「放射冷却現象」と「温室効果」についての質問です

「放射冷却現象」と「温室効果」についての質問です

天気予報の解説で「今朝は晴れて地表の熱が奪われる放射冷却現象が起きて冷え込みました」等の解説がされるのですが、
「放射冷却」を「放射するもの（地表）と環境（大気）」に分けて考えると環境も放射しているので地表は大気の温度より下がらないと思えるのですが？
「放射冷却」とはどのような現象なのでしょうか？

質問の趣旨は
「放射冷却」は熱力学第２法則に反しないか？
です。

「温室効果」も同様な質問です
「二酸化炭素が環境のエネルギーを吸収して地表面の温度が上がる」
みたいな解説を聞くのですが、
環境のエネルギーを吸収している限り二酸化炭素は環境の温度より高くなれないはずなのですが
「温室効果」とはどのような現象なのでしょうか？

これも質問の趣旨は
「温室効果」は熱力学第２法則に反しないか？
です。

No.28 回答者： toratorasecond 回答日時： 2012/01/10 12:23

筑波山の４つ目の温度　湿球温度

http://takanosunotama.blogspot.com/2011/10/blog- …

と言うページがありました。
参考までにお知らせします。

筑波山では気温、湿度、風向、風速の他に地表や地中温度を10分毎に観測しています。
このページでは観測した値から月ごとの平均値をグラフにしているようです。

グラフをみると、地表の温度は昼ころから下がり始め夕方から夜間そして明け方にかけて湿球温度になるようです。

湿球温度については同じブログの
温位エマグラムと湿球温度　―雨雪判別―
http://takanosunotama.blogspot.com/2010/12/blog- …

地表の温度が放射で冷えるとすると夕方から湿球温度に落ち着くのは説明できません。
一般に言われる「放射冷却」と言う現象はやはり作り話だと思います。

参考URL：http://takanosunotama.blogspot.com/2011/10/blog- …

No.27 回答者： torosecond 回答日時： 2010/11/22 09:47

「環境省の温室効果のメカニズム」を批判する

（http://takanosunotama.blogspot.com/）

とするブログを見つけました。

参考までに紹介します。
ブログにはこんなことが書いてありました。

４．「環境省の温室効果のメカニズム」を批判する

なにか拍子抜けした検討になりました。
環境省の
「温室効果のメカニズム」
（http://www.nies.go.jp/stop-ondanka/2008/pdf/06-0 …）
を批判しておきます。
私はこのパンフレットの内容について質問したのですが無視されています。
たくさんの税金を使って作られているはずなのに、環境省は無責任な役所だと思います。

私の質問はさておき、温室効果のメカニズムには根拠のない図や噂が載っています。
パンフレットは要するにCO2の再放射が、CO2のない大気が放射する赤外線にプラスされると言っているようです。

さて、CO2が赤外線を放射してないかと自問自答すれば、
「CO２のある所の温度に対応する赤外線を放射している」
となります。

CO2のある空間はCO2の熱容量よりはるかに小さい
（朝永振一郎信先生の「量子力学I」P12参照、
空間のエネルギーは単位体積当たりで、普通は気体の熱容量は1モル当たりで計算されることに注意）

のでCO2の温度に対応する赤外線を放射することになります。

当然CO2が近傍の環境と同じ温度なら
CO2の存在の有無で地表に向う赤外線を変化することはありませんので、
増加させるためにはCO2自体の温度が上がる必要があります。

温度が上がるためには放射元の温度が問題で、
それが太陽なら温度が上昇してもかまいません。
しかし、太陽からの赤外線を吸収するとした温室効果論はいまのところ無いようです。

放射元が近傍の環境なら第2法則から、
CO2はいくら赤外線を吸収しても環境の温度以上にはならないことになります。

難しいことを言うとボロがでますが、
おそらくこれが
キルリホッフの法則（http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%AB% …
の言っている事だと思います。

