温室効果そのものに疑問を呈する論文が紹介されている。
温室の中の空気はなぜ周囲より暖かいのか？
「greenhouse effect」（温室効果）の言葉の起源である実際の温室内における昇温は「（空気の）対流の抑制」が大きなウエイトをしめていることは明らかである。しかし一方で温室周囲のガラスが可視光を通過させて赤外線を吸収する性質があることも事実である。したがってガラスが吸収した赤外線を再び温室内に向かって再放射し温室内部の空気を高温に保つ、つまり現在の温暖化論者が主張している二酸化炭素による温暖化と同じメカニズムによる昇温効果も完全に否定されたわけではない。これには1906年のWoodの実験が明確な解答を与えている。まさに温故知新とはこのことだ。直接的な参照論文は↓だが
オリジナル論文は↓
R.W.Wood,”Note on the Theory of the Greenhouse”,Philosophical magazine 17 p319-320(1909)
なんと100年も前の実験である。そしてこの図は私が論文を読んで勝手に解釈して作ったものである。誤解などで間違っている可能性もあり、お気づきの点は遠慮なく指摘していただきたい。
上に述べたように普通のガラスは1μm以上の波長の赤外線をよく吸収する性質がある。これに対してKClやNaClからなる（含む？）ガラスは可視光から赤外線に対して透明な性質がある。この両者の性質の違いを利用して実験が行われている。
黒い厚紙で囲いを作りその周囲をコットンで覆い中に温度計を設置する。そして一方には普通のガラスのふたをつけ（図のA）、もう一方には同じ厚さの岩塩でできたガラスを置く（図のB）。これらを日光にさらすとBの方がわずかに速く温度が上昇する。これはBでは太陽光中の赤外線が通過して内部の加熱に加わるためである。このため図の上部に描かれているように太陽光を最初に普通のガラスを通過させて赤外線をカットして実験は行われた。
実験の結果を訳しておく。
「両者はほとんど1℃の違いもなかった。最高55℃に達した。この温度ではBの方はこの温度による放射エネルギーのすべてを外部に伝達できるのに対してAの方はすべてを遮断している。これは放射による地表面の温度の喪失は対流によるものより大変小さいことを示している。言い換えれば放射エネルギーが捕獲される状況からはほとんど何も得られないということである。」
明解な結論である。
Woodはなおも続ける。
「それゆえ大気によって影響される惑星の温度を推論するときに放射エネルギーの捕獲に対して注意を払うことは必要であろうか？太陽光線が大気を貫いて地表面を暖める。そして入れかわって伝導や対流によって地面が大気を暖める。このようにして熱は大気中に蓄えられ、気体の非常に低い放射能力のせいでそこに留まり続けることになる。たとえどんなに望ましい条件においてさえ、地表からの放射エネルギーを吸収することによって大きく大気が暖められるかどうかということは私には大変疑