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理論物理学による温室効果に対する反証

分光学・光化学の分野でCO2温暖化説に疑問を呈する人は少なくないようだが、理論物理学の分野からも反証があがっている。前回紹介した文献は理論物理学的な視点からの温室効果に対する反証である。今回はAbstractと第五章のPhysicist's Summaryについて紹介する。機械翻訳を用いたので意味の通らないところもあると思うが、とりあえずということで参考にされたい。


Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics, Gerhard Gerlich and Ralf D. Tscheuschner, arXiv:0707.1161v3 [physics.ao-ph](2007)



Abstract
The atmospheric greenhouse effect, an idea that authors trace back to the traditional works of Fourier 1824, Tyndall 1861, and Arrhenius 1896, and which is still supported in global climatology, essentially describes a fictitious mechanism, in which a planetary atmosphere acts as a heat pump driven by an environment that is radiatively interacting with but radiatively equilibrated to the atmospheric system. According to the second law of thermodynamics such a planetary machine can never exist.


大気の温室効果(この考えは、著書によると、フーリエ(1824)、ティンダル(1861)、アレニウス(1896)の伝統的な仕事にまで遡り、そして、地球気候学ではいまだに支持されている)は、本質的に架空のメカニズムを説明します。
そこでは、惑星大気は放射的に相互作用しているだけでなく、大気システムと放射平衡にある環境によって駆動するヒートポンプとして働くとされる。 熱力学の第2法則によると、そのような惑星のマシーンは決して存在することができません。


Nevertheless, in almost all texts of global climatology and in a widespread secondary literature it is taken for granted that such mechanism is real and stands on a firm scientific foundation. In this paper the popular conjecture is analyzed and the underlying physical principles are clarified.


それでも、地球気候学のほとんどすべてのテキストと広範囲にわたる二次的な文献において、そのようなメカニズムが本物で、安定した科学的な基礎に立っていることは、当然のことと思われています。本論文では、一般的に知られた推測が分析され、そして、根底にある物理学的な原理が明らかにされます。


By showing that (a) there are no common physical laws between the warming phenomenon in glass houses and the fictitious atmospheric greenhouse effects, (b) there are no calculations to determine an average surface temperature of a planet, (c) the frequently mentioned difference of 33℃ is a meaningless number calculated wrongly, (d) the formulas of cavity radiation are used inappropriately, (e) the assumption of a radiative balance is unphysical, (f) thermal conductivity and friction must not be set to zero, the atmospheric greenhouse conjecture is falsified.


(a) 温室の温暖化現象と架空の大気の温室効果の間に共通の物理法則はない、
(b) 惑星の平均表面温度を決定するための計算はない、
(c) 頻繁に言及される摂氏33度の違いは、誤って計算された無意味な数である、
(d) 空洞放射の式は不適切に使用されている、
(e) 放射収支の仮定は非物理学的である、
(f) 熱伝導率と摩擦をゼロに設定してはならない、
(a)~(f)を示すことにより、大気の温室の推測は反証されます。




5 Physicist's Summary


A thorough discussion of the planetary heat transfer problem in the framework of theoretical physics and engineering thermodynamics leads to the following results:


理論物理学と工業熱力学の枠組みにおいて、惑星伝熱問題に関する完全な議論は以下の結果を導きます:


1. There are no common physical laws between the warming phenomenon in glass houses and the fictitious atmospheric greenhouse effect, which explains the relevant physical phenomena. The terms "greenhouse effect" and "greenhouse gases" are deliberate misnomers.


1. 温室の温暖化現象と、関連する物理現象を説明する架空の大気の温室効果の間に、共通の物理法則はありません。 用語「温室効果」と「温室効果ガス」は、故意の誤称です。


2. There are no calculations to determinate an average surface temperature of a planet
with or without an atmosphere,
with or without rotation,
with or without infrared light absorbing gases.
The frequently mentioned difference of 33 ℃ for the fictitious greenhouse effect of the atmosphere is therefore a meaningless number.


惑星の平均表面温度を決定する計算法はありません、
大気の有無にかかわらず、
回転の有無にかかわらず、
赤外光を吸収するガスの有無にかかわらず。
しばし言及される大気の架空の温室効果に対する33℃の違いは、したがって、意味のない数です。


3. Any radiation balance for the average radiant flux is completely irrelevant for the determination of the ground level air temperatures and thus for the average value as well.