No.26 回答者： toratorasecond 回答日時： 2010/05/11 13:59

温位エマグラムについてはANo23～ANo25を参照してください。

温位エマグラム（北東気流）
温位エマグラムに湿球温度を重ねてみます。

湿球温度は
気圧P、気温T、露点温度Td　とすると　湿球温度Toは

Cp＊To＋L＊(e（To）／（P－e（To））)＝Cp＊T＋L＊（e（Td）／（P－e（Td））　

この等式で結ばれるToであらわされます。

相当温位Sは
Cp＊S（P、T、Td）＝Cp＊T＋mg＊h＋L＊（e（Td）／（P－e（Td））
でした。
湿球温度は相当温位から位置エネルギーの項を抜いた「エンタルピー」＋「潜熱」に関係した温度であることが分かると思います。

雨粒の温度が湿球温度に近いと考える理由は教科書や適当なサイトで湿球温度を調べてもらえばわかると思います。

さて、下の湿球温度を加えた温位エマグラムを見て下さい。
関東は高気圧に覆われてても、曇なったり雨が降ったりで気温が上がらない現象があります。
関東での気象解説で「冷たい北東の風の影響で気温が上がらなかった」と解説される事例です。

資料は2006年7月21日21時の館野の高層資料です。東京では弱い雨が降っていたとおもいます（少なくともくもりだったでしょう）。
相当温位と飽和相当温位の差から小さい所は湿度の高い所で、雨を降らす雨雲は1000～1500ｍ位にあるのが分かると思います。
風は850hPa（高度1400m位で）で南東風、地上は北東風でした。
エネルギーの低い（冷たい）空気の上にエネルギーの高い（暖かい）空気が乗りあがっているのが分かると思います。
いわゆる、温暖前線のような構造で雨が降っていたと考えられます。
地上高気圧に覆われているのに、どうしてこのような構造ができるのか？
想像してみますと、地上は北東風なので、地上高気圧の中であることに矛盾はありません。
850hPaは南東風なので、高気圧が抜けかけているイメージです。
どうも上空の高気圧の中心が先行して東海上にぬけかけ、暖かい（エネルギーの高い）空気が南東風で地上高気圧乗り上げて温暖前線のような構造をつくるように思えます。
暖かいと言ってもエネルギーが高いだけですので、実際に降る雨は冷たい。
この冷たい雨が空気を冷やして、高気圧循環がしっかりして北東風がしっかりすると思われます。
「冷たい北東の風の影響で気温が上がらなかった」と解説されていますが、「上空の湿った空気が南から地上高気圧に乗り上げて冷たい雨を降らせ、気温があがらなかった」と説明するほうが正確だと思います。そんな印象を持ちます。
関東の北東方向に、実況や予想の天気図に寒気は確認できないはずです。
温位エマグラムは現象を解釈するのに非常に便利です。
また、湿球温度を加えれば降水が雪になるかどうか、雷雲からコウヒョウががあるかどうかの判断材料になります。

温位エマグラムの紹介は目的外の話題ですので、今回で終わりです。

No.25 回答者： toratorasecond 回答日時： 2010/05/09 06:58

相当温位

　温位と同様に相当温位の内容はCpを掛ければ空気1モルのエネルギーとなります。
　相当温位Sは温位に水蒸気の潜熱を加えただけで、
　　　　Cp＊S＝エンタルピー＋位置エネルギー＋水蒸気の潜熱　　　
となります。
　水蒸気の潜熱は、気圧P、水蒸気圧eの空気1モルを考えると、水蒸気の量は分圧の法則から e／(P－e)モルになりますから
　　　　水蒸気の潜熱＝L＊（e／(P－e)）
となります。
　ところで、水蒸気圧は露点温度Tdが高い（低い）と水蒸気圧が高く（低く）なり、露点温度Tdが気温Tと同じになると相対湿度は100％となります。このように相当温位は複雑ですが、結局は相当温位S　は　気圧P、気温T及び露点温度Tdで決まります。
　　　　S＝S（P、T、Td）

飽和相当温位
　気圧P、温度Tの空気で湿度50％のときと湿度100％の相当温位を考えてみます。
　50％、100％の露点温度をTd50％、d100％とすると気圧Pと温度Tは共通で湿度100％の方が水蒸気量は多くなり
　　　　S（P、T、Td50％）＜S（P、T、Td100％）
となります。
　湿度100％とした相当温位を飽和相当温位と呼びます。
　Cp*飽和相当温位は気圧P、温度Tの空気が持ち得るエネルギーの最大を現わします。

