２.原子力と 太陽スマートグリッドの両立

1. 地球温暖化

第一章　地球温暖化の観測　

地球は46億年にわたり、太陽放射の変動などにより、温暖化や寒冷が繰り返してきた。地球温暖化(Global warming)は、地球全体の気候が温暖になることであり、特に近年20世紀後半からについてである。人為的な変化を気候変動 (Climate change)と言い、自然変化は気候変化(Climate variability)と呼んで区別している。この三千年間は、地表の気温は安定した状態が続き、このおかげで農耕を始め地球文明が進化してきた。

1.1地球温暖化

二酸化炭素の地球温室効果を指摘したのは、１８９６年にスウェーデンのアレニウス（Svante A. Arrhenius）であり、二酸化炭素により大気が保温されると言った。現在の温暖化二酸化炭素原因説を主張したのは、1981年にNASAのハンセン（Hansen, James）である。サイエンス213P957に投稿された「増大する大気二酸化炭素の気象への影響」の論文でhttp://hokulea.soest.hawaii.edu/ocn435/papers/1990_Hansen_Lacis.pdf

「２１世紀に予想される地球温暖化は、化石燃料と非化石燃料の併用を進めても最大２.５℃の温度上昇が見込まれる。この温暖化によって南極の氷が溶け、海面が上昇して世界の多くの都市が水没するおそれがある」　

と述べている。そして，１９９２年に国連が開催した「環境と開発に関する地球サミット」では、「気候変動に関する国際連合枠組条約COP」が合意された。

「大気中の二酸化炭素等の温室効果ガスの増加が地球を温暖化し、自然の生態系等に悪影響を及ぼすおそれがあるとし、大気中の温室効果ガスの濃度を安定化させ、将来の気候を保護することを目的とする」　

というものである。このため１９９７年に「京都議定書」が議決され、

「２００８～２０１２年の実施期間に先進国全体で、二酸化炭素，メタン，亜酸化窒素を１９９０年と比べて、５.２パーセント削減する」

温暖化二酸化炭素原因説を広めたのが、アル・ゴア（Albert Arnold Gore, Jr）の訴えた映画「不都合な真実」である。人類が化石燃料を燃やした産業革命以降２０世紀までの間に地球の平均気温は０.６℃上昇し、その原因が温室効果ガスで、人為的な二酸化炭素が主原因であることを主張している。そして２００７年にIPCCが発表した第４次評価報告書AR4では、http://www.env.go.jp/earth/ipcc/4th_rep.html

「２０世紀半ば以降に観測された世界平均気温の上昇は，その大部分が人為的な温室効果ガスによる可能性が非常に高い（９０%）。温室効果ガスのうちの５６%が，化石燃料からの二酸化炭素である」　

と記されている。

1.2 平均気温の観測　

気温の測定手段としては、太古の気温については自然界の標本を使用するが、計測機器を使用した気温の観測は1860年頃から始まった。大昔の気温を測る方法として「酸素安定同位体O

18/O16」を用いて測定する方法があり、1970年代後半から始まった。太古の大気中酸素を閉じ込めている氷床を扱った方法（氷床コア測定法）や、太古の海水中の酸素を記録している海底の堆積物の貝殻やサンゴから測定する方法がある。

水は軽い水分子H
2O16の方が蒸発しやすいので、陸上に降った雨水が大陸に雪として降り、それが大陸氷床として陸の上に留まった場合、海水は次第に重いH

2O18が増える。特に、氷河が大陸を覆った氷河期においては海の水は重くなり、

18Oと16Oの原子数の比の増加となる。浮遊性有孔虫などの殻酸素同位体の比は、表層海水の酸素同位体比をよく記録している。これらの微生物の化石の酸素同位体比の分析を行うことによって、海洋表層水の温度変化の記録が得られ、それに基づいて気候変動が論じられている。　　

最近の過去50年はデータがラジオゾンデRadiosondeで得られており、1979年からは対流圏温度の人工衛星による観測が始まった。人工衛星に取り付けられているリモートセンシング気温観測装置は、「マイクロ波放射計」と言われて、大気中の「酸素分子」が出している特定の赤外線を測定するものである。現在２００５年以降では、アメリカ海洋大気庁が運営している「気象衛星ノア」だけでなく、アラバマ大学、ハードレーセンターなどの研究機関による複数の衛星データでも、対流圏下層における気温上昇が確認されている。

ラジオゾンデは、気圧、気温、湿度等の気象要素を測定するセンサーを搭載し、測定した情報を送信するための無線送信器を備えた気象観測気球である。気温センサーは使い捨てのサーミスタ温度計や電気キャパシターで、気温の変化を抵抗や周波数の変化として測定している。温度計と湿度計は、ラジオゾンデから突き出たアームに取り付けられており、気圧計や無線送信器、電池等は、ラジオゾンデ本体の内部にある。気象庁は、ラジオゾンデをゴム気球に吊るして飛揚し、地上から高度約30kmまでの大気の状態（気圧、気温、湿度、風向・風速等）を観測している。　　

国連世界気象機関の平均気温測定については、都市ヒートアイランドの影響が最小限となるよう観測地点を選び、地表平均気温の値を算出している。地球の平均気温は、地球全体の気候の変化を表す指標として用いられており、19世紀から始まった気温の観測をもとに統計が取られている。気温は地上の気温を意味し、世界気象機関の規則により、地上から1.25～2.0m の高さ（日本の基準では1.5m）で、温度計を直接外気に当てないようにして測定する。

