エネルギーの出入り

太陽放射の多くは大気を通って地表に吸収され、温まった地表は主に長波赤外線としてエネルギーを放出します。水蒸気や二酸化炭素などの温室効果ガスはその一部を吸収し、上向きにも下向きにも再放射します。下向きの放射は地表と下層大気にエネルギーを加えますが、上層大気からの放射や地表放射の一部は宇宙へ出ていきます。つまり温室効果は熱を永久に蓄えるのではなく、宇宙へ向かう放射の経路や実効的な放出高度を変えます。NASAの放射収支の解説は、入射エネルギーと反射・放出エネルギーを合わせて扱い、温室効果ガス濃度の増加が外向きの放射を制限すると説明しています。

スペクトルから分かること

Harriesらは、周回宇宙機が1970年と1997年に測定した地球の長波放射スペクトルを比較しました。波長ごとの差はメタン、二酸化炭素、オゾン、CFC-11・CFC-12の変化を示し、研究者は温室効果の増加を示す直接的な実験証拠と解釈しました。これはその二時点のスペクトル比較に関する証拠です。あらゆる気候フィードバックや特定年の気温変化を単独で説明するものではありません。論文要旨も、水循環などのフィードバックが関係を複雑にすると述べています。

例：エネルギー収支の符号を読む

仮想的な収支表に、入射する太陽エネルギー100単位、反射と外向き放射を合わせた流出96単位とあるとします。差の4単位は、その時点で地球システムがエネルギーを得ていることを示し、温度上昇方向の不均衡を意味します。数値は説明用に作ったもので、実測値や予測ではありません。実際の評価では雲、反射率、海洋の蓄熱、大気組成なども測ります。NASAはCERES観測が反射短波と宇宙へ出る長波を合わせて収支を調べると説明しています。

誤解しやすい点と限界

温室効果ガスは全波長を同じように吸収するわけではありません。分子の性質によって吸収帯が異なり、スペクトルに特徴が現れます。「熱が宇宙へ逃げられない」とだけ説明すると、吸収後に大気が再放射し、上層からエネルギーが出ていく過程を見落とします。気体ごとの寄与の定量化や将来予測には、スペクトルに加えて濃度、雲、循環、フィードバックを含む放射伝達・気候モデルが必要です。

出典