「相当温位と飽和相当温位」と「SSI」
　850hPaの空気の相当温位と500hPaの空気の飽和相当温位を比べてみます。
　850hPaの空気の温度をT850、露点温度をTd850、500hPaの空気の温度をT500とすると
　　　　850hPa空気の相当温位は　　　　S（850、T850、Td500)
　　　　500hPaの空気の飽和相当温位は　S（500、T500、T500）
と書けます。
　ここで、850hPaの空気の持つエネルギーを変えないように500hPaまで 断熱膨張させます。
　膨張させた空気は温度が下がり、湿度は100％となり温度と露点温度は同じになります。
　500hPaまで膨張させたときの温度と露点温度をT850→500とします。
　エネルギーは変えないので850hPaの空気を500hPaまで「膨張させた空気」の相当温位も変わらず　
　　S（500、T850→500、T850→500）＝S（850、T850、Td500）
となり、「膨張させた空気」の相当温位S（500、T850→500、T850→500）も850hPa空気の相当温位といえます。
　「膨張させた空気」の相当温位と500hPaの飽和相当温位と比べてみましょう。
　　S（500、T850→500、T850→500）　と　　S（500、T500、T500）を比べるのです。
　気圧は500hPaで共通です、また両方とも気温と露点温度は同じなのでT500とT850→500を比べることができます。
　もし、T500＜T850→1000　なら
　「膨張させた空気」は温度が高いので、500hPaの空気の上に浮くことになり、また、露点温度も高いので、「膨張させた空気」の相当温位は500hPaの空気の飽和相当温位より大きいことになります。この結果をまとめると
　T500－T850→500＜０　のとき
　　S（500、T500、T500）－S（500、T850→500、T850→1000）＜０
　T500－T850→500＝０　のとき
　　S（500、T500、T500）－S（500、T850→500、T850→1000）＝０
　T500－T850→500＞０　のとき
　　S（500、T500、T500）－S（500、T850→500、T850→1000）＞０
となります、なお、T500－T850→500はシュワルターの安定指数とよばれるものです。

温位エマグラム（自由対流高度）
　下の温位エマグラムを見て下さい、A、B点は地上の相当温位と上空の飽和相当温位と同じになった所です。
　地上の空気をエネルギーを保存しながらA点の高さ以上まで持ちあげれば、後は加速度を得て上昇しB点まで達します。A点 の高さを自由対流高度と呼びます。
　地上は、ほぼ1000hPa だから地上の温位は気温とみなせます。下の空気の温位がすぐ上の温位より高くなれば、浮かびます。地上気温がC（35℃位）以上まで上がれはDまでじゅんぐりに等温位になります。
　地上からDまでの高さの空気が上に浮かぶことになります。Dまでの高さの空気の相当温位（エネルギー）はすべてDの高さの空気の飽和相当温位より高い（E点参照）ので、8000mまで上昇します。このときエネルギーが、どの位上空に送りだせたかわかるはずです。500mを超す建造物で気象観測をすれば、エネルギーを上空に送り出す手立てが見えるかもしれません。

No.24 回答者： toratorasecond 回答日時： 2010/05/07 15:00

お詫び

500hPaでの温位の「あいまいさ」の見積もりを10～20ｋとしましたが、間違えでした。
原因は温度減率の違いから単純に見積もってしまったことにあります。
本来は、温位の定義式（省略）から見積もるべきでした。
下のグラフは2008年8月4日21時に館野で観測されたデータから計算したものです。
温位の「あいまいさ」（従来の温位－温位）は
925hPa で　－0.9k
850hPa で　－0.9k
500hPa で　　1.1k
400hPa で　　3.4k
300hPa で　　5.0k
でした。
「あいまいさ」の見積もりについて訂正し、お詫び申し上げます。

No.23 回答者： toratorasecond 回答日時： 2010/05/06 08:58

現在まで一般には、ほとんど温位エマグラムの解説はなされていません。

いらいらしている方もいるのではないでしょうか。ここでの質問の趣旨からはずれてしまいますが、温位エマグラムの説明を試みたいと思います。
説明しなければならないことは、温位、相当温位、飽和相当温位と相互の関係についてです。何回かに分けて説明したいと思います。
今回は温位についてです。
例えば850hPaの空気の温位は、850hPaの空気を1000hPaまで断熱圧縮したときの温度のことです。
断熱圧縮とは熱を加えずに物質（理想気体などを）を圧縮することで、手押しポンプで自転車タイヤに空気を入れると、エネルギーが必要なこと、ポンプ（空気が）が暖かくなることが実感できます。

