地球環境・よくある質問コーナー

質問1・地球上の気温はどれくらい変化していますか？

答え
　過去157年間の気温観測で、地表面の気温は局所的変化をすると共に全地球的に上昇しています。地球の平均気温は1910年〜1940年に0.35℃上昇しました。さらに平均気温は1970年〜2006年まで急に0.55℃と二段階で上昇しています。温暖化の上昇率について、過去に起こった最高記録更新12回のうち11回は最後の25年間に起こっています。
1950年代後半より地表の上層部、対流圏（10kmまで）では地表よりやや温かくなっています。しかし1979年より成層圏（10km〜30km）で際立って寒くなっています。このことは物理的な予想およびほとんどのモデルの結果と一致しています。
海洋の地球温暖化は海面の上昇、氷河の融解、北極における海氷の後退および北半球の雪の減少で確認されます。
　地球の気温は一つの温度計で測定するのではありあせん。観測は陸上の数千箇所と海洋を移動する数千の船舶で計測した気温から毎月の地球平均気温を算出します。
　期間を通じて変動の一貫した変化を得るため、より強い変化の異常（気象学的平均からのズレ）が主な分析となります。今日では1850年から現在までこれらの測定値が利用できます。しかしながら19世紀後半には対象範囲が少なく、1957年以降に南極大陸で測定が始まって測定値が多くなりました。1980年に人工衛星による測定が始まったのでさらに広範囲になりました（ジャングルや遠い海洋でも観測できます）。
　過去100年（1906年〜2005年）に地球の平均表面気温は約0.74℃上昇しています。しかし温暖化は異なる期間、違う場所で一葉でなくまた同じでもありません。
　1850年〜1915年間自然変動による上昇や降下を除いて総体的に変動は多くありません。少ない測定値ではありまｓが部分的に上昇しています。1970年代以来の温暖化で、一般に海洋よりも陸上の方が温暖化しています。季節的に温暖化は冬の半休（冬は北半球と南半球で一年間に交互にやってきます）において僅かに大きくなります。さらに温暖化は都市と都市地域（都市のヒートアイランド：コンクリートなどが熱を溜めるので気温は他の場所に比べて島状に高くなります）に起こりますが空間的に限定されます。この結果は地球気温データから影響を受けた多くの箇所を取り除かなければなりません。また誤差が増大することになります（一般の気温変動とは別の鯨飲で暖められています）。
　1901年以来、寒冷化した地域が数ヶ所あります。その顕著なところは南グリーンランド近くの北部北大西洋です。この期間の最も温暖化しているのは亜細亜の大陸内部、北アメリカの北部です。年々の変動制の大きさとして明らかな温暖化を示しているのは、中・低緯度（緯度とは地球の地点を示す座標のことで、赤道を0として北極や南極は90として分割して表します。低緯度は赤道に近い位置になります）で特に熱帯（低緯度地域で場所または気候で定義されていますが、最も寒い付きの平均気温が18℃以上、日射量が多く年中温暖な熱帯雨林気候であるところ）の海洋です。1979年以来の気温傾向として温暖と寒冷化地域を特徴づける太平洋のパターンはエルニーニョ（赤道太平洋の海面水温や海流が変動する現象で大気と海洋が相互に関係して海水の温度が上昇する）に関係しています。
　近年世界の多くの地域（南北アメリカ、ヨーロッパ、北と東アジア、南アフリカ、オーストラリア）で毎日の最高・最低気温について長期的な解析が可能になりました。特に1950年代以来、非常に寒い日および寒い夜間が減少して非常に暑い日および温かい夜が増加しています。霜が降らない季節が両半球（地球を来たと南に分けて北半球と南半球と呼びます。日本は北半球にあります）の中・高緯度で増加しています。北半球では春が早く始まるようになりました。
　1958年から表面より上野気温測定は気象観測気球で行っています。さらに1979年より気温想定は人工衛星データをしようしています。全てデータは必要に応じて調整しています。
　マイクロ波人工衛星データは対流圏（地表から約10kmまで）および低い成層圏（約10km〜30km）を含む厚い層に関する大気の人工衛星温度記録として使われます。
　1950年代後半以来の地球観測について最近のデータで成層圏は1979年以来著しく寒冷化しています。対流圏は地表とりも僅かに大きな割合で温暖なｋしています。これは物理的な予想と多くのモデルの結果が一致しています。対流圏の温暖化と成層圏の寒冷化について温室効果ガス増加の役割が示されています。オゾンの減少は成層圏の寒冷化の物質的な一因となります。地表面の気温が上昇すると川の長さ、湖氷の木瀬具が少なくなっています。さらに、
・20世紀には氷河の量と範囲が広範囲に減少しています。
・最近グリーンランドの氷床の融解があらわれました。
・多くの北半球地域における積雪が減少しています。
・全季節（著しいのは春と夏）で北極における海氷の厚さおよび範囲が減少しています。
・海洋は温暖化しています。
・陸地は氷の融解と海洋の熱膨張によって海水面が上昇しています。