3.平均放射フラックスのためのいかなる放射収支も、地表面気温の決定(このような平均値の決定と同様に)に対して、完全に無関係です。


4. Average temperature values cannot be identified with the fourth root of average values of the absolute temperature's fourth power.


4.平均温度の値は、絶対温度の4乗の平均値の「四乗根」と同一視することができません。


5. Radiation and heat flows do not determine the temperature distributions and their average values.


5. 放射と熱の流れは、温度分布とそれらの平均値を決定しません。


6. Re-emission is not reflection and can in no way heat up the ground-level air against the actual heat flow without mechanical work.


再発光は反射ではないし、機械的な仕事なしに実際の熱の流れに逆らって地上空気を加熱することはできません。


7. The temperature rises in the climate model computations are made plausible by a perpetuum mobile of the second kind. This is possible by setting the thermal conductivity in the atmospheric models to zero, an unphysical assumption. It would be no longer a perpetuum mobile of the second kind, if the "average" fictitious radiation balance, which has no physical justification anyway, was given up.


7. 第2種永久機関は、気候モデル計算における温度上昇をもっともらしくします。 これは(非物理的な仮定である)大気モデルに熱伝導率をゼロに設定することによって可能です。 「平均した」架空の放射収支(とにかくどんな物理学的な正当性も持っていない)を放棄したのならば、それはもはや第2種永久機関となるだろう。


8. After Schack 1972 water vapor is responsible for most of the absorption of the infrared radiation in the Earth's atmosphere. The wavelength of the part of radiation, which is absorbed by carbon dioxide is only a small part of the full infrared spectrum and does not change considerably by raising its partial pressure.


8. Schack(1972)以後、水蒸気は地球大気における赤外線の吸収の大部分の原因です。 二酸化炭素によって吸収される放射部分の波長は全赤外スペクトルの小さい部分だけであり、それはかなり分圧を上げても変化しません。


9. Infrared absorption does not imply "backwarming". Rather it may lead to a drop of the temperature of the illuminated surface.


9. 赤外線の吸収は「backwarming」を含意しません。 むしろ、それは照らされた表面温度のわずかな低下に通じるかもしれません。


10. In radiation transport models with the assumption of local thermal equilibrium, it is assumed that the absorbed radiation is transformed into the thermal movement of all gas molecules. There is no increased selective re-emission of infrared radiation at the low temperatures of the Earth's atmosphere.


10. 局所熱平衡の仮定をともなう放射伝達モデルでは、吸収した放射はすべての気体分子の熱運動に変換されるとみなされます。 低温の地球大気における赤外放射の選択的な再放出の増加はありません。


11. In climate models, planetary or astrophysical mechanisms are not accounted for properly. The time dependency of the gravity acceleration by the Moon and the Sun (high tide and low tide) and the local geographic situation, which is important for the local climate, cannot be taken into account.


11. 気候モデルにおける、惑星、または、天体物理学のメカニズムは、適切な説明がなされていません。 月と太陽(満潮と干潮)と局所的な地理的状況(局所的な気候に重要)による重力加速の時間依存性は、考慮に入れることができません。


12. Detection and attribution studies, predictions from computer models in chaotic systems, and the concept of scenario analysis lie outside the framework of exact sciences, in particular theoretical physics.


12.検出と属性の研究、カオス・システムにおけるコンピューターモデルからの予測、そしてシナリオ解析の概念は、精密科学(特に理論物理学)の枠組みの外側にあります。


13. The choice of an appropriate discretization method and the definition of appropriate dynamical constraints (flux control) having become a part of computer modelling is nothing but another form of data curve fitting.

The mathematical physicist v. Neumann once said to his young collaborators: "If you allow me four free parameters I can build a mathematical model that describes exactly everything that an elephant can do. If you allow me a fifth free parameter, the model I build will forecast that the elephant will fly." (cf. Ref. [185].)


