アルベドと地球の温度

著者：　近藤純正

地球の温度（大気と地表面を含む平均温度）は太陽からの放射エネルギー （日射量）のうち、地球に取り込まれる正味量によってきまる。 太陽定数を Io、地球のアルベド（反射率能）を A 、地球に正味取り込まれる 比率を N＝（１－A）とすれば、地球に取り込まれる正味量は N×Io に比例 する。なお、太陽定数とは、太陽と地球が平均距離のとき、地球大気の最上端 において、太陽光線に垂直な単位面積に入射する太陽エネルギーのことである。

地球のアルベド A の変化によって、N（＝１－A）が変化することは太陽定数 が変化することに相当する。それゆえ、ここでは簡単化のために、太陽定数の 変化によって地球の温度がいくら変化するかを考える。

詳わしい式の導出は「身近な気象の科学」のp.4～p.8を参照するとして、 以下では結果のみ示す。ここでは微分学における関数の近似法を応用して いる。

地球・大気系の有効温度 Te（地球表面と大気のすべてを平均した温度） は Io^1/4に比例する。 この関係により、太陽定数の１％の変化は地球・大気系の有効温度 （Te＝254.5 K） の（1/4）％つまり0.0025変わり、0.64℃変化する。

温室効果ガスがあり放射平衡のときの大気上端の温度 T_TOP、 地上の気温 To、地表面温度 Ts は、いずれも Te に比例するので、
T_TOP（＝214.0K）における変化は0.53℃
地上の気温 To（＝281.7K）における変化は0.70℃
地表面温度 Ts（＝3.207K）における変化は0.76℃

となる。この計算から、他の条件が変わらいとして、地球に取り込まれる 日射量が１％大きくなれば、地球の温度は0.6℃（約0.5～0.8℃）ほど下がる と考えてよい。

次に、アルベド（A＝0.30）が１％大きくなり A＝0.31となれば、
Te は0.92℃低くなり、
T_TOPは0.77℃低くなり、
To は1.01℃低くなり、
Ts は1.09℃低くなる。

よって、他の条件が変わらないとすれば、アルベドが30％から31％に大きく なると、地球の温度は１℃（約0.8～1.1℃）ほど下がると考えてよい。

逆にアルベドが29％に小さくなる場合には、地球の温度は１℃ほど上がると 考えてよい。

地球の温度にとって地球全体のアルベド（反射能）A がきわめて大きいこと がわかる。

参考書
近藤純正、1987：身近な気象の科学ー熱エネルギーの流れー．東京大学 出版会、pp.189.