地球温暖化の平均気温上昇

大学の宿題でボルツマンの式を使って今から2100年までの平均気温が何度上がったか求めなさい。という宿題が出たのですが いまいちやり方がわからないので教えてください。お願いします。(_ _(--;(_ _(--; ペコペコ

No.3 回答者： coralseaco2 回答日時： 2011/07/23 17:12

ボルツマンの式を使って温暖化の程度を計算させようとする先生の認識が誤っています。

温暖化炭酸ガス原因説をとるIPCCの誤った報告を盲信しているのでしょう。

1896年にアレニウスは炭酸ガス濃度が2倍になると気温が5～6度上昇すると主張しました。1865年に炭酸ガスが温室効果ガスであることを発見したチンダルが、1900年頃に実験で炭酸ガス濃度を２倍にしても炭酸ガスによる吸収が増えないことを明らかにし、温暖化炭酸ガス原因説を既に論破しています。
当時の炭酸ガス濃度でも既に炭酸ガスによる赤外線の吸収は飽和していて、それ以上に濃度を高めても吸収は増えず、温室効果も高まらないということです。
　
温暖化炭酸ガス原因説では、炭酸ガスには温室効果があり、現状よりも濃度が高くなると、炭酸ガスによる地表からの放射の吸収が増えて、地球から宇宙に出て行く放射が減少するから、温度が上昇すると説明されています。
　しかし、炭酸ガスに温室効果がある所までは合っていますが、その後の部分は間違っています。炭酸ガスは、地表からの地球放射のうち、吸収可能な波長15μmの赤外線をものすごく強く吸収します。わずか1mで9割以上、5mで98.4%、10mでは100%吸収します。
http://www.sundogpublishing.com/fig9-13.pdf　1mの空気柱の赤外線吸収率(Petty)
　現在の炭酸ガス濃度は390ppmですから、わずか百分の1の3.9ppmしかなくても、波長15μmの地球放射は1000mの高さまでで全部吸収されてしまいます。ということは、温室効果の大きさはゼロと3.9ppmの間には明らかな差がありますが、3.9ppmと産業革命前の濃度280ppmとの間、280ppmと現在の390ppmの間、390ppmと2倍の780ppmの間に温室効果の差はありません。

実際に炭酸ガスが吸収できる15μmの波長では、地球放射と同じ大きさの大気放射が観測されていて、地表から上向きに出た地球放射はすべて炭酸ガスに吸収され、周囲の空気を暖めることなく、再放射されて大気放射として地表に戻っています。
http://www.asahi-net.or.jp/~rk7j-kndu/kenkyu/ke0 …　近藤純正先生のHPの図 3.5
http://www.aist.go.jp/ETL/jp/results/bulletin/pd …　大気放射スペクトル測定例

15μmの波長では炭酸ガスに吸収されずに宇宙まで出て行っている地球放射は全くありませんから、炭酸ガスの濃度が高くなっても、炭酸ガスによる吸収は増えませんし、温室効果も増しません。炭酸ガスはすでに温室効果を100%発揮済みであり、これ以上の温室効果は発揮できません。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1% …　大気通過後の放射スペクトル分布　水蒸気と炭酸ガスの吸収波長の地球放射は全て吸収されてしまうため、宇宙まで出て行けない。地表からの地球放射のうち、宇宙まで出て行き、放射冷却を生じるのは、どの温室効果ガスにも吸収されない大気の窓領域の波長の部分のみ。

炭酸ガス濃度が増すと、15μｍの吸収波長域が長波長側と短波長側に広がるから、温室効果が高まるとの主張（地球温暖化懐疑論批判、地球温暖化懐疑論へのコメントVer.3）がありますが、それは水蒸気が存在しない架空の世界での話で、実際の空気には炭酸ガスの50倍近い水蒸気が含まれていて、広がるはずの波長域と吸収波長が重なっています。従って、広がるはずの波長域は水蒸気によって既に吸収されてしまっていますから、炭酸ガス濃度が増しても温室効果は高まりません。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1% …　大気通過後の放射スペクトル分布

炭酸ガスに一度吸収された地球放射は半分が上向きに再放射され、炭酸ガス濃度が増すと、吸収と再放射を繰り返して宇宙へ出て行く距離が増すから温室効果が高まるとの主張がありますが、地表では15μｍについて上向き地球放射と同じ大きさの下向き大気放射が観測されています。
従って、炭酸ガスが吸収して上向きに再放射した分は吸収と再放射を繰り返し、結局、全部下向きになって地表に戻ったことになります。15μｍの地球放射と大気放射の差引はゼロで、宇宙に出て行く放射はありませんから、上記の主張は誤りであることがわかります。
熱収支図でも大気の窓領域から直接宇宙に出る放射40を除く地球放射350　のうち、半分の175を圧倒的に超える324が地表に大気放射として戻っていますから、水蒸気と炭酸ガスの両方の温室効果の場合でも、水蒸気と炭酸ガスによる地球放射の吸収後の再放射の半分が上向きで吸収と再放射を繰り返しながら宇宙に出て行くというストーリーが誤りであるのは明らかです。
350と324の差の26は大気の窓領域の放射が曇天時などに黒体としてふるまう雲に吸収されて雲を暖め、地表に戻らずに雲の上面から宇宙に向けて黒体放射した分と考えられます。
大気の窓領域関係分の40＋26は水蒸気も炭酸ガスも吸収できない波長ですから、水蒸気と炭酸ガスの濃度が高くなっても数値は変化しません。
熱収支図で見ても炭酸ガス濃度の上昇や水蒸気濃度の上昇によって数値が変化する箇所はなく、温室効果が増大する余地はありません。
http://www.rist.or.jp/atomica/data/pict/01/01080 …

