正しい地球の熱収支

ホートンによれば地球表面の有効温度Teは 太陽光放射と赤外放射の平衡で求められます。

4pa2sTe4=pa2(1-A)F/R2

ここでステファン・ボルツマン定数s=2p5k4/(15c2h3)=5.67x10-8     W/(m2K4)

太陽からの距離R=1(天文単位)における地球の半径a

全球平均反射率(アルベド)A=0.3

太陽フラックス(太陽定数)F=1,369 W/m2 or J/sm2

から

Te=((1-A)F/4s)1/4=(0.7*1369/(4*5.67)1/4*102=255K=-18°C

この有効温度Teとは地表放射の平均温度とみなせます。


<太陽光放射>

太陽光放射は人工衛星ACRIM(Active cavity Radiometer Irradiance Monitor)が測定した太陽定数測定値はほぼ11年周期的で変動します。これは黒点周期と一致しております。そして太陽定数(太陽フラックス )F=1,369W/m2とされています。地球の表面積は断面積の4倍ですから地球表面積当たりの太陽光放射は342W/m2と なります。

一方、太陽を黒体とすれば太陽表面での太陽放射BlSunは次ぎのプランク関数 で表現されます。

BlSun=(2hc2/l5)(1/(e(hc/lkT)-1))

ここでプランク定数h=6.626x10-34 Js

光速c=3x108m/s

ボルツマン定数k=1.38x10-23 J/K

自然対数の底e=2.718281

波長

2hc2=1.193x10-16 Jm2/s

hc/k=1.44x10-2 mK

黒体温度T=5,780K

太陽放射BlSunと 地球軌道での太陽光放射Blsunshineの 関係は次式が成立します。

Blsunshine=BlSun(RSun2/REarth's orbit2)=BlSun(1/2152)

ここでRSunは太陽の半径

REarth's orbitは地球軌道半径

太陽実効温度T=5,780Kでの地球軌道上での太陽光放射Blsunshineをl =0.0000001m-0.000003m(0.1-3mm)の範囲で描くと下図の紺色の曲線になりま す。オゾンや水蒸気が一部の波長帯を吸収しますので地表に到達する放射はピンク色のようになります。地表に到達しなくとも大気は加熱されるわけです。

太陽光放 射スペクトル分布Blunshineと透過光 (ピンク色)

全方向太陽光放射πBsunshineは プランク関数を波長0.1-3mmに渡りエクセルで区分積分します。

πBsunshine=πBlsunshine dl

全波長に渡る全方向太陽光放射pBsunshineは 次ぎのステファン・ボルツマンの式で表示できます。

πBsunshine= sT4(1/2152)  (J/m2s or W/m2

ここで

地球表面基準=地球断面基準/4

区分積分した結果をまとめますと下表のようになり ます。

バンド 吸収ガス 地球断面基準 (W/m2 地球表面基準 (W/m2 比率(%)
紫外線(UV) オゾン 76 19.0 5.5
可視光他 - 1,133 283.3 82.8
赤外線(IR) 水蒸気 160 40.0 11.7
pBsunshine - 1,369 342.3 100

受熱量の 内訳 紫外域(UV)、可視光域、赤外域(IR)の比率

IPCCと気象庁は太陽放射の変動幅は 0.1W/m2(0.03%、地表の受熱は342W/m2)だから温暖化の説明にはならず温室効果ガスが原因だとしています。確か に可視光の変動幅は 0.1%です。しかし紫外線の変動幅は6-8%、紫外線より短波 長放射は紫外線の2倍以上、UVはオゾンを破壊する時、発熱します。太陽のフレアから流れ出る太 陽風は大気を加熱します。かてて加えて強い太陽の磁気シールドは15%程度宇宙線を遮ぎり、スベンスマルク効果で雲が消えて晴れ、アルベドが減少するなど して気候変動の主因となっ ています。こうして歴史上の小氷期は太陽放射の変化と説明できるのです。現在の地球モデルはこれらを正確に記述しているとは言えないもので す。