　　　　　　＊温位がエネルギーに対応していることの説明＊

ここでは850hPaの空気を1000hPaにまで断熱圧縮します。
実際の1000hPa、850hPaの温度と850hPa の温位をそれぞれ、 　

実際の1000hPaの温度： T1000
実際の850hPaの温度　：T850
850hPaの温位　　　　：T1000→850
とします。
850hPaにあった空気を1000hPaに断熱圧縮して温度T1000→850にした結果

T1000→850＞T1000　　（a）

となったとすれば、T1000→850の空気は実際の1000hPaの空気の温度より高いので、質量密度（単位体積当たりの質量）が小さく、T1000の空気の上に浮くことになります。
逆にT1000の空気を850hPaまで断熱膨張させるとその空気の温度は実際のT850より低くなり、850hPaの空気の下に沈み込むことになります。
実際の観測結果でも850hPaの温位が、1000hPaの温度より低いことは、まずありません。

さて、自転車のタイヤの例からわかるように850hPaの空気を1000hPaに断熱圧縮するにはエネルギーが必要です。
その断熱圧縮にかかるエネルギーUは
U＝Cp（T850→1000　－　T850）　（１）
となります。
（温位をご存じのかたは（１）も理解できるはずです。導出が面倒ならカルノーサイクルを解説する物理の教科書に答えを探して下さい）
一方、乾燥空気（空気を理想気体とした場合）の温度減率は100メートルで1度下がるとされ、T850→1000　と　T850の温度差は次式で示される高度差に対応します。

Cp（T850→1000　－　T850）＝－ｍｇ（ｈ850→1000　－　ｈ850）　（２）

　Cpは定圧モル比熱、ｍは平均分子量、ｈ850は850hPaの空気の高さ、h850→1000は850hPaの空気を1000hPaまで圧縮したときにあるべき高さです。
（（２）は乾燥断熱減率の式を単純に積分した結果です。乾燥断熱減率の式は単位質量当たりで表記されることが多く見掛け上ｍが現われません。）
（２）の左辺は（１）そのもので断熱圧縮にかかるエネルギーで、位置エネルギーの差と等しいことが分かります。

（２）をすこし変形すると

Cｐ＊T850＋ｍｇ＊h850　＝　Cp＊T850→1000＋ｍｇ＊ｈ850→1000　（３）

ここで、h850→1000が地表面（高さh850→1000＝0メートル）にあるとしたら（３）は

Cp＊T850→1000＝Cｐ＊T850　＋　ｍｇ＊h850

となります。850hPaの温位（T850→1000）にCpをかけたものは、850hPaの空気1モルが持つエネルギーであることがわかります。そのエネルギーの内容はエンタルピー（Cｐ＊T850）と呼ばれるエネルギーと位置エネルギー（ｍｇ＊h850）の和です。
ここで、注意するべきはh850→1000の高さを地表面（高さ0メートル）にする点です。
一般にh850→1000は実際に観測される1000hPaの高さと異なりますし、500hPaの空気を1000hPaまで断熱圧縮したときに、あるべき高さh500→1000とも異なります。
結果、500hPaの温位は温度減率の理論と現実の差から10～22ｋもの「あいまいさ」を持つことになってしまいます。
信じられないことですが、気象学はこうした「あいまいさ」を気にしないのです。（実際に気象モデルはこのように計算されています。）
こうした「あいまいさ」＝「誤差」を残したままでは、「地表面の温暖化」という微妙な問題に対応できる訳がありませんし、現実には温位をエネルギーと解釈もせずに上空の空気が温暖化しているのか調べてもいないと思います。
どこかの国の首相や環境省大臣はこうした「あいまいさ」を気にしない人の言うことを「科学的」と言っているように私には思えます・・・。