図1　地球の年平均気温

質問２・海水面は上昇しているのですか？

答え
　20世紀に地球規模の海水面（以後、海水面は地球規模を意味します）が少しづつ上昇しました。西暦0年〜1900年まで僅かの変化の後、海水面はある増加率で上昇しています。今世紀（21世紀）はさらに大きな割合で上昇すると予測されています。海水面の上昇は主に海水の熱膨張と陸上にある氷の融解で起こります。
　海水面は最後の氷河期（約21,000年前）までは数千年間で約120m上昇しました。2,000年〜3,000年前に海水面は安定していました。海水面の指標（目じるし）として19世紀の終わりまで有意（意味があること）の変化は無かったとします。近代的な計器による記録は19世紀に海水面の上昇を示しています。
　20世紀については海水面の上昇は1年間あたり約1.7mmです。
　1990年代初期には人工衛星による地球規模の観測が可能になりました。10年に及ぶ衛生測高法（人工衛星からレーザーを用いて高度を測る）のデータによれば1993年より海水面は一年間に約3mm上昇しています。これは前の半世紀の平均に比べて高くなっています。このことは沿岸の計器測定でも確認されています。同じような割合は前の数十年間にも起こっています。
　気候モデルと一致しますが、衛星データと海洋観測では海水面上昇は世界において一様ではありません。ある場所では地球平均の数倍になります。また海水面が下がるところもあります。海水面変化の割合における空間的変化は海洋観測から推定します。海水面上昇率の空間的変化は主に気温が一様でないこと、塩分、海洋循環の変化が原因となります。
　近年ほぼ地球規模の海洋温度データセット（データの集合）は熱膨張の計算に利用可能となりました。
　1961年〜2003年の期間について平均して陸氷の融解は海水面上昇における半分以下の割合ですが熱膨張は観測した海水面上昇の約4分の1です（以前は観測システムが十分でなかったので誤差があります）。この期間の観測した海水面上昇の全体の大きさはIPCC（気候変動に関する政府間パネル）の3次評価報告に報告されているように十分に説明できていません。
　最近1993年〜2003年の間に観測システムがよくなり、熱膨張と陸氷の融解による海水面上昇は約半分の割合となります。海水面上昇の観測した割合と熱膨張および陸にある氷消失の合計との一致は陸上を基準にした水貯蔵の変化の上限を示唆します。しかし十分に理解されているわけではありません。
　モデルの結果は気候による変動のために陸地の水貯蔵における傾向を意味しませんんが、経年および十年間隔で変動しています。しかしながら1993年〜2003年に関して観測した海水面上昇と分かっている寄与（この場合海水面の上昇に貢献すること）の合計の間の僅かな違いは人間が引き起こす定量できない過程（例えば地下水の抽出、貯留層における貯水、湿地帯の排水および森林伐採）の起因かもしれません。
　21世紀の海水面は1961年〜2003年よりも高い割合で上昇すると予測されています。IPCC（気候変動に関する政府間パネル）の排出シナリオに関する特別報告（SRES）のA1Bシナリオ（環境重視型の筋書きで、世界市場志向型・経済は１人当たりの成長最適とし、人口は2050年にピークに達してその後減少、・エネルギーは全エネルギー源でバランス化する）では2090年代の中頃には1990年より海水面は0.22〜0.44m上昇すると予測しています。上昇率は一年間に4mmとなります。海水面変化は地域的に一様ではなく代表的なモデル予測で平均の±0.15mと予測されます。熱膨張の寄与は平均上昇の半分以上になると予測されています。また陸上の氷はこの一世紀（21世紀）に旧に消失するとみられています。
　重要な不確定性は最近観測されているように加速した氷流の結果として氷床からの氷の流出が増加し続けるかどうかに関係しています。これは海水面上昇の量に加えますが関連する過程の理解に限度（まだ十分に解っていない部分）があるのでどれくらい加えてよいか定量的な予測に確信があるわけではありません。