2,000年以降は太陽活動が低下したため、入熱が不足して
ハイエイタス(hiatus 地 球全体の気温上昇の停滞状態)と呼ばれている現象を示し、15年間温暖化は停止したのですがIPCCモデルは2000年までの温暖化を温室ガスで説明するモデルを作成してしまったため、2,000年以降の寒冷 化を説明できない で海洋の熱吸収説を持ち出してつじつま合わせをしています。

日本も南極に観測基地をもっていますが、観測資材を積んだ砕氷船が雪上車で燃料などを運べる距離まで接近できない年が何年も続いているそうで す。南極の氷 が厚くなって砕氷船では氷を割ることができない。氷はゼロ度近くで一定してますから温度計では寒冷化したかどうかはわかりません。しかし氷の量が増えてい るわけですから南極海周辺では氷の潜熱分だけ寒冷化したのはは確実。NASAは2015/11南極大陸で失われる氷よりも増える氷の量が多いとの研究結果 を発表しました。大気中の水蒸気量が増えてその水が南極に氷として蓄積していると考えられます。ということは雲も増えて反射率があがり、気温の上昇は抑え られていることになります。

南極周辺で海氷面積が増えれば、太陽光の反射率もふえますからますます冷えるという一種の増幅作用があります。北極海で冷えた海水がグリーンランド脇で大 西洋の底に沈み、南極周辺で湧き上がるから、深海底のミネラルも湧き上がり、プランクトンが増え、それを狙ってシロナガスクジラがあつまり、日本政府派遣 の調査捕鯨船が向かい、それをグリーンピースが追っかけるという構図も南極が寒冷化するとこの対流が阻害されて、クジラもいずれ減る。その濡れ衣は日本国 政府が背負う。という構図が成立しますか?>

温暖化ガスの温室効果がさほどでないとすると過去500年にあった天明の飢饉とか、ブリューゲルが描いた雪景色、テームズ河が凍結した小氷期がやってくる こと も対策にいれねばならないでしょう。現に五大湖は凍結しはじめました。

2018年には北極海のバレンツ・カラ海の海氷が少ないとここに高気圧が生じ、反作用で低気圧も交互に発生する。こうしてシベリア高気圧が強まり、偏西風 も蛇行し 寒気団が南下し、日本は数十年ぶりの寒波に見舞われました。このとき同時に赤道では ラニーニャ現象が生じます。すべてが共鳴しつつ、寒波は波状にやってくるのです。

IPCC は完全に無視していますが、1930-1940年代も温暖化していたのです。私が生まれるまえですから覚えているはずもありません。まだ人口衛星で測定は していませんでしたが気温は高かった。下図のようなICECAPの JosephD’Aleoの1905-2000年 にわたる回帰分析では黒点活動と気温は1930-1940年代もそして1970-2000年の温暖化とも一致します。



太陽放射(TSI)と米国平均気温の回帰分析 by Joseph D’Aleo


<大気が透明としたときの地球放射>

さて地表に達した太陽光放射は地表を暖めます。暖め られた地表はプランク関数に従う黒体放射スペクトル分布BλEarth(J/m3s or W/m3)となります。

スペクトル分布を波長2mmから100mmに渡ってプランク関数をエ ク セルで区分積分すると全方向地球放射BEarthが得られます。

πBEarthBλEarth dλ      (J/m2s or W/m2

全波長に渡る全方向地球放射πBEarthは プランク関数を全波長にわたり積分したステファン・ボルツマンの式でも表示できます。

πBEarth=sTe4 (J/m2s or W/m2

BλEarthをλ=0.000002m(2mm)から 0.00003m (30mm) まで地球放射面温度T=325K(紺色), 300K(ピンク), 275K(黄色), 250K(空色), 220K(紫色)についてプロットすると下図の地球放射のスペクトル分布BlEarthのようになりま す。

<地球大気は窒素と酸素だけならなる透明ガスとし、地 球の有効温度Te(地表放射の平均温度)を255oKとし、地表は黒体とすれば地球放射スペクトル分布は下 図の褐色の曲線になります。