日本では1885 年までに、全国に30の測候所が設けられ、統一した観測法及び統計法が用いられている。電気式温度計は、白金の温度による電気抵抗の変化を検出して温度を測定するものである。自動・遠隔観測に適するため、気象庁をはじめとする多くの機関で主力となっている。この感部に用いられる白金抵抗体は、0℃において抵抗値100オームの「Pt100」規格のものと定められている。現在は、全国で約160 地点の測候所で地上観測を行うとともに、全国約1300地点の地域気象観測所（アメダス）で気温・降水量等の自動観測を行っている。

海洋における気象観測も、世界中の船舶によって行われてきたが、近年では漂流ブイ等の自動観測装置が航路外の海域をもカバーし、地球表面の7割を占める海洋の観測網を構成している。海面水温データは、海上気温を代用するものとして有効であり、世界の平均気温を求める際に利用している。船舶による海洋観測で得られた記録は、布製のバケツで海水を採取する方法から、エンジンの取水口から採取して計測する方法へ変化した。

1.3 平均気温

大気のみならず、海洋や雪氷圏などの温度を観測している直接観測による記録期間は、世界の気温の推定値については1850年までさかのぼる。アメリカの気象衛星「ノア」は、北極や南極の上空を通過する極軌道衛星で、約８４０キロメートルの高さで地球を回って気象観測をしている。このノアから 送信される観測データ（海表面水温など）を受信し、信号処理した後に、海表面水温の分布画像として作成できる。

　気候変動政府間パネルの第3次評価報告書によると、世界平均地上気温は、特に1950年頃から上昇し、過去100年間（1906～2005年）の変化傾向の最新値は0.74℃である

1) 。近年の温暖な年が加わったため、第3次評価報告書で示された100年間（1901～2000年）の昇温傾向0.6℃よりも大きくなっている。総温度上昇は1850～1899年から2001～2005年にかけて、0.76℃である。過去50年間の平均昇温率（10年あたり0.13℃）は、過去100年間の昇温率のほぼ2倍である。この3種類の異なる世界推定値が、すべて温暖化傾向を示している。





　図1.1　世界の平均気温の観測値　(IPCC AR4)1)　 http://www.ipcc.ch/　　　　　　　　　　



都市化と土地利用変化が世界の温度記録に与える影響は、半球規模及び大陸規模の平均に関する限り無視できる（陸域で10年あたり0.006℃未満）。すべての観測結果は、潜在的な偏りを補正するため、データ品質と整合性に関するチェックを受け、局地的な都市部の効果は、使用した陸上気温データセットの中に考慮されている。都市化と土地利用の効果は、観測されている広範な海洋温暖化には影響していない。

　下部及び中部対流圏のラジオゾンデと衛星の観測値を新たに解析したところ、昇温傾向は、これらの間でも地上気温の記録との間でも、それぞれ1958～2005年及び1979～2005年の期間について、不確実性の範囲内で一致した。ラジオゾンデの記録は地上の記録に比べて空間的に著しく不完全であり、特に熱帯における多くのラジオゾンデのデータセットが信頼できないことを示唆する証拠が増えている。

対流圏温度の変化傾向には、1979年以降の衛星マイクロ波探査計の推定結果間で不一致が残っており、どれもまだ残余誤差を含んでいる可能性が高い。衛星の交代や通過時刻のずれを補正することによって、変化傾向の推定値は大きく改善され、データセット間の差は縮小しつつある。現在、衛星の対流圏温度記録は、成層圏の影響を考慮すれば、地上気温と整合しているように見える。

1.4 気象衛星「ノア」

米国の気象衛星ノアNOAAは、平均高度約833km,周期約102分の極軌道衛星であり、ノアに搭載されているTOVS(TIROS Operational Vertical Sounder)センサのHIRS/2(HighResolution Infrared Sounder,改良型高分解能赤外放射計)は、赤外データ19,可視データ1の合計20チャンネルから構成されている。これは大気の高さ方向の温度分布とオゾン分布の観測を目的としているが、空間分解能が約17.4km(直下)から50km(周辺)と大きく、データ格納方式が複雑であり、一般にHIRS/2を用いている。　　

世界地上気温上昇の範囲は1979年以来の10年あたり0.16℃から0.18℃であるが、対流圏温度について対応する範囲は10年あたり0.12℃から0.19℃である。補正したラジオゾンデ、衛星及び再解析に基づく成層圏温度の推定値は、1979年以降10年あたり0.3℃から0.6℃の温度低下を示している。長期の1958年まで遡るラジオゾンデ記録も成層圏の温度低下を示しているが、測器による不確実性はかなり大きい。温度低下率は1979年以降大きくなったが、最近の10年間には小さくなっている。　　

ラジオゾンデの記録は、まだ考慮できていないラジオゾンデの変化のため、成層圏の温度低下を過大評価している可能性が高い。大きな火山の噴火の後に続いて成層圏の温度が上昇するため、変化傾向は直線的なものとはならない。図1.2 は各大陸の二十世紀の気温変化を示し、灰色帯はばらつき、青色帯は二酸化炭素がない場合を示。

　　図1.2 各大陸の気温変化1)

人工衛星に搭載されたマイクロ波放射計で、大気中の酸素分子が放出するマイクロ波の輝度を測り、温度に換算する方法でならば、地球全体を観測できる。気象衛星「ノア」で観測したデータによれば、月々の変動は激しいが、平均すればほとんど変化していないとのこと。マイクロ波放射計は対流圏下層の平均二千米での温度である。大気の減衰特性を大きく支配しているのは、酸素ガスと水蒸気で、酸素ガスは 6 0 G H z 帯と1 1 8 . 7 5 G H z に、 水蒸気は22.235 GHz，183.31 GHz，325.15 GHz に中心周波数を持つ吸収線がある。