図2　地球の平均海水面（1980年〜1999年平均からの差）
1870年以前は地球規模の測定ではありません。過去の推定値は不確定性を示します。計器による記録のうち、赤線は計器で測定したもの、緑色は衛星測高法で観測しました。将来の予測は21世紀についてSRESのA1Bシナリオのモデルを使用して予測しました。

質問３・温室効果とは何ですか？

答え
　太陽は非常に短い波長、主に可視またはより可視に近い（例えば紫外線(可視光より波長が短い)）スペクトル（波長の順に並んだ帯状の光の像）部分の放射エネルギーを地球に供給しています。地球大気の頂上に到達する太陽光の約1/3は反対方向の空間に反射します。残りの2/3は地表と大気に吸収されます。吸収したエネルギーは平衡になるために同じエネルギーを空間に放出します。地球は太陽よりもすごく寒いので長い波長である赤外部分（可視光よりも波長が長い）のスペクトルを放射します。陸や海から放出された熱放射の多くは雲を含む大気に吸収されて再び地球に放射します。これは温室効果と言われています。建て場温室のガラス壁は空気の流れを弱めて内側の空気の気温を上げます。同じように地球の温室効果は地表を暖めますが物理的過程が異なります。自然の温室効果が無いと、地球表面の平均気温は水の氷点以下となります。したがって誰でも師っているように自然の温室効果で生活がえできています。しかしながら人間活動で化石燃料を大量に燃やし、森林を切り開いたりして温室効果が強くなって地球は温暖化します（これを人為的効果といいます）。
　大気中に多く存在するガスの窒素（78%）と酸素（21%）はほとんど温室効果がありません。温室効果はもっと複雑な分子で起こります。水蒸気は最も重要な温室効果ガスです。二酸化炭素（CO2）は二番目に重要なものとなります。その他大気に少量存在するガス（メタン、窒素酸化物、オゾンなど）が温室効果となります。
　湿気の多い赤道地帯では水蒸気が多く温室効果は非常に大きく、CO2または水蒸気を少量加えるだけでは下向きの赤外放射の影響は少ししかありません。
しかし寒い乾燥した極地ではCO2または水蒸気の少量増加でも効果は非常に大きくなります。同様に寒く乾燥した大気の上部においては地表に比べて温室効果の影響が大きくなります。
　気候システムのさまざまな成分、特に海洋や生物は温室効果ガスの大気中濃度に影響を及ぼします。主な例として工場から大気に排出するCO2は光合成を経て炭水化物に変換されます。産業時代に人間活動は化石燃料を燃やし森林を伐採して大気中に温室効果ガスを増大させました。
　CO2などの温室効果ガスは地球の気候を温暖化します。温暖化の程度はいろんなフィードバックメカニズム（ある系の出力を入力（原因）側に戻す仕組み）に依存します。たとえば温暖化ガスのレベル上昇が原因でおこる大気の温暖は水蒸気の濃度を増加させてさらに温室効果を強めます。これは温暖化して水蒸気を増加させる自己強化型サイクルとなります。この水蒸気のフィードバックは単にCO2を加える温室効果の近似的に二倍の強さになるでしょう。
　さらに重要なフィードバックメカニズムには雲があります。赤外放射を吸収して地球を温暖化します。また雲には入射する太陽放射を反射して地球を冷やす効果があります。雲の形、位置、水分量、高度、粒子の大きさと形状、寿命のような性状の変化は地球の暖かいかまたは寒いかの程度に影響します。雲がどのように気候温暖化に応じて変わるか、そしてこれらの変化がどのように色んなフィードバックメカニズムによって気候に影響を及ぼすかについて、よりよく理解するために多くの研究が行われています。