No.22 回答者： toratorasecond 回答日時： 2010/05/02 13:18

私は「放射冷却現象」、「温室効果」は熱力学第2法則に反するのではないか？と質問しています。

また、環境省に対しパンフレット「STOP THE 温暖化 ２００８」（http://www.env.go.jp/earth/ondanka/stop2008/06-0 …）にある温室効果のメカニズムについて質問しています。
1月25日した質問は5月2日現在にいたるまで、回答が返ってきません。環境省の対応は不誠実だと思います。
環境省の回答が気になっている方もいると思いますので報告しておきます。

環境省への質問内容はNo20を見て下さい。

温室効果の根拠の一つに、地表面の温暖化とCO2の増加にみられる相関を根拠に揚げているものがありますが、
CO2の増加とエネルギー消費にも相関があるでしょうから、温暖化とCO2の増加にみられる相関は偽相関であることは容易に想像できます。

今回は「放射冷却現象」と呼ばれている現象についてもう少し私の考えを紹介したいと思います。

「放射冷却現象」は晴れた風のない明け方に冷え込む現象を指すようです。
現実には以下のような現象が起こります。

現実A
「晴れた風のない明け方で、地上1.5メートルにある温度計がプラス4℃位から地表面では氷が張り、霜が降りる。」ことがあります。
氷が張りますので、地上1.5メートルはプラス4℃でも地表面は0℃以下であることがわかります。
「放射冷却現象」を放射するものと環境にわけて考えると、放射するものは環境の温度より低くならないことが熱力学第2法則から証明されます。
現実Aは「放射理論」では説明できません。
現実Aを説明するには、何か地表面を冷やすもの（作業物質）が必要で、それは水や氷で霜が地表面を冷やすのだろうと考えられます。

大気中には目に見えない雲粒が浮いています。私はそうした雲粒が大気を冷却しているのではないかと考えています。

大気中の雲粒で現実Aを説明するには、
１．雲粒の量
２．雲粒の温度
３．何故、落下してくるのか？（雲粒の落下と生成が同時に起きて見掛け上、雲粒の量と温度は変化していないように見える可能性がある）
を説明しなければならないと思います。

１．雲粒の量は、直感的には気圧、気温、蒸気圧によって決まってくると考えられます。気温が高く（低く）、蒸気圧が高け（低け）れば雲粒の量は多く（少ない）だろうと思います。
（H2Oがどの位あるかは気圧と蒸気圧の比からわかります。また、水蒸気を理想気体と考えた場合に比べ、実際の上空の水蒸気圧は極端に低くなってます。この差が雲粒の量と関係していると思います。）
２．雲粒の温度は、湿球温度に近くなると考えられます。
（雲粒の形や大きさが問題になりますが、目に見える霜の温度は湿球温度よりやや低い程度だろうと思います。）
３．雲粒が落下してくるメカニズムの仮説です。
まず、湿球温度のイメージを大ざっぱに言うと、湿球温度が高い（低い）とは、気温が高く（低く）水蒸気圧が高い（低い）ことを意味します。
晴れた上空の気温は低く蒸気圧は低く、湿球温度はかなり低く雲粒の量は少ない。
一方、地表付近は上空より温度が高く蒸気圧は高いので、湿球温度も高く雲粒の量も上空より多い。
このように雲粒の量と温度（湿球温度）が決まると考えられます。
こうした大気の温度がなんらかの理由（例えば日没）で下がれば、大気の単位体積中の雲粒の量は過剰になり下に向かって落下すると考えられます。
落下した雲粒は周辺の空気を冷やし、雲粒の量は過剰となり落下する雲粒を増やすと考えられます。
このようなことが、上空から地表に向かって「なだれ現象的」に起きて、湿球温度の低い（冷たく水蒸気圧の低い）雲粒が地表付近に溜まることになると考えています。

下のグラフは、松本市の午前3時の観測で天気が快晴、風速0.5m/s未満となった日（事例数61）を抽出して、毎時間ごとに気圧（hPa）、気温(℃ )、蒸気圧（hPa）の平均値からの偏差をプロットしたものです。(水蒸気圧は偏差の10倍値をプロット)
午前9時まで、気温と蒸気圧の変化が一致しています。別の観測地でも同様の変化を示しますのでグラフから「放射冷却現象」と呼ばれる現象は気温と同時に水蒸気圧の変化も同時に説明する必要があると思います。

