気候変動

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気候変動（きこうへんどう）という言葉は地球の気候の変化について使われる言葉である。最も一般的な感覚では、気温のほかに降水量や雲なども含むすべての要素の、すべての時間スケールでの気候変化について使われる。

気候が変動する原因には、自然の要素と人為的な原因がある。しかしながら近年の用法、特に環境問題の文脈では、現在の地球表面の平均的な温度上昇という地球温暖化についての研究に特定される。

気候変動についての研究や提言の国際的な努力は、国連のUNFCCC（気候変動枠組条約）で調整されている。UNFCCCではclimate changeという用語を人為的な変動、非人為的な変化をclimate variabilityと使い分けている。人為的な気候変動とは、人類の影響の可能性を示す言葉として用いられる。

南極ボストーク氷床コアに記録された過去40万年間の気温、二酸化炭素濃度、ダスト量の変化。

[編集] 気候が変化する原因

気候が変化する原因には内部因子と外部因子がある。内部因子は地球の気候システムの内部で起こる相互作用であり、外部因子は気候の駆動力とも呼ばれ、太陽活動、火山噴火、海塩粒子、土壌性エアロゾル(ダスト)などの自然起源ものと、人間活動によってもたらされた人為起源のもの（温室効果ガスなど）がある。

科学者間で一般的に合意されている具体的な「気候変動の結果とその要因」としては以下の例がある。

10万年の氷期/間氷期サイクルは地球軌道要素（日射量の季節性や地理的な変化）と総合的な日射量の変化に支配されている（主に外部因子の変化）。
氷床コアで発見された最終氷期の間に起こった急激な温度変化（ダンスガード・イベント）はおそらくローレンタイド氷床とこれによって引き起こされた内的要因の変化に関係すると考えられる（内部因子の変化）。
小氷期は太陽放射か火山活動の変化、もしくは両方の複合によって起こったものと思われる（主に外部因子の変化）。

[編集] 内部因子

気象はカオスで力学的に非線形ということが知られている。気候（平均的な気象）はこのようなシステムなため、明らかにすることは難しい。過去40万年に限っては、地球軌道の様々な要素変化に対応して氷床コアの記録に大きく揺れ動く周期が見られるように、非カオス的な現象を示す。しかし、短期的に大きく変化する現象はカオスとして表現されるのがふさわしい。そのような変化は現在の気候状態では起こっていないように見える。

このように、気候システムは外的要因の状態に応じてカオスと非カオスの間で変化するのであろう。

[編集] フィードバック機構

もし何かの要因（例えば太陽輻射の変化）が気候を変化させると、その効果を増幅または減退させるメカニズムがある。これらを正のフィードバック、負のフィードバックと呼ぶ。知られている限り、気候システムはこれらのフィードバックにより安定している。正のフィードバックは暴走しないのである。理由の一つは、気温と放出される放射エネルギーの間にある強力な負のフィードバックの存在である。IPCC第3次報告書（第1部会）の第7章ではより詳しくフィードバック機構について議論されている<ref>7. Physical Climate Processes and Feedbacks[1]</ref>。

正のフィードバック効果の例として、10万年周期の氷期/間氷期サイクルにおける二酸化炭素の役割が挙げられる。このサイクルは軌道要素によるものとされているが効果としては小さすぎ、二酸化炭素の変化がシグナルを強化していると一般に信じられている。わずかな気温の上昇で二酸化炭素が増加し、温室効果で更に気温が上昇、更に二酸化炭素が増加という繰り返しである。

もう一つよく知られているのが氷 - アルベド・フィードバックである。雪に覆われた地域はアルベド（日光の反射率）が高いが、その下の地表面は反対にアルベドが低く、太陽の放射エネルギーを吸収しやすい。地表面部分がわずかに暖まると、雪氷面の融解が進み更に地面が増えるので、より多くの雪を溶かすという繰り返しの現象が起こる<ref>7.5.1 Snow Cover and Permafrost[2]</ref>。正のフィードバック効果は、その劇的な潜在力により一般的にも広く知られている。

負のフィードバック効果の一つに、大気から二酸化炭素を吸収する地表や海洋や生物圏などの自然の貯蔵庫（二酸化炭素シンク）の存在がある。このレベルのフィードバック効果の存在からは、大気中に排出される二酸化炭素は人類起源のもののみと単純に予想されがちであるが、気温の変化と大気中の二酸化炭素レベルとの関係については説明が難しい。例えば、気温の上昇により土壌の炭素が減少したり、気候の変化が熱帯雨林を減少させる可能性があるため、負とは断定できず、正に働く可能性も考えられている。生物の負のフィードバック作用については生物ポンプ仮説が知られている。