図3　温室効果の理想化したモデル

質問４・気候変動と気象の関連は何ですか？

答え
　気候は平均の気象と一般に定義されます。そのようなものとして気候変動と気象は関連しています。気象の長期間の統計的な変化は気候変動です。気象と気候は密接な関係がありますが重要な違いがあります。気象の一週間の予測が出来ないのに気候の50年間の予測ができるのですかと尋ねられたとき、気象と気候の間で混乱が生じます。気象の混とんとした性質は数日を越えて予報できないことです。
　気候（長期間の平均気象）において予想される変動は非常に違っていて、大気組成または他の因子で変化するため扱いやすい問題です。よくある困惑として地球上の寒い冬または冷却した場所は再び温暖化する兆候があります。温暖と寒冷の両極端が常にあって、それらの頻度と強度は気候変動として変化します。しかし気象が空間と時間で平均すればそれらのデータから地球の温暖化が明らかになります。
　気象学者は気象システムの日々の漸進的変化（少しずつ変わること）を観測し理解と予測に努力しています。物理に基づいた概念を用いて大気の移動（暖かさや寒さ、雨や雪および水の蒸発など）がどれくらいかについて気象学者は数日間の気象を正確に予測できます。数日を越える気象予測の制限要因は基本的に大気の動的性質にあります。気象学者エドワード・ローレンツは初期状態の僅かな差が非常に異なる予測結果になることを1972年に発見しました。これをバタフライ効果と言います。この効果の本質は複雑なシステムではっきりとした不規則性を起こすある種の変動においれどのように変化するかを取り扱ったカオス理論（予測できない複雑な現象を決定論的にあらゆる出来事はその出来事に先行する出来事のみによって決定していると考える法則を扱う理論）です。しかしながらカオス理論では自然の理法が全て欠如しているわけではありません。例えば最初の僅かに違う状態で嵐の到着の日や経路が変わるけれども平均の温度と降水（すなわち気候）はその地域とその期間に関してほぼ同じです。気象予測は予測期間のスタート地点で全ての状態を知るためのバックグラウンド状態を扱うので、気候を考えるのに役立ちます。もっと正確に気候は気象パターンを決める地球のバックグラウンド状態（大気、陸上、海洋、雪、氷および生物）を含む全地球システムの状態を考えます。例えば、エルニーニョはペルー沿岸の気象に影響を与えます。このエルニーニョ（海面水温が高温になる現象）はランダム結果を生じる気象パターンの漸進的な変化を制限します。ラニーニャ（海面水温が低温になる現象）は違った制限をします。
　その他良く知られた夏と冬の対比があります。季節の進行は地球システムにおいてエネルギーの吸収と放射の地理的パターンによって変わります。同様に将来の気候予測は大気中の二酸化炭素（CO2）やその他の温室効果ガスの量で決定され、地球システム（特に地球表面付近に閉じこめられている温室効果の強度）において熱エネルギーの基本的な変化によって形作られます。気候の変動予測は50年後の温室効果ガスの変化によって非常に異なりますが、わずか数週間後の気象パターンを予測するよりも簡単に解ける問題です。別の言い方をすれば大気の組成変化によってもたらされる長期的な変化は、それぞれの気象事象よりも予測しやすくなります。たとえばひとつのコインを投げて表か裏かの結果または時の運は予測できませんが多くの試行で統計的な挙動は予測できます。様々な要因が気候に影響するとはいえ、科学者は人間活動が主要な影響力となりそして過去50年に観測された温暖化のほとんどに責任があると断定しました。人間が引き起こす気候変動は主に大気中の温室効果ガス量の変化または小さな粒子（エアロゾル）の変化から起こります。気候変動として気象の特定の種類の可能性が影響をうけます。例えば地球の平均気温が増加すると他の現象では頻度や強度（例えば非常に寒い事象）が少なくなるのに対してある気象現象がより頻繁および強烈（例えば熱波、激しい土砂降り）になります。

