◆CO₂ 吸収スペクトル・シミュレータ
| CO₂濃度: | 400 ppm |
| 温度: | ℃ |
二酸化炭素による温室効果の基礎
二酸化炭素は太陽からの光は遠し、温まった地面からの輻射は吸収するとされます。
これにより二酸化炭素を含んだ大気の温度は上昇します。
(温室効果と呼ばれます。ただし、温まる仕組みは全く異なります。
温室が温まるのは温まった空気を閉じ込めているからあり、光の吸収とは別です。
単に温まる効果を温室効果と呼んでいるのであって、温室効果があるから温まるというのはトートロジーに近い表現です
)
本記事ではこの一般的説明による二酸化炭素の吸収スペクトルに絞って、実データも用いシミュレーションを行います。
吸収したことにより大気の温度がどのように変わるか？大気自身の輻射は？水蒸気他の効果は？などには触れません。
二酸化炭素による吸収スペクトル基礎データ
二酸化炭素による吸収スペクトルと、太陽光のスペクトル、地表から輻射スペクトルを載せます。
二酸化炭素による吸収帯は太陽光とは重ならず、地表から輻射に重なっていることが分かります。(図のx軸は対数）
(図の太陽光と地表輻射はそれぞれの分布を示しており、倍率は揃えていません。)
二酸化炭素の吸収スペクトルは15μm付近に突出した核部分があり、周りに低い翼のように広がっています。この部分を抜き出して示します。（図のx軸はリニア）
(「翼」に関しては、ここに表示した領域外の部分を呼ぶ場合もあるようです）
二酸化炭素濃度と地表輻射の吸収率
現在の二酸化炭素の濃度は400ppm程度です。地表の温度を摂氏15度（絶対温度288度)とした場合の吸収スペクトルと、地表からの輻射の透過具合は次の様になります。
地表からの輻射の21%（面積換算）が吸収されています。
二酸化炭素の吸収スペクトルは15μm近辺に強いピークを持ちますが、濃度400ppmではもっと広い範囲で飽和していることが分かります。
濃度の変化と吸収スペクトル（単位厚さあたりの吸収能力)の変化
濃度と吸収率の変化を示します。
基本の吸収率はピーク部が突出しているが、400ppmの濃度があればかなり広い範囲で吸収率100%に飽和していることが分かります。
濃度が上がれば吸収帯域が広がることも分かります。
濃度の変化と輻射エネルギー吸収の変化
地表温度、摂氏15度（全体温度288度)の輻射エネルギーの何％が吸収されるか、二酸化炭素濃度を変化させたグラフを載せます。
数値は「黒体放射スペクトル」上のx軸を線形に採った面積比[(黒体-吸収後)÷黒体]です。
２つの折れ線グラフは0.04～4000ppmの範囲を対数軸で表しものと、中間部の100～1000ppmを線形軸で表したものとなっています。
この範囲では二酸化炭素濃度が増すにつれ、吸収されるエネルギー割合も大きくなっていることが分かります。
温度の変化と輻射エネルギー吸収の変化
黒体輻射スペクトルの山の頂上は温度に依存します。
二酸化炭素の吸収スペクトルとの関係により、温度による吸収エネルギーの割合は変化します。
二酸化炭素の吸収スペクトルのピークは15μmあたりにあり、-80℃(193 K)の輻射に相当します。大気圏外（成層圏）の温度です。
気温との関係
この記事では単純に二酸化炭素によるエネルギー吸収にのみ話を絞っています。
「太陽光は通し、地上からの熱線は吸収する」という一般的説明の数値的根拠を示す目的です。
それがどのように大気の温度上昇につながるかには話を進めていません。
次のような前提です。
- 太陽光で地表が温まる過程は無視。温まった状態で計算
- 大気自体の温度による輻射は無視
- 地表は平らであるとして、垂直方向への輻射のみ考慮
- 輻射による地表の冷却は無視
- 水蒸気など他の気体の吸収は無視
- 対流による温度拡散は無視
それらを考慮するのはこのブログの能力を超えています。
ましてや、地球全体の温度に関するシミュレーションなどできはしませんが、疑問なのは、
本ブログで示したような単純な話の数値モデルでさえ公開されることが殆どない事
数値を一切示さないから、脱炭素反対派の意見も脱炭素賛成派の意見も頓珍漢なことになっています。
- たった400ppm(0.4%)の二酸化炭素で熱が吸収されるはずはない
- 二酸化炭素の吸収スペクトルは極めて狭いので、気温を上げるはずはない
- いや,400ppmで吸収率は十分飽和している。<- なら500ppmになろうが600ppmになろうが変わらないじゃないか
- 二酸化炭素の吸収スペクトルは成層圏の温度に対応し、ちょうどビニールハウスのビニールの役割をしている。 <- 他の帯域はすり抜けだよ
もっと、ちゃんと議論できるようにしましょうよ。
補足:データの取得法
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