[編集] 外部因子

[編集] 自然起源の因子

過去の気候変動において内部因子が重要な役割を果たしたのと同様、自然起源の外部因子も重要であるのは明らかである。

[編集] 太陽放射量の変化

自然の外的要因でもっとも主なものは太陽活動による放射量の変化であるが、地球に届く太陽放射量は、地理的、時間的に分布に均一ではない。太陽放射量は、太陽周期により短い時間スケール（1年～100年）で変化し、地球軌道の周期的な変化によって100年から1000年のスケールで変化する。さらに長い時間（1億年）で考えると、太陽自体が熱くなっていくという現象が加味される。

天体活動が地球の気候変動に与える要因として他にもいくつかの機構が提案されている。たとえば、赤道準二年周期振動(QBO；quasi-biennial oscillation<ref>QBO；quasi-biennial oscillation[3]</ref>)と太陽活動の関連<ref>[4]</ref><ref>E.V. Ivanov et. al., QUASI-BIENNIAL OSCILLATIONS OF THE SOLAR MAGNETIC FIELDS[5]</ref><ref>Astronomy Reports, Vol.45, No.12, 2001, 1012.[6]</ref>や北極振動(AO; arctic oscillation)と太陽活動の関連<ref>GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL.32, L22703, 2005[7]</ref><ref>K. LABITZKE,Meteor. Z., 2005[8]</ref><ref>GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL.32, L23817, 2005[9]</ref>などである。月の潮汐力の変化とエルニーニョ、ラニーニャとの関連も指摘されている<ref>GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL.28, NO.1, 25, 2001[10]</ref>。これは月の潮汐力が熱塩循環にも影響を与えるためともいわれている<ref>Nature, 2000, 405(6788)775[11]</ref><ref>Science, 2002, 298, no.5596, 1179[12]</ref><ref>Journal of Marine Research, 64, 797, 2006[13]</ref>。

[編集] 二酸化炭素

地球の現在の大気は二酸化炭素濃度が370 ppm（0.037%）であるが、過去6億年のほとんどの間、大気中の二酸化炭素濃度は6000から400 ppmの間で変化しており、過去40万年間（産業革命以前）では300ppmより低かった[14]（顕生代の大気中の二酸化炭素量と平均気温のグラフ[15]も参照）。過去の地質時代と比べて、現在の大気中の二酸化炭素は非常に少ない（[16])。 6億年前から現在までの地球史のなかで二酸化炭素濃度が400ppm以下なのは、石炭紀と現在の第四紀のみである。

[編集] 自然起源による変化の例

氷期/間氷期の10万年サイクルは、自然の外部因子による変化の一例である。過去1000年の広範囲にわたる二つのできごととして、気温が比較的温暖だった中世の温暖期と寒冷だった小氷期と呼ばれる出来事があったが、人為的な要因はその時代では小さいと考えられるので、これらの変化は自然的な原因で起こったとされる。小氷期については太陽活動の減退か火山活動の増加によるものと考えられるが、中世の温暖期についてはまだはっきりとは判明していない。少数の研究者は、1860年以降見られる温暖化は、小氷期からの回復過程という自然の原因によるものではないかと主張している[17]。

[編集] 人類活動に起因する要因

人為的な要因とは、環境と気候を変化させる可能性のある人類（ホモ・サピエンス）活動によるものを指す。最も大きなものは、ヨーロッパで起こった産業革命以来、化石燃料を燃焼させる過程で大量に放出された二酸化炭素であり、そのほとんどは1945年以降の放出である。他の要因では、森林の減少、地表のアルベドを変化させる農業他の土地利用、炭素サイクルやメタンの生成への影響、人為物質エアロゾルの放出が考えられる。

[編集] 人為的温室効果ガス

人為的要因の大きなものとしては温室効果ガスがあり、その排出量の増加は温室効果をもたらす。産業革命が始まって以降、大量の人為的な温室効果ガスが大気に放出されている。 IPCCは、1750年以来、二酸化炭素濃度は31%、メタンは151%、窒素酸化物17%、対流圏のオゾンが36%増加し、「人為的な二酸化炭素の多くが化石燃料の燃焼により生産されている。メタンガスは家畜や燃料、米の生産でも増加し、湿地などから自然要因で放出される量の66%程度である[18]」と発表した。

[編集] 諸要因の相対的な重要性に対する評価

提案されたそれぞれの相対的な重要性は興味の持たれる時期によって違い、例えば、人為起源の因子は、1750年以前の気候変動には取るに足らないものであると予想される。もっともこれは最近ではRuddimanらが[19][20] [21] で異論を唱えており、8000年前からの森林伐採や稲作が二酸化炭素やメタンレベルを増加させていると述べている。Schmidt他はこれに反論し、メタンの記録からは人為的な面での重要性は考えられないとしている。

とにかく、その重要性は　含まれる因子の定量化を通して評価することが出来る。外的要因に対する内的要因の応答は、より優れた気候モデルを使った気候シミュレーションで見積もることができる。　