大気が透明としたときの地球放射スペクトル分布


<大 気に グレーガスを含む地球放射>

下図は1970年に打ち上げら れた気象観測衛星ニンバス4号がサハラ砂 漠上空、地中海上空、南極上空で測定した地球放射スペクトル分布です。横軸の目盛りは波数 (cm-1)で0.0025cm (25mm)から 0.00067cm(6.7mm)の範囲です。 それぞれのグレーガスはそのガスが到達できる高度で宇宙に向けて放射していることが見て取れます。



人工衛星ニンバス4号で測定した地球放射スペクトル分布

対流圏の高度は緯度によって異なりますが平均14kmです。実測値を整理 してInternational Civil Aviation Organization (ICAO)では高度、気圧、気温のモデル式を次のような指数関数で表示しております。

P=P0((T0-L*H)/T0)g0M/(R*L)

ここで地表の気圧 P0=101.3   (kPa)

地表の温度 T0=288.15   (K)

高度 H (m)

ガス定数 R=8.31432  (J/K/mol)

地表における重力の加速度 g0=9.80665   (m/s2)

地表の大気の平均分子量 M=0.0289644   (kg/mol)

対流圏の鉛直方向の温度勾配で気温減率 (Temperature Laps Rate) L

H<11kmではL=0.0065 (K/m)

20km>H>11kmではL=0 (K/m)

g0M/(R*L)=5.25588

この式で高 度15km まで計算した気圧と気温は下図のようになります。ピンクが温度、 紺色は気圧です。成層圏では温度勾配が逆になります。



対流圏と成層圏の温度と気圧分布と放射面の高度

<ニンバスの観測値にならい地表とそれぞれのグレーガス(赤外放射吸収ガス)の 平均放射温度を地表(288K)、水蒸気(270K)、オゾン(250K)、メタン(250K)、炭酸ガス(216K)の 温度で放射する時の合成スペクトル分布Bl Earthを下図の褐色の曲線で示しました。

地球放射のスペクトル分布BlEarth

この地球放射の茶色の線で囲まれる領域をエクセルで区分積分した結果は下表のようになります。


平均放射温度(°K)
地球表面基準 (W/m2 比率(%)
大気の窓を通過する地表放射 288 94.8 39.5
水蒸気 270 119.8 50.0
二酸化炭素 216 18.1 7.5
メタン 250 2.7 1.1
オゾン 250 4.4 1.8
pBEarth= sTe4  (Te=255K) 255 239.7 100

地球放射の比率

有効温度Te=255°K=-18°Cと地表の温度288K(15oC) と比較して33oCも低いことを大気物理学では大気のグリーンハウス効果と呼んでいます。これは地球は昼夜を平均すれば平均放射温 度-18°Cで輝いているということを意味します。

直接地表から宇宙に放射されています。そしてメタン、オゾンがその 上層で2.9%、炭酸ガスは最上層で7.5%の放熱を担ってお ります。 真鍋博士は米国 気象庁勤務のとき、対流圏の二酸化炭素濃 度も増えると二酸化炭素分子の数が増えると宇宙への放熱量が増えて成層圏の温度がさ がってしまう。そこで対流圏の温度が高温側にシフトすると考えました。 すなわち温暖化すると考えて「鉛直1次元放射対流モデル」を作成しIPCCのモデルの原型となりました。1)



鉛直1次元放 射対流モデル


Gerhard GerlichはIPCCモデルは二酸化炭素と大気との熱伝導を無視していると批判しています。2) 実際にはモデル化しているようですが、地球は巨大で、分子は小さく数値計算もでるではどだいもデル化には無理があります。

真鍋博士の考えをモデル化して予想してもIPCCの予想はこの10年間ハズレばかりです。二酸化炭素以外の水が上手くもデル化されていないの が当たらない 理由かもしれません。

