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断熱モデルによる気候感度

気温に与えるCO2の影響を評価するための指標の一つに気候感度があります。気候感度とは、一般に、CO2が二倍に増加したときの気温変化のことです。私がこれまでに紹介した気候感度の値としては、実測値に基づくもので、0.4℃程度となっています(水蒸気フィードバックと気候感度の妥当性)。「アイリス仮説」など雲の研究で著名なリンゼン氏も気候感度の値に対して近い見解を示しています。

Richard S. Lindzen, An Exchange on Climate Science and Alarm, in Global Warming: Looking Beyond Kyoto, 2008

さらに、今年になり、地球温暖化に対する総説論文がイギリスの科学雑誌に掲載されました。

Global warming and carbon dioxide through sciences :
G. A. Florides and P. Christodoulides, Environment International, 35, 390 (2009).

JSTによる抄録の邦訳: 科学を介した地球温暖化および二酸化炭素

この総説論文に紹介されている気候感度の値は、0.01℃~0.03℃となっています。この気候感度の値は、断熱モデルにより見積もられたものです。つまり、この気候感度の値は、温室効果や潜熱輸送だけではなく、圧力による断熱圧縮による昇温効果を考慮したものとなっています。総説に紹介されている断熱モデルの論文の式を見ると、温室効果をそのまま比熱の補正項として表現されているのが分かります(論文のPDFが必要な方はメール等にて要請してもらえれば用意します)。

O. G. Sorokhtin et al., Energy Sources, Part A, 29, 1 (2007)

ところで、私は前回のエントリーで温室効果を比熱のアナロジーとしてイメージしたことを伝えましたが、断熱モデルのように実際に式に導入するまでには至りませんでした。下記に前回のエントリーの一部を引用します。

私が温室効果に対してもった初期のイメージとしては、比熱が生じるメカニズムをミクロな視点で考えることで、そのアナロジーとして地表と大気の間で付加的な保温効果が生じるのだろう、といったことを考えました。比熱は物質の持つエネルギー準位によって規定されます。しかし、あまりにも高いエネルギー準位は比熱に寄与しません。水蒸気や二酸化炭素は、調度、赤外領域にエネルギー準位を持っており、その放射によるやり取りに注目したものが温室効果ではないかと考えました。

温室効果の理解と宇宙気候学の進展

気候感度は気候モデルによる計算によっても見積もられており、低感度と高感度の二種類が用意され、それぞれのパラメータには異なる任意の値が用いられているようです。しかしながら、気候モデルも断熱モデルも所詮は机上の空論です。実測値には敵いません。私としては、Idsoらにより見積もられた実測に基づく気候感度の値の信頼性がもっとも高いと感じています。

TARでは、UKMOモデルによる20世紀気候シミュレーションで、自然起源と人為起源双方の強制力を与えることで全球平均地上気温のトレンド・長期変化を定量的にも再現できることを示していた。その後、いくつかの気候モデルでも同様の結果が出ているが、それらで用いられている強制力は同じではない。異なる大きさの強制力を用いていながら、なぜどのモデルでも20世紀気候再現に成功するのか?どうやら気候感度の低い(高い)モデルでは大きい(小さい)強制力を使った実験を行っているためらしい。

気候感度に関するIPCCワークショップについて(リンク切れのため、キャッシュより引用)

それにしても、気候モデルを用いた研究者同士でも、お互いに用いているパラメータや計算条件すらも分からないとは、計算の扱いに関して余りにも閉鎖的に過ぎるようにも感じます。これでは計算の再現性や検証さえできませんから、反証可能性といった科学としての最低限度の条件を満たすことすら難しいのではないかと思います。

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