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海洋への熱の蓄積について

地球表面の7割を占める海洋は、大気に比べて熱容量が大きいため大量の熱を蓄積しており、大気との熱のやり取りを通して様々な時間・空間スケールで気候に大きな影響を与えます。このため、気候変動の監視、解析を行うためには、海面だけでなく海洋内部が蓄えた熱量の変化を詳細かつ正確に捉えることが重要です。気候変動に関する政府間パネル(IPCC)第5次評価報告書(IPCC, 2013)は、1971年から2010年の40年間で気温の上昇や氷の融解などを含む地球上のエネルギー増加量の60%以上が海洋の表層(ここでは海面から深さ700mまでを指します)に、およそ30%は海洋の700mよりも深いところに蓄えられたと見積もっています(図1)。この表層の熱の蓄積について、人間活動に伴う温室効果ガスの増加の影響がかなりあった可能性が非常に高いとしています。また、1951年から2012年の62年間の世界平均地上気温の上昇率に比べて近年の1998年から2012年の15年間の上昇率が小さくなっていますが、その要因の一つとして、熱が海洋内部で蓄積されている可能性を指摘しています。

熱の蓄積に伴う表層水温の上昇については、観測結果をもとに複数の見積もりがなされています(Gouretski and Koltermann, 2007; Ishii and Kimoto, 2009など)。海洋の健康診断表の「表層水温の長期変化傾向(全球平均)」ではIshii and Kimoto(2009)の手法を用いて解析していますが、ここでは他の解析例としてDomingues et al. (2008)の解析結果を図2に示します。解析手法ごとに、観測データの品質チェックや観測の少ない海域の水温推定方法に違いがあるため各年の値や長期変化傾向の大きさに違いはありますが、いずれの手法によっても表層水温が過去およそ60年にわたって上昇していると解析されています。なお、水温の上昇は全球で一様に起こっているわけではなく、海域によって上昇量が異なっているという指摘もあります(Levitus et al. 2009)。

表層水温が上昇すると、海水が熱膨張して海面水位が上昇します。表層水温の上昇が海面水位上昇に寄与する割合を推定するため、Kuragano and Kamachi(2000)の手法で解析した人工衛星観測による海面水位とIshii and Kimoto(2009)の手法で解析した表層水温の変化から見積もった熱膨張量を比較しました(図3)。人工衛星の観測によると、南緯66度から北緯66度までの平均海面水位は1993年から2013年までの間に1年あたり2.99±0.13mmの割合で上昇していました。一方、表層水温の変化に伴う熱膨張によって、海面水位は同じ期間に1年あたり0.79±0.14mmの割合で上昇したと見積もられました。つまり、1993年から2013年までの海面水位の上昇量のうち約1/4が、表層水温の上昇に伴う熱膨張によるものと考えられます。

地球システムにおけるエネルギー変化量

図1 地球システムにおけるエネルギー変化量

地球の気候システムの各構成要素が蓄積したエネルギー量。(IPCC, 2013のBox3.1のFigure 1を引用)


表層貯熱量の推移(全球積算)

図2 表層貯熱量の推移(全球積算)

海面から700m深まで積算した表層貯熱量の推移(全球積算)。年平均平年差の3年移動平均値を実線、解析値の標準偏差を陰影で示す。(Domingues et al. 2008をもとに作成)

平均海面水位の推移

図3 平均海面水位の推移

南緯66度から北緯66度までの海面水位を1993年の値からの変化量として表す。紫は衛星による観測値、オレンジは海面から700m深までの水温から推定した熱膨張による変動成分。衛星による観測値はフランスの海面高度データベース (AVISO+) より入手した海面高度データを基に解析している。

参考文献

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