凍霜害対策は、強い温度差があることから茶畑のファンのように空気をかき混ぜるのが有効であることがわかります。（上から風を送るのでは、下から上に向けたほうがよいかも）放射型温度計での地表面の温度観測してファンのON、OFFをを制御すれば合理的でしょう。
また、凍霜害対策は結露対策かもしれません。
湿球温度は、スキー場で人工雪を作るのに役に立つでしょう。

No.21 回答者： torosecond 回答日時： 2010/04/03 09:49

私は、地表面の温暖化は地表面を暖めるエネルギー源が原因だと思います。

「温室効果」はこのエネルギー源を説明しません。

環境省に質問してから２ヶ月以上が過ぎましたが回答はありません。
環境省は「温室効果」を説明できません。

CO2の25％削減をする根拠を環境省は示せないのです。
こんな行政って許されるのでしょうか？

私は、地表面の温暖化は空気がエネルギーを蓄える現象だと考えています。
台風のエネルギー源は水蒸気が液体の水になるときの潜熱であることからわかるように、水蒸気の形でもエネルギーを溜めこみます。
水蒸気でエネルギーをたくさん溜めこめば、同じ温度でも水蒸気の多い空気のほうがより多くの氷を溶かします。
また、気温が上がるにつれて、蓄えることのできる水蒸気の形エネルギーも大きくなります。
下のグラフは気象庁で「温位エマグラム」と呼ばれるものです。
グラフは南鳥島で高層観測された8月9時平年値資料から求めたものです。
左から温位、相当温位、飽和相当温位で、Cpを乗ずると空気１モルあたりのエネルギーとなります。
温位は、「エンタルピー（CvT＋PV）＋位置エネルギー」で、相当温位はこれに「水蒸気が水になったときの潜熱」を加えてもとめおり、気象で使われる近似式は使っていません。
そして、飽和としたものは飽和相当温位で、これが最大限蓄えられることが可能なエネルギーです。

温位や相当温位という言葉が気になる方は温位が乾燥空気のもつエネルギー、相当温位が加えて水蒸気の潜熱を加えたものと考えてください。

このグラフについて簡単に説明します。
飽和相当温位は地上の相当温位と同じ値になる高さをA点とします。（A点：飽和相当温位の値＝地上の相当温位）
A点の高さを自由対流高度と言います。
このケースではA点は約1000mとなっています。

地上の空気を断熱膨張させ、膨張させたときのエネルギーを使ってA点まで空気を持ち上げると後は水蒸気が液体や固体になる潜熱により周辺の空気よりあたたかくなり14000m以上の高さまで上昇します。
理論的には何らエネルギーを使わず、地表面に溜まったエネルギーを上空に捨てさることができます。

これとは別に、A点の高さの温位は絶対温度で304Kですが、A点までの温位すべて304Kの温位（304Kの等温位）にしても対流は始まります。
上昇させる温度は1～2度程度です。

南鳥島に1000メートルクラスの山があれば、日射により山肌が温まり、そして周辺空気の温度上昇をもたらしますから、毎日のように積雲や積乱雲が発達することになります。
夏の本州の山岳で雷雲が発達しやすいのはこのためです。

また、私は温暖化により対流現象は起こりにくくなり、起こると災害をもたらす強い現象になるかもしれないと思っています。

運が悪いと温暖化により1000m付近まで温度上昇が起こり自由対流高度さらに高くなり、より多くのエネルギーを蓄える可能性があるからです。

　自由対流高度が高くなれば対流が起こりにくくなるのは直感的に理解できるのではないでしょうか。
　
　私は、南海上に山脈を作れと言っているのではありません。
　何らかの方法で、水蒸気を液体の水にして潜熱を解放すれば理論的には14000メートルにも達する積乱雲ができるはずです。
　地表面に溜まったエネルギーを上空に送り出す技術を検討できると思います。

　自然は積乱雲を発達させ地表に溜まったエネルギーを上空に運び出すことを行っています。それを効率よく起こせば、ある程度「地表面の温暖化」を緩和することができるかもしれないと思います。
　
　しかし、それは人間が気候をコントロールすることになりますし、始めたら引き返せないかもしれません。
　それでも、CO2の25％削減してもエネルギー消費を抑えないよりましだとおもいます。
　
　私は、温暖化を地表面から1500m（850hPa）付近までの温暖化だと思っていますが実はたいした根拠がありません。大気全体が温まっている可能性を否定できないのです。
　
　もし、そうなら人間の活動による排熱を上空に捨てても温暖化は止まらないですが、現実を知るのも大切でしょう。