　成層圏のような低温低圧の高空は未飽和だから、炭酸ガス濃度が増すと、温室効果が高まるという説がありますが、人工衛星からの観測では炭酸ガスが吸収可能な波長15μｍ(波数670/cm)について、気温－53度(220K)の成層圏下部からの放射をとらえています。
0.1気圧では、わずか１ｍの空気柱でみると吸収は未飽和でも、実際の成層圏下部の厚みははるかに大きく、数十ｍ、数百ｍの空気柱で考えると、吸収は飽和していますから、炭酸ガス濃度が高くなっても、温室効果は高まりません。
また、地表からの15μｍの地球放射は高さ10ｍ未満で全て炭酸ガスに吸収されていて、成層圏下部まで届いている15μｍの地球放射は存在しません。成層圏下部は炭酸ガスが赤外線を吸収する所ではなくて、－53度の空気に含まれる炭酸ガスが15μmの赤外線を放射する所です。
http://www.warwickhughes.com/papers/barrett_ee05 …
http://www.sundogpublishing.com/fig9-13.pdf　1mの空気柱、0.1気圧での炭酸ガスによる赤外線の吸収スペクトル
http://www.s-yamaga.jp/nanimono/taikitoumi/taiki … 太陽スペクトルと大気の吸収の図　炭酸ガスは高度11kmでも15μmの吸収率100%

温暖化は1900年代後半の、8000年ぶりという極めて活発な太陽活動による自然現象です。過去400年で見ても1900年代後半の太陽活動は最も活発です。太陽活動の気温への影響のタイムラグ（時間的遅れ）は15年位であり、太陽活動の低下の影響は2015年頃から出てきます。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%99%BD% …　太陽変動　ウィキペディア
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1% …　400年間の太陽黒点数の推移

20世紀の太陽活動の変化による光の強さの変化は0.2％ですが、0.3度前後の温度上昇をもたらします。過去100年の温度上昇は0.7度ですから、これだけでも半分近くを占めます。
http://www.nistep.go.jp/achiev/ftx/jpn/mat009j/p …　元気象研究所所長　柳原一夫氏の報告

http://stesun5.stelab.nagoya-u.ac.jp/study/sub8. …　
太陽風速度、宇宙線が気温に影響を与えるメカニズム　
アルプスの氷河は太陽活動が活発な時期に後退し、極小期に前進することを繰り返しています。

http://akumanosasayaki.blog.shinobi.jp/Entry/37　
http://www.envi.osakafu-u.ac.jp/atmenv/aono/CliH …
太陽活動が不活発だった極小期はいずれも寒冷な気候となり、京都のヤマザクラの開花が遅れていることからも、太陽活動と気温の密接な関係がうかがわれます。

http://www.mission-k.net/globalwarming/cosmicray …　
オマーンのモンスーンと太陽活動に非常に密接な相関

天文学的要因が気候に大きな影響を与えています。

No.2 回答者： duket 回答日時： 2008/06/18 13:31

ここで仮定されている条件がわからないので、答えるのは困難ですが、

ここではHansenら[1984]の論文にもとづいて概要をしめします。
　ボルツマンの式を用いて、放射バランスは
　　　　πR^2 (1-A) So = 4 π　R^2 σTe^4
ここでRは地球の半径、Aはアルベド、Soは太陽定数、Teは有効放射温度でここでは大気上端の温度としておきます。
　上の式に現在の適当な値を代入するとTeは約255Kになります。大気の上端の高さが約6kmで、対流圏の気温減率が1kmあたり5.5度とすると、地球の平均表面温度は288Kになります。
　二酸化炭素が２倍の濃度になるのと太陽定数が2%増加するのとでは、ほぼ効果が等しいので、上の式から約1.3度の上昇になります。
　対流圏の構造などかわらなければ、大気表面での温度上昇も1.3度ぐらいになります。実際には水蒸気が増加するなどのフィードバックが得られるので、温度上昇はこれより大きいと考えられます。
　http://pubs.giss.nasa.gov/docs/1984/1984_Hansen_ …

ちなみに地球温暖化によって深層水循環がが止まり、氷河期が訪れるという仮説は映画にもなりました。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%82%A4% …
しかし、昨年のIPCC報告書政策決定者向け要約の見解は以下の通りです。
「現在のモデル予測では、大西洋の深層循環は、21 世紀中に弱まる可能性が非常に高い（SRES A1B シナリオに対する複数モデル予測の平均で、2100 年までに25%の減少（0～約50%の間））。このような変化にもかかわらず、予測される温室効果ガスの増加に伴う昇温の方がはるかに大きいため、大西洋地域の気温は上昇すると予測される。この深層循環が21 世紀中に、大規模かつ急激に変化する可能性は非常に低い。長期にわたる深層循環の変化についての信頼できる予測はできていない」
http://www.data.kishou.go.jp/climate/cpdinfo/ipc …
現在、深層循環が始まっているかについては観測などでもはっきりした兆候は現れていません。
（例えばLatifらの論文http://ams.allenpress.com/perlserv/?request=get- …）
　

No.1 回答者： suiran2 回答日時： 2008/06/17 19:17

教授に何度上昇するかではなく，2100年には氷河期になっているはずだから何度低下するのかが正しい問題だと言っておやりなさい。

最高学府の先生ともあろうものが，2100年まで温暖化が進むと考えているとは日本の教育も終わりですね。もう深層海流の停滞が始まっているのですよ。

この回答へのお礼

2100年には地球がそのようなことになっているのですか。。。。。
知りませんでした Σ（゜д゜lll）ガーン

お礼日時：2008/06/17 23:39