IPCCは黙っていますが1930-1940年代も温暖化していたのです。そのときはまだ第二次大戦のまえ で二酸化炭素 の放出は低レベルだったのです。ICECAPの JosephD’Aleoによる1905-2000年の二酸化炭素濃度と気温の相関関係を回帰分析しますと下図のように1970-2000年はほぼ一致し ていますが、 1930-1940年代の相関は相当弱いのです。人為的温暖化説はかなり分が悪い ことが分かります。



二酸化炭素濃度と気温との相関の回帰分析 by Joseph D’Aleo

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<海洋の熱塩循環流の振動による海洋 の蓄熱と放 熱>

ではなぜ1970-2000年まで温暖化したかといえば、一つには太陽放射の増加、そしてなによりも 太西洋数十年規模振動AMO+太平洋十年規模振動PDOなどの熱塩循環流thermohaline circulationの振動により海洋に蓄熱されていた熱が急激に放出されたためか、 グリーンランド周辺の微妙な水温の振動が海洋の対流に影響を与え、 地球全体のアルベドの振動現象へと波及してゆくためとも考えられます。このような1975年からの温暖化を二酸化炭素による人為的温暖化と混同したのかも しれません。もう少し観察していればどちらが正しいかわかるでしょう。 ICECAPの Joseph D’Aleoによる1905 -2000年の太西洋数十年規模振動Atlantic Multidecadal Oscillation AMO+太平洋十年規模振動Pacific Decadal Oscillation PDOの変動と気温の回帰分析によれば1930-1940年の温暖化と1970- 2000年までの温暖化と一致し、下図のように一番強い相関を示します。



AMO+PDOと気温との相関回帰分析 by Joseph D’Aleo



<まとめ>


<地球の気候は太陽から の放射熱と地球が宇宙に放射するエネルギーの差によって長期的には決まります。しかし巨大な海洋が熱塩循環しています。この流動システムは自励振動系のため、熱を蓄積したり放出したりして地球の気候に複雑な影響を与えます。その相互関係は下図の通りです。



地球システム


太陽放射と地球放射と海洋との熱交換の3つのうちのどれがもっとも大きいかというと。すでに紹介しましたようにJoseph D’Aleoの回帰分析が答えてくれます。

ICECAPのJoseph D’Aleoは“US Temperatures and Climate Factors since 1895“で気温に 与える
太陽放射、 二酸化炭素、PDO+AMOの回帰分析をして次のような結果を得ました。

Factor  Years  Correlation (Pearson Coefficient)  Correlation Strength (R-squared) 
Carbon Dioxide  1895-2007  0.66 0.43
Total Solar Irradiance  1900-2004  0.76 0.57
Ocean Warming Index (PDO and AMO)  1900-2007  0.92 0.85
Carbon Dioxide Last Decade (hiatus) 1998-2007  -0.14 0.02

Joseph D’Aleo回帰分析

結論は海洋との熱交換が最大で太陽放射の影響がそれに次ぎ、アルベドの変化も絡み、二酸化炭素による地球放射は最少の影響しかないというものです。


参考文献

(1) S.Manabe and R.T. Wetherald : J. Atoms. Sci., 24,241, 1967

(2) Gerhard Gerlich "Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics 2009" Atmospheric and Oceanic Physics 11 Sep 2007

March 6, 2014
Rev. March 18, 2018


その後のIPCCによる二酸化炭素による温暖化が大きすぎるという批判論文

The Tropical Skies: Falsifying climate alarm by John Christy.

