 がしばし用いられている[1]。現在の気候モデルは気候感度を高めに設定されているとされる[note 5][note 6]。最近では、実測値等の観測に基づく研究の進展により、従来考えられていた気候感度よりも低い値を報告する論文も出始めている[note 7]。

各種手法を用いたCO2倍増時における気温変化の推定例
推定値 (℃) 算出手法 出典
5.5 (5–6) 放射平衡による数値計算 アレニウス (1896)[2]
2.0 放射平衡による数値計算 G. S. Callendar (1938)[3]
2.36 一次元放射対流平衡モデル S. Manabe and R. T. Wetherald (1967)[4]
0.7 拡散雲モデル (diffuse cloud model) B. C. Weare and F. M. Snell (1974)[5]
2.9 (極域は7–9) 3次元全球気候モデル (General Circulation Model) S. Manabe and R. T. Wetherald (1975)[6]
0.8 帯状平均気候モデル O. George and A. Shoshana (1978)[7]
<0.25 (低緯度) 静的放射フラックスモデル R. E. Newell and T. G. Dopplick (1979)[8]
1.5–4.5 米国科学アカデミーにおける議長提案[note 8] チャーニーら (1979)[9]
2 大気-海洋結合モデル (AOGCM) S. Manabe and R. J. Stouffer (1980)[10]
0.79 湿潤断熱減率を用いた一次元放射対流平衡モデル J. R. Hummel and W. R. Kuhn (1981)[11]
0.3 固定した海面水温を用いた気候モデル W. L. Gates et al. (1981)[12]
4 (2.5–5) 3次元全球気候モデル (Global Climate Model) J. E. Hansen et al. (1984)[13]
0.4 自然界の放射測定実験による解析 S. B. Idso (1998)[14]
<1 観測値とモデルの比較 R. S. Lindzen and C. Giannitsis (2002)[15]
0.75 (SSTは0.5) 堆積物などの代替示標 N. J. Shaviv and J. Veizer (2003)[16]
0.8 標準エネルギー収支モデルに基づくデータ解析 D. H. Douglass et al. (2006)[17]
1.1 (0.6–1.6) 海洋の熱容量による解析 S. E. Schwartz (2007)[18]
1.3 (0.9–1.8) エアロゾル、海洋熱輸送の寄与を評価 P. Chylek et al. (2007)[19]
0.5 衛星による放射収支測定 (ERBE) R. S. Lindzen and Y.-S. Choi (2009)[20]
0.01 断熱モデルを用い大気の鉛直温度構造の安定性を評価 G. V. Chilingar et al. (2009)[21]
0.5–0.75 リニアモデル[22]に基づいた気候感度の再評価 K. Kimoto (2009)[23]
0.6 衛星観測による放射フラックスの回帰分析 (CERES) R. W. Spencer and W. D. Braswell (2010)[24]
0.6 海面水温および衛星による観測データ解析 (ERBE、CERS) R. S. Lindzen and Y. S. Choi (2011)[25]
0.8 CO2の光学的厚さの分光データ測定 A. Laubereau and H. Iglev (2013)[26]
0.6 エネルギー収支の二層気候モデル H. Harde (2014)[27]
0.33 二次モデルによる放射強制力の計算 H. D. Lightfoot and O. A. Mamer (2014)[28]
0.4 熱エンジンとしての大気伝熱による簡易モデル E. Specht et al. (2016)[29]
0.6 ニューラルネットワークによる古気候プロキシの分析 J. Abbot and J. Marohasy (2017)[30]
0.7 ライン・バイ・ライン法による放射伝達計算 H. Harde (2017)[31]
0.4 ライン・バイ・ライン法による吸収帯の分光解析 B. M. Smirnov (2018)[32]