13. 適切な離散化の方法の選択と適切な力学的な制約(フラックス・コントロール)の定義はコンピュータ・モデリングの一部になっており、それはデータ曲線のあてはめ(フィッティング)のもう一つの形式以外の何ものでもありません。

数理物理学者ノイマンは、かつて彼の若い共同研究者に言いました:「あなたが4つの自由なパラメータを私に与えるならば、私は、象がすることができるすべてを正確に記述する数学的なモデルを造ることができます。「5番目の自由パラメータを許して頂けると、私が造るモデルは、象が飛ぶと予測するでしょう。」(参照Ref.[185])


14. Higher derivative operators (e.g. the Laplacian) can never be represented on grids with wide meshes. Therefore a description of heat conduction in global computer models is impossible. The heat conduction equation is not and cannot properly be represented on grids with wide meshes.


14.より高い微分演算子(例えばラプラシアン)は、格子を幅の広いメッシュによって表すことは決してできません。したがって、グローバルなコンピュータ・モデルの熱伝導の説明は不可能です。熱伝導方程式は、幅の広いメッシュで格子が適切に表されることはないし、適切に表すこともできない。


15. Computer models of higher dimensional chaotic systems, best described by non-linear partial differential equations (i.e. Navier-Stokes equations), fundamental differ from calculations where perturbation theory is applicable and successive improvements of the predictions - by raising the computing power - are possible. At best, these computer models may be regarded as a heuristic game.


15. 非線形偏微分方程式(すなわち、ナビエ-ストークス方程式)で一番よく説明される、より高次元のカオス・システムのコンピュータ・モデルは、摂動論が適用可能で(コンピュータ・パワーの上昇による)予測の連続した改良が可能な計算と基本的に異なっています。 せいぜい、それらのコンピュータモデルは演繹的なゲームと見なされるかもしれません。


16. Climatology misinterprets unpredictability of chaos known as butterfly phenomenon as another threat to the health of the Earth.


16. 気候学は地球の健康に対するもうひとつの脅威としてバタフライ現象として知られているカオスの予測不可能性を誤解しています。


In other words: Already the natural greenhouse effect is a myth albeit any physical reality. The CO2-greenhouse effect, however is a "mirage" [204].

The horror visions of a risen sea level, melting pole caps and developing deserts in North America and in Europe are fictitious consequences of fictitious physical mechanisms as they cannot be seen even in the climate model computations. The emergence of hurricanes and tornados cannot be predicted by climate models, because all of these deviations are ruled out. The main strategy of modern CO2-greenhouse gas defenders seems to hide themselves behind more and more pseudoexplanations, which are not part of the academic education or even of the physics training.


言い換えると:どんな物理学的な事実があっても、自然の温室効果はすでに神話とかしています。そのCO2温室効果は、しかし「蜃気楼」です。

上昇した海面、極冠の融解、北アメリカやヨーロッパの砂漠の進行などの恐怖のビジョンは、気候モデル計算においてさえ見ることのできない架空の物理的なメカニズムの架空の結果です。 これらの逸脱の全てが除外されるので、ハリケーンと竜巻の発生は気候モデルで予測することができません。

現代のCO2温室効果ガス擁護者の主要な戦略は、ますます多くの偽りの説明の背後に隠れようとしているように見えます。ウソの説明は大学教育の一環としてだけでなく、物理学のトレーニングとしてさえ行われているのです。


A good example are the radiation transport calculations, which are probably not known by many. Another example are the so-called feedback mechanisms, which are introduced to amplify an effect which is not marginal but does not exist at all.

Evidently, the defenders of the CO2-greenhouse thesis refuse to accept any reproducible calculation as an explanation and have resorted to unreproducible ones. A theoretical physicist must complain about a lack of transparency here, and he also has to complain about the style of the scientific discussion, where advocators of the greenhouse thesis claim that the discussion is closed, and others are discrediting justified arguments as a discussion of "questions of yesterday and the day before yesterday". In exact sciences, in particular in theoretical physics, the discussion is never closed and is to be continued ad infinitum, even if there are proofs of theorems available.