この「The Tropical Skies: Falsifying climate alarm by John Christy.」論⽂は 2019 年 5 ⽉ 8 ⽇にウェストミンスター議会でクリスティ博⼠が⾏った講演に 基いています。

二酸化炭素による温暖化のモデルは真 鍋淑郎(まなべ・しゅくろう)は先覚者。1931年、愛媛県生まれ。53年東京大学理学部地球物理学科卒、58年同大学院博士課 程修了後、米国気象局に入る。67年地球温暖化のメカニズムを解明した理論を発表し、温暖化予測の先鞭をつけた。1968年米国海洋大気庁(NOAA)地 球流体力学研究所上席気象研究員兼プリンストン大学客員教授。97年より地球フロンティア研究システム地球温暖化予測研究領域長。

ジェイムズ・ハンセンのモデルは基本的には二酸化炭素の温室効果のモデルは真鍋のモデルの発展形にある。 そもそも1981年、NASAゴダード宇宙飛行センターの大気学者のジェームズ・ハンセンらが科学専門誌「サイエンス」に発表した1篇の論文が世界に注目 をあつめた。10年後の1992年には、リオデジャネイロで地球環境に関する今世紀最大の国際全議「地球サミット」を開かせるまでに至った。

そしていまや IPCCは米国のゴア大統領とともににノー ベル賞をあたえられたため、温暖化ははどめもなく、人類は二酸化炭素による温暖化で人類は滅びるという大衆の信仰が生じ、魔女狩りのヒステリアが生じ ている。

このIPCCの温暖化予想値は10年あたり0.35℃であ るとしました。しかしJohn Christy.はもっと少なく0.09℃とした。つまり気候モデルが予測する⽔準の1/4ほどだと推計値にしかならないとしたのです。

熱は⼤気の空気柱をのぼる形で宇宙に放出されます。気候モデルでは、この空気柱を1℃熱すると、宇宙にはたった1.4W/m2しか逃れません。ジョンクリ ステの同僚ロイ・スペンサーは、現実世界でのこの値が2.6W/m2だと推計しています。つまりちょっとでも温暖化があると、IPCCのモデルでは熱が溜 まりすぎ、現実世界のように宇宙に逃れるのではなく蓄積してしまうというモデルだからです。そのけっか図 7: 熱帯対流圏中間⾼度温度、モデルと実測値の⽐較のように、人類には悲惨な結論となるという神の予告になっています。私はIPCCの報告書をよんでこれはおか しいと感じていましたが、ようやくそれを指摘した論文をみつけた次第です。そもそもこういうモデルになったのは非力のコンピュータでモデル化した 真鍋のモデルがそもそも始まりで日本人にとては神様のようなひとだったのです。



このIPCCモデルのずれの原因はGerhard GerlichのIPCCモデルは二酸化炭素と大気との熱伝導を無視しているとしか、水蒸気の影響を無視しているのか理由はいくつもあると思います。

25年前にやったJohn Christyの予測研究のほうが 2019年にほぼ完全に現実に⼀致していて、IPCCこそが過大な温暖化を予想した間違いの予言で世のなかに混乱を生じています。そこで2019年9月の国連総会 に合わせて、世界の気候学や関連の学者たち500人が連名で「There is no climate emergency(気候変動で危機が起きることはない)」と題する書簡を国連事務総長あてに出した。日本政府はこの狂気の嵐で二酸化炭素バッシングでたたかれています。正しい対策は真鍋淑郎が簡単なモデルで間違った予測になっていますので、理論から構築しなければ政治的には負けたままで終わります。

1994年秋にはしかし、イギリス、リーディング大学の3人の科学者が「ネイチャー」に発表した論文は逆のリポートをだしている。彼らが化石の中の酸素同位体などの 調査をもとに行った研究によれば、恐竜の全盛期であった白亜紀(1億4400万年前〜6500万年前まで)の地球大気には2000PPm、つまり現在の8 倍もの二酸化炭素が含まれていた。ところが当時の平均気温は、いまとほとんど同じだったという。気温は複雑で本当のところは予測できない。

Scafettaの理論は 地球温暖化の半分は温室効果ガスとエアロゾルによる冷却効果と温暖化の残りの半分は宇宙から地球に及ぶ影響の変化に起源があるというモデル。その結果は Scafettaの予想であるFig12になっています。結果として産業革命以後の温暖化が1.5℃をこえることはないでしょう。このScafettaの 理論は杉山大志が「宇宙からの準周期的外力を受ける結合振動系としての地球の気候システム」として紹介している。


December 15, 2019

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