脚注

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出典

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  1. ^ IPCC (2001年). “6.3.1 Carbon Dioxide”. Intergovernmental Panel on Climate Change. 2010年7月23日閲覧。
  2. ^ Svante Arrhenius (1896). “On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground”. Philosophical Magazine and Journal of Science 41: 237-276. doi:10.1080/14786449608620846. http://pale.nsdl.org/cac/global_warming/Arrhenius_1896.pdf. 
  3. ^ Guy Stewart Callendar (1938). “The artificial production of carbon dioxide and its influence on temperature”. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 64 (275): 223-240. doi:10.1002/qj.49706427503. 
  4. ^ Syukuro Manabe and Richard T. Wetherald (1967). “On Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Given Distribution of Relative Humidity”. Journal of the Atmospheric Sciences 24: 241–259. doi:10.1175/1520-0469(1967)024<0241:TEOTAW>2.0.CO;2. http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0469%281967%29024%3C0241%3ATEOTAW%3E2.0.CO%3B2. 
  5. ^ Bryan C. Weare and Fred M. Snell (1974). “A Diffuse Thin Cloud Structure as a Feedback Mechanism in Global Climatic Modeling”. Journal of the Atmospheric Sciences 31 (7): 1725–1734. doi:10.1175/1520-0469(1974)031<1725:ADTCAS>2.0.CO;2. http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0469%281974%29031%3C1725%3AADTCAS%3E2.0.CO%3B2. 
  6. ^ Syukuro Manabe and Richard T. Wetherald (1975). “The Effects of Doubling the CO2 Concentration on the climate of a General Circulation Model”. Journal of the Atmospheric Sciences 32 (1): 3–15. doi:10.1175/1520-0469(1975)032<0003:TEODTC>2.0.CO;2. http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0469%281975%29032%3C0003%3ATEODTC%3E2.0.CO%3B2. 
  7. ^ Ohring George and Adler Shoshana (1978). “Some Experiments with a Zonally Averaged Climate Model”. Journal of the Atmospheric Sciences 35 (2): 186–205. doi:10.1175/1520-0469(1978)035<0186:SEWAZA>2.0.CO;2. http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0469%281978%29035%3C0186%3ASEWAZA%3E2.0.CO%3B2. 
  8. ^ Reginald E. Newell and Thomas G. Dopplick (1979). “Questions Concerning the Possible Influence of Anthropogenic CO2 on Atmospheric Temperature”. Journal of Applied Meteorology 18 (6): 822–825. doi:10.1175/1520-0450(1979)018<0822:QCTPIO>2.0.CO;2. http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0469%281978%29035%3C0186%3ASEWAZA%3E2.0.CO%3B2. 
  9. ^ Ad Hoc Study Group on Carbon Dioxide and Climate (1979年). “Carbon Dioxide and Climate: A Scientific Assessment”. National Academy of Sciences. 2010年7月16日閲覧。
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  22. ^ M. E. Schlesinger (1986). “Equilibrium and transient climatic warming induced by increased atmospheric CO2”. Climate Dynamics 1 (1): 35–51. doi:10.1007/BF01277045. 
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  24. ^ Roy W. Spencer and William D. Braswell (2010). “On the diagnosis of radiative feedback in the presence of unknown radiative forcing”. Journal of Geophysical Research 115: D16109. doi:10.1029/2009JD013371. http://www.drroyspencer.com/wp-content/uploads/Spencer-Braswell-JGR-2010.pdf.  see also online discussion
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  28. ^ H. D. Lightfoot and O. A. Mamer (2014). “Calculation of atmospheric radiative forcing (Warming Effect) of carbon dioxide at any concentration”. Energy & Environment 25 (8): 1439-1454. doi:10.1260/0958-305X.25.8.1439. 
  29. ^ E. Specht et al. (2016). “Simplified mathematical model for calculating global warming through anthropogenic CO2”. International Journal of Thermal Sciences 102: 1-8. doi:10.1016/j.ijthermalsci.2015.10.039. 
  30. ^ J. Abbot and J. Marohasy (2017). “The application of machine learning for evaluating anthropogenic versus natural climate change”. GeoResJ 14: 36-46. doi:10.1016/j.grj.2017.08.001. http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/wp-content/uploads/2017/08/climate-natural.pdf. 
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  32. ^ B. M. Smirnov (2018). “Collision and radiative processes in emission of atmospheric carbon dioxide”. Journal of Physics D: Applied Physics 51 (21): 214004. doi:10.1088/1361-6463/aabac6. https://casf.me/wp-content/uploads/2018/07/Smirnov_2018_J._Phys._D3A_Appl._Phys._51_214004.pdf. 