No.20 回答者： toratorasecond 回答日時： 2010/03/03 11:53

私は、1月25日に環境省に対し、温室効果について質問をしましたが3月3日現在、回答が返ってきません。

ここに質問を再録したいと思います。

1. 　1-1の回答について
A.ある惑星で..(省略)..
仮に惑星の大気が全く温室効果を持たない状態を考えると、地表付近が放射平衡温度で代表される温度で安定するものと予想されます。

質問(1) パンフレットでは平均気温マイナス19度となっています。これは地表面（地表1.5メートル）の温度ですが地表付近を地表面としたのは何故ですか？
質問(2)「地表付近が放射平衡温度で代表される温度で安定するものと予想されます。」の科学的根拠はなんですか？
　たとえば、「雲の表面付近が放射平衡温度で代表される温度で安定するものと」予想してはいけないのですか？
　また、金星のがアルベドを0だとすると放射平衡温度は約 309Kですから摂氏プラス36度程度となります。
　結果「金星の地表面は摂氏プラス36度程度より低い温度で安定すると予想される」ことになります。
　金星の温度減率は100度/kmで大気の厚さは雲まで50km（少なくとも40km以上はある）とすると、地表と雲の間には「温室効果」を考えなくても500度程度の温度差が必要になります。
　温度の下限は摂氏マイナス273度程度ですから金星の地表面は摂氏プラス227度以上になります。
　「金星の地表面は摂氏プラス36度程度より低い温度で安定すると予想される」と大きく矛盾します。

2. 　2.▲温室効果のメカニズムについての回答について

A.前回の回答と重複部分もございますが、温室効果の仕組みの概要は以下のようになります。
水蒸気やCO2等の温室効果ガス(GHG)は、地表面からの放射のうち赤外領域の電磁波を吸収し
て振動し、今度はGHG自体が赤外線を再放射します。この再放射の一部は地表方向に向かうた
め、地表面はGHGの働きがないときに受ける太陽放射に加え、再放射分だけより大きな放射を受けることになります。

質問(1)「地表面からの放射のうち赤外領域の電磁波を吸収して振動し」は振動の自由度から他の自由度にエネルギーが等分配されGHGが、近傍の大気の温度よりあがると言う意味ですか？
質問(2)「今度はGHG自体が赤外線を再放射します。」はGHG固有の周波数の赤外線を再放射する意味ですか？
　GHG近傍の大気が放射する赤外線とは異なるものと理解しますが、GHGが放射する固有周波数とはどのようなものですか？

A.このときの状態を赤外領域の地球放射について大気圏外から観察した場合、大気圏の下層では
温室効果がなければ大気を素通りして観察できるはずの赤外線の一部が再放射で地表方向に
戻されてしまっているため、大気の下層はより暗く不透明に見えることになります。
放射平衡温度については、この大気の下部が暗く不透明に見えている状態を元に考えているため
より高い位置で平衡が成り立つ、ということになります。


質問(3)　暗く不透明に見えてるとは、具体的にどのようなことを言っているのですか？
　たとえば、赤外画像（大気圏外から地球を見ている）で日本列島（地表面）がみえますが、日本列島がどのように見えていると言うのでしょうか？　　　　
質問(4)　1.の質問(2)と重複するかもしれませんが、何故、体気の下部が暗く不透明に見える状態を元に放射平衡温度を考えるのですか？

・・・・・・・・・・・
ここで、私の考えを2点ほど申しあげますと、

１．放射平衡温度を地表面の温度とする根拠はない
金星の例で明らかだと思います。
また、温室効果ガス（GHG）で地表面の温度が上がると考えるのは熱力学第2法則どころか第１法則（エネルギー保存則）に反するとも考えます。
放射平衡温度の摂氏マイナス19度は、太陽からの得たエネルギーから計算されます。
これが本来の地表の温度でGHGにより摂氏15度になるなら、地表面はGHGにより発熱することになります。
この発熱するエネルギーをどのように考えるのか温室効果は説明しません。