図4　気候システムの構成要素の概念図、経路と相互作用

質問５・地球の気候変動として変化が予想される熱波、干ばつ、洪水のような極端な出来事はどうなりますか？

答え
　地球の気候変動は極端な事象の種類、頻度及び強さが変わることが予想されます。これらの変化は比較的小さな平均気候変動でも起こります。例えば極端な事象として、すでに熱波（気温が平均に比べて異常に高い。高温が波のように連続する現象）と豪雨の頻度と強さが増加しています。
　温暖化する将来の気候では熱波が長く続き、より強烈に、より頻繁になります。2003年のヨーロッパ熱波は数日から一週間以上続いていますが、温暖化する将来の気候はもっと一般的に起こります。最高最低気温に関する特徴はほとんどの地域で日ごとの温度幅が現象します。すなわち温暖化で凍結（夜、氷点下になる）する日が少なくなります。
　温暖化する将来の気候について、ほとんどの「大気─海洋の一般循環モデル」は北半球の中・高緯度（日本は中緯度に位置しています。高緯度は北極に近い地域）の大部分で夏の乾燥と冬の湿潤の増加を予想しています。夏の乾燥は干ばつ（日照りによる水枯れとなり、お米や野菜などの農産物ができなくなる可能性があります）の危険性を示唆しています。乾燥する危険性に加えて暖かい大気が水を含む容量を大きくして、強い雨と洪水（河川の水があふれ出て住宅が流されることもある）の可能性を増加させます。温暖な地域では少ない雨の長い期間の合間に、降雨は集中してより強くなることが観測されています。比較的に長い乾期に強烈な激しい土砂降りがあります。その他極度な湿気は平均降雨が増加すると予測されている地域ではより深刻となります。極度な乾燥は平均降雨が現象すると予測されているところでより深刻となります。
　強い雨の増加する極端な事として、嵐の強度は変わらなくても降雨の激しさは増加します。特に北半球の陸地で中央と北ヨーロッパの多くで、非常に湿った冬の可能性があり、嵐の期間中に強烈な降雨が予測されています。全ヨーロッパで洪水の可能性が高く、他の中緯度地域でより強烈な降雨とより激しい降雪で流出水となることが示唆されています。同様の結果として夏の降雨についてアジアモンスーン地域と熱帯地域で洪水がより多くなります。将来の温暖化で主要河川領域の多くで洪水の増加する危険性は嵐と関連して雨と洪水になって河川の流量増加につながります。これらの変動のいくつかはすでに進行しています。
　モデルを用いた研究から将来の熱帯サイクロンはより協力な鵜￥風速、より強い雨でさらに深刻になると予想されています。いくつかの研究はこのような変化はすでに進行していることを示唆しています。一年間のカテゴリー4〜5のハリケーン（北大西洋および北太平洋東部で発生する熱帯低気圧で、性質は台風と同じです。ハリケーンの強さはカテゴリー1〜5に分類され、カテゴリー4の風速は210km/hr〜249km/hr、カテゴリー5は250km/hrです。km/hr＝一時間に進む距離）は過去30年間に増加しています。
［ちなみに、日本にやって来る台風は熱帯低気圧です。気圧はヘクトパスカル（hPa）で表します。地表の標準気圧である1気圧は1013hPaとなります。台風は低い気圧になるほど強い風邪になります。風速が33m/s〜43m/sは非常に強い台風に分類されます。さらに54m/s異常は強烈な台風となります。］
　いくつかのモデルによる研究では、より少数の弱い嵐と多数の強烈な嵐に特徴づけられます。温暖化気候において熱帯対流圏の安定性が増加するため、全体的に熱帯サイクロンの数は減少すると予測しています。多くの研究ではこれら深刻になるサイクロンに関連して多くの地域で強い風と海洋の高波となって熱帯の外側では嵐は少なくより強力になる一般的な傾向を予測しています。またモデル研究では両半球の色々な緯度で嵐の進路が極向き（北極または南極方向）移動になると予測しています。