注釈

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  1. ^ 住明正 著「2 大気大循環モデル」、日本化学会 編『本音で話そう、地球温暖化』丸善、2002年、31頁。ISBN 4621049909。「モデルでグローバルな気温が1℃も上がらないようにしようと思えば簡単に出来ます。たとえばアルベドの係数を1％ぐらいずらすとか、少し変えればどうにでもなります。…（中略）…相当多くの部分はやっぱり雲に依っていると思います。雲の出具合は今のモデルでは良く表現されていないけれど、雲の放射特性なんかは、ちょっと変えるだけで結果はいくらでも変わるんですよ。そういう意味では地球の気候をコントロールしているプロセスがもっとたくさんあって、それがまだ解明されていないというのが大きな問題ではないかと思っています。」 
  2. ^ Seiji Yukimoto and Akira Noda (2002). “Improvements of the Meteorological Research Institute Global Ocean atmosphere Coupled GCM (MRI-CGCM2) and its climate sensitivity”. CGER's Supercomputer Activity Report 10: 37-44. http://www.mri-jma.go.jp/Dep/cl/cl4/publications/yukimoto_CGER2002.pdf. "In the global warming experiments, the effective climate sensitivity is evaluated and found to increase more than 1K with the improved version of the model. Decrease of negative feedback due to cloud forcing can explain the most of the change in climate sensitivity." 
  3. ^ IPCC AR4 WG1 (2007年). “概要及びよくある質問と回答 第8章 気候モデルとその評価”. Intergovernmental Panel on Climate Change. pp. 65. 2010年8月24日閲覧。 “水蒸気フィードバックは気候感度を強める最も重要なフィードバックである。”
  4. ^ Robert S. Kandel (1981). “Surface temperature sensitivity to increased atmospheric CO2　”. Nature 293: 634-636. doi:10.1038/293634a0. "However, the temperature and humidity dependence of the terms of the surface energy budget shows that the surface temperature sensitivity depends critically on the way in which the atmospheric humidity evolves, and on the degree of compensation in the perturbation of the latent and sensible heat fluxes." 
  5. ^ 住明正『地球温暖化の真実―先端の気候科学でどこまで解明されているか』ウェッジ、1999年11月、76頁。ISBN 490059430X。「次に大きな問題は、温室効果に伴うとされる昇温量は、それほど大きくないということです。今のところIPCCの報告が数字としては使われており、二酸化炭素倍増時において一･五度から四･五度程度といわれています。ただ、現在の知見ではこの見積りの下のほうが正しいと考えられています。しかしながら信頼できるデータの長さが限られているために、この温室効果によるとされる温度上昇量に対し、観測される自然の変動の振幅のほうが大きくなっています。そのため、この自然変動を除去して、温室効果による温度上昇を推定する必要があります。」 
  6. ^ 住明正 著「2 大気大循環モデル」、日本化学会 編『本音で話そう、地球温暖化』丸善、2002年、35頁。ISBN 4621049909。「今のモデルでCO2を一挙に沢山増やすと、瞬間的にたとえば20℃くらいバーッと温度が上がっていきます。だから今のモデルは非常に温度が上がりやすくなっていると、僕は思っていますが。だけどどこに不備があるかというのは、今の所わからない。」 
  7. ^ 安井至 (2008年). “ＩＰＣＣは温暖化を断言したのか”. 新s あらたにす（日経・朝日・読売）. 2010年7月23日閲覧。 “最近になって、気候感度はもっと低いのではないか、という論文も出始めている。大気中の温室効果ガスの濃度の推移や、各地の温度変化などのデータが整備され始めたからである。言いかえれば、それなりの研究投資が行われた成果が出始めているのである。したがって、科学的事実としてのIPCCの記述は、近い将来、訂正される可能性がある。”
  8. ^ チャーニー報告書（The Charney Report 1979）では、真鍋淑郎は気候モデルの気候感度を2℃、 ジェームズ・ハンセン（James Hansen）は4℃を提唱し、その中間の3±1.5℃という値がチャーニー議長によって定められた。1982年には二回目の評価「Carbon Dioxide and Climate: A Second Assessment」が行われたが、1979年のチャーニー報告書の結果を継承することになり、眞鍋またはハンセンが開発したモデルは次第に主流の気候モデルとなって政策立案者や科学者に影響を与えることになった。

関連項目

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外部リンク

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