２．赤外線の再放射とは何か
GHGが赤外線を吸収することが温度上昇の原因のはずですが、環境省は「GHGが赤外線を吸収してGHGの温度が上がる」とは説明していません。
しかし、GHG以外も赤外線を当然放射しており、GHGの温度が上がらない限り、
「地表面はGHGの働きがないときに比 べてより大きな放射を受ける」
ことはない。
GHGがの温度があがるなら熱力学第2法則に反します。

私には環境省の説明は国が国民をだますかのようなものに思えます。

No.19 回答者： toratorasecond 回答日時： 2010/02/09 11:50

補足

お礼や補足では図が使えないのでここで補足したいと思います。
まず、学者先生（ウソつき）に言いたいと思います。
環境省の説明する「温室効果」は、「温室効果ガス（GHG)がなければ、地球の地表面の平均気温が摂氏マイナス19度」で、実際の「GHGを含んだ大気の地表面の温度は摂氏プラス15度」となるそうです。
地球の半分にはGHGが含まれない大気、残りの半分には現在のGHGを含んだ大気にするとGHGを含んだ大気と含まない大気の温度は摂氏プラス15度とマイナス19度になります。
（南極と北極を結ぶ高さ20～30キロの高さの断熱壁を作りGHGを含んだ大気と含まない大気に分ける）
二つ大気の温度の違いから第2種の永久機関が出来ますから、
1.「温室効果ガス（GHG)がなければ、地球の地表面の平均気温が摂氏マイナス19度」
2.「GHGを含んだ大気の地表面の「温室効果」で摂氏プラス15度」
1. または2.あるいは両方が誤りとなります。
以上から私は環境省の言う「温室効果」は間違えだと判断します。

2月8日の現・元「環境大臣」の議論は全く冗談です。

現実A
「地上1.5メートルの所がプラス4?なのに、地表面では氷が張り、霜が降りた（0度以下となってしまった）。」

を説明できない学者先生（ウソつき）の言うことを「科学的」と言う大臣の神経もわからない。
学者先生（ウソつき）は「科学者」の良心を捨てているようです。
（ウソつき）に言いたいことはここまでです。

補足　
私は、地表面の温暖化は「温度」ではなく「エネルギー」を監視すべきだと思っています。
最後に添付したグラフ（気象庁では温位エマグラムと呼ばれています）は気象庁HPから得た資料から計算した南鳥島（8月）のエネルギー平年値です。
上は、「位置エネルギー」と「エンタルピー（蛇足ですがエントロピーではありません）」から、直接、温位を計算したもので、下は気象庁で使われている近似式で計算したものです。
また、相当温位は温位に水蒸気の潜熱を加えたもので、飽和は飽和相当温位で湿度が100％として計算したものです。
（グラフの値に空気の定圧モル比熱のCpをかければ空気分子１モルあたりのエネルギーになります。）
水蒸気の潜熱が無視できないことが分かると思います。
近似式は、100メートルで摂氏1.0度の違いがあるとして計算されています。
実際は100メートルで0.6～0.8度ですので上空になるほど誤差が大きくなります。
天気予報を当てる程度なら近似式で十分（？）ですが、学者先生（ウソつき）も同じ近似式を使います。
気象庁は正直に、予想は10日程度先までしか信頼できないとしています。
学者先生（ウソつき）は何日先までの温度を計算しているのか私は知りませんが10日程度とはとても思えません。
しかも、学者先生（ウソつき）は実際の100メートルで0.6～0.8度の差を理論的に説明できません。（そうですよね？学者先生、現実Aも説明できませんよね？）
環境大臣はこうした学者先生（ウソつき）の言うことを「科学的」と言うのです。

・・・・・・・・・・

シュワルターの安定指数（SSI）をご存知の方は温位エマグラムとSSIの関係を整理しておくことをおすすめします。

SSI＜０のとき
（500hPaの飽和相当温位）ー（850hPaの相当温位）＜０
SSI＞０のとき
（500hPaの飽和相当温位）ー（850hPaの相当温位）＞０
となります。

残念ながらここのスペースが足りないし数式ばっかりになってしまいます。

最後の館野のグラフは晴れて風の吹かない朝でなくとも地上付近に寒気が溜まった例です。特に珍しい事例ではありません。