よい例は放射伝達計算です。(その計算はたぶん多くによって知られていません)。 別の例はいわゆるフィードバック・メカニズムです。(そのフィードバック・メカニズムは、わずかではなく、全く存在しない効果を増幅するために導入されます)。

明らかに、CO2温室論の擁護者は、どんな再現可能な計算も説明として受け入れるのを拒否し、再現不可能な計算に頼ろうとします。理論物理学者は、ここで透明性の欠如について不満を言わなければなりません、また、科学的な議論のスタイルについても不満を言わなければなりません(つまり、温室論の支持者が議論は終了したと主張したり、また、あるのものは正当な論争を「昨日、一昨日の質問」の議論としては信用できないと主張したりする、そのことについてです)。精密科学において、特に理論物理学では、議論は決して終了することはなく、たとえ、利用可能な定理の証明があっても、終わることなく続けられます。


Regardless of the specific field of studies a minimal basic rule should be fulfilled in natural science, though, even if the scientific fields are methodically as far apart as physics and meteorology:
At least among experts, the results and conclusions should be understandable or reproducible. And it should be strictly distinguished between a theory and a model on the one hand, and between a model and a scenario on the other hand, as clarified in the philosophy of science.

特定の分野の研究に関係なく、最小の基本的な規則は自然科学で満たされなければなりません、たとえ科学的なフィールドが物理学と気象学と同じくらいに離れている方法論だとしてもです:
少なくとも専門家の間で、結果と結論は理解可能か、再現可能でなければなりません。そして、科学哲学で分類されるように、理論とモデルについて、また、モデルとシナリオについて、厳密に区別すべきです。


That means that if conclusions out of computer simulations are to be more than simple speculations, then in addition to the examination of the numerical stability and the estimation of the effects of the many vague input parameters, at least the simplifications of the physical original equations should be critically exposed. Not the critics have to estimate the effects of the approximation, but the scientists who do the computer simulation.


それは次のことを意味します。もしコンピュータ・シミュレーションから出た結論が単純な推測よりも多くなるのならば、(数値的な安定性に対する試験と多くのあいまいな入力パラメータの影響に対する見積りに加えて)少なくとも物理学的にオリジナルな方程式の単純化は批判にさらされるべきです。 批評家がする必要はないが、コンピュータ・シミュレーションをする科学者はその近似に対する効果を見積もらなければなりません。


"Global warming is good … The net effect of a modest global warming is positive." (Singer). In any case, it is extremely interesting to understand the dynamics and causes of the long-term fluctuations of the climates. However, it was not the purpose of this paper to get into all aspects of the climate variability debate. The point discussed here was to answer the question, whether the supposed atmospheric effect has a physical basis. This is not the case.

In summary, there is no atmospheric greenhouse effect, in particular CO2-greenhouse effect, in theoretical physics and engineering thermodynamics. Thus it is illegitimate to deduce predictions which provide a consulting solution for economics and intergovernmental policy.


「地球温暖化はよいことです…適度な地球温暖化の正味の効果はポジティブです。」(シンガー)。いずれにせよ、気候の長期変動のダイナミクスと原因を理解することは非常に面白いことです。しかし、気候変動の議論の側面に入ることが、本論文の目的ではありませんでした。ここで議論したポイントは、これまで想定されていた大気効果に物理学的な論拠があるのかどうかについて、疑問に答えることでした。それはありませんでした。

要するに、理論物理学と工業熱力学において大気の温室効果(特に、CO2温室効果)はありません。したがって、経済学と政府間の方針にコンサルティング・ソリューションを提供する予測を推定することは不当なことです。



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解き放たれたアレニウスの呪縛

温室効果の物理的な妥当性について

CO2による地球温暖化に懐疑的な人であっても、たいていの人は温室効果自体の説明については概ね認めているものと思う。しかし、つい最近、報告された「Gerhard Gerlich et al., 26 Jul(2007)」によると、これまでの温室効果に対する一般に流布されている認識を覆し、大幅に見直しを迫る内容が記されている。このレポートの主要な論点は次の六つである。

(a) there are no common physical laws between the warming phenomenon in glass houses and the fictitious atmospheric greenhouse effects
(b) there are no calculations to determine an average surface temperature of a planet
(c) the frequently mentioned difference of 33 degrees Celsius is a meaningless number calculated wrongly
(d) the formulas of cavity radiation are used inappropriately
(e) the assumption of a radiative balance is unphysical
(f) thermal conductivity and friction must not be set to zero, the atmospheric greenhouse conjecture is falsified



Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics, Gerhard Gerlich and Ralf D. Tscheuschner, arXiv:0707.1161v3 [physics.ao-ph](2007)


直訳:
(a) 温室の温暖化現象と架空の大気の温室効果の間に共通の物理法則はない。
(b) 惑星の平均表面温度を決定するための計算はない。
(c) 頻繁に言及される摂氏33度の違いは、誤って計算された無意味な数である。
(d) 空洞放射の式は不適切に使用されている。
(e) 放射バランスの仮定は非物理的である。
(f) 熱伝導率と摩擦をゼロに設定してはならない、その大気の温室の推測は偽りである。


この報告書はおそらく、これまでの懐疑的な論文とは一線を画すことになるだろう。問われているのは、温室効果に対する物理的な根拠であり、それがまったくの事実無根であると主張しているのだ。報告書は113ページにもわたるが、まずはそれを簡単に紹介したサイトを眺めて見るのもいいだろう。
Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects | Atmoz

Global Warming at Odds With Science


私がネット上で見つけた大気化学のテキストにも温室効果のメカニズムに対して杜撰な説明が垣間見られた(大気化学の常識は光物理化学の非常識)。さらに、「Gerhard Gerlich et al.(2007)」によれば、ほとんどの気候学のテキストにおいて、熱力学の第二法則を無視した記述がなされていると主張している。

…… in which a planetary atmosphere acts as a heat pump driven by an environment that is radiatively interacting with but radiatively equilibrated to the atmospheric system.

According to the second law of thermodynamics such a planetary machine can never exist. Nevertheless, in almost all texts of global climatology and in a widespread secondary literature it is taken for granted that such mechanism is real and stands on a firm scientific foundation.




温室効果の説明にしばし用いられる地球のエネルギー収支の図も物理的に正しくないと主張している。

Diagrams of the type of Figure 23 are the cornerstones of "climatologic proofs" of the supposed Greenhouse effect in the atmosphere [142]. They are highly suggestive, because they bear some similarity to Kirchhoff rules of electrotechnics, in particular to the node rule describing the conservation of charge [158]. Unfortunately, in the literature on global climatology it is not explained, what the arrows in "radiation balance" diagrams mean physically. It is easily verifed that within the frame of physics they cannot mean anything.




温室効果ガスによる再放射過程についても、大幅な再考を促す必要があるようだ。

Furthermore, Al Gore confuses absorption/emission with reflection. Unfortunately, this is also done implicitly and explicitly in many climatologic papers, often by using the vaguely defined terms "re-emission", "re-radiation" and "backradiation".
さらに、アルゴアは吸収/放出を反射と混同します。残念なことに、多くの気候学の論文においても、漠然と定義された「再発光」、「再放射」、「後方放射」などの用語がしばし用いられ、それらは暗黙のうち、或いは明らかな形でなされいてます。



3. Is it physically correct to consider radiative heat transfer as the fundamental mechanism controlling the weather setting thermal conductivity and friction to zero?



For instance in many calculations climatologists perform calculations where idealized black surfaces e.g. representing a CO2 layer and the ground, respectively, radiate against each other.

In reality, we must consider a bulk problem, …… In this context an application of the formulas of cavity radiation is sheer nonsense.



Global climatologists claim that the Earth's natural greenhouse effect keeps the Earth 33 ℃ warmer than it would be without the trace gases in the atmosphere. 80 percent of this warming is attributed to water vapor and 20 percent to the 0.03 volume percent CO2.

If such an extreme effect existed, it would show up even in a laboratory experiment involving concentrated CO2 as a thermal conductivity anomaly. It would be manifest itself as a new kind of 'superinsulation' violating the conventional heat conduction equation. However, for CO2 such anomalous heat transport properties never have been observed.



6. Re-emission is not reflection and can in no way heat up the ground-level air against the actual heat flow without mechanical work.
再発光は反射ではない、そして、機械的な仕事なしに実際の熱の流れに逆らって地上空気を加熱することは決してできない。



7. The temperature rises in the climate model computations are made plausible by a perpetuum mobile of the second kind. This is possible by setting the thermal conductivity in the atmospheric models to zero, an unphysical assumption.
7. 第2種の永久機関は気候モデル計算における温度上昇をもっともらしくする。 これは「非物理的な」仮定として、大気モデルの熱伝導率をゼロに設定することによって可能となる。
It would be no longer a perpetuum mobile of the second kind, if the "average" fictitious radiation balance, which has no physical justification anyway, was given up.



9. Infrared absorption does not imply "backwarming". Rather it may lead to a drop of the temperature of the illuminated surface.



10. In radiation transport models with the assumption of local thermal equilibrium, it is assumed that the absorbed radiation is transformed into the thermal movement of all gas molecules. There is no increased selective re-emission of infrared radiation at the low temperatures of the Earth's atmosphere.




再放射については、次のサイトも参考になると思うので、ついでに紹介しておく。
How radiation is released - Joshua Halpern
On the Phenomenon of Atmospheric Backradiation, Heinz Thieme

Grave Discrepancies Between Theory and Experiment, Jack Barrett
Hug & Barrett versus IPCC, Heinz Hug and Jack Barrett


この報告書「Gerhard Gerlich et al.(2007)」はページ数も多く、まだほとんど目を通せていないが、これからの気候論争に大きな一石を投じたことになるのは間違いないだろう。日本でも議論が進むことを望む。日本の基礎研究は着実に衰退しつつあり、理科離れも進んでいると言われている。


基礎を怠れば、その上に立つのはガラスの城となる。昨今の耐震強度の偽装問題のように、日本の科学も基礎となる土台の脆弱性について早期に警告を発しておくべきではないだろうか。シミュレーションに予算を回したぶんのしわ寄せが日本の科学の水準の低下に少なからず影響を与え、さらに、シミュレーションに頼りすぎ、基礎研究を疎かにする風潮がこのまま続けば、それは科学の後退につながるのではないだろうか。根拠薄弱な説に基づいた温暖化騒動の偽善的な振る舞いを見ていると、そんな気がしてならない。

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再放射の可能性について

私が考える温室効果は、再放射によるものではなく、分子衝突によって周囲の分子に運動エネルギーとして赤外励起エネルギーを分配し大気を暖めることだと考えています。エネルギー収支には確かに「再放射」とあります。しかし、下層大気において、温室効果ガスが再放射を行う割合は非常に小さいと私は考えています。基本的には、分子衝突により周囲の分子に運動エネルギーとして分配される割合の方がはるかに高いと思います。


もし、大気がよい放射体として働くのならば、放射温度計で大気の温度も測れるはずです。しかし、放射温度計のサイトを見ると次のように説明されいてます。

「空気は、赤外線の放射エネルギー量が非常に小さい(放射率が小さい)ので、測定することはできません」

HORIBA : 放射温度計プラザ

「大気中に含まれている水蒸気(H2O)や炭酸ガス(CO2)は、特定の波長の赤外線を強く吸収します。このため、大気中で全放射温度計による測定を行うと、被測定物の放射が正しく温度計に伝わらず、精度の高い温度測定は難しくなってしまいます。」

HORIBA : 放射温度


ここで、最も「再放射」を行う可能性がある大気物質を考えてみますと、それはおそらく雲になるのではないかと思います。私は雲の分光特性について知りません。しかし、およそ液体の水と似たような吸収特性を持つものと考えられます。もし、雲からブロードな波長領域において赤外放射が起これば、特に、大気の窓領域の波長(8~13μm)は大気に吸収されることなく、地表に到達することができると思います。


参考までに、放射温度計を天頂に向けて測定した結果を乗せたサイトがありました(ためしに天頂に向けて温度を測ってみると。。)(赤外線放射温度計)。ここで、9月5日のデータに注目しますと、湿度50%、雲量が3とあり、気温33℃に対して、天頂方向は3℃となっています。放射温度計の検出器の分光特性が分からないので、ここから詳しいことは言えませんが、興味深い結果だと思います(太陽放射に含まれる赤外線の寄与なども気になります)。


私は、温室効果だけでなく、熱浴としての大気の保温効果も重要と考えています。近藤さんとはれほれさんの仰るとおり、昼間は地表の温度の方が大気よりも高いと思います。しかし、夜になれば、大気の窓を通じて地表から宇宙へと放射冷却が進み、大気よりも地表温度の方が急速に冷えることで、ときには地表温度の方が低くなることもあると思います(逆転層)。昼夜を通して考えると、大気の保温効果が平均気温に及ぼす寄与も決して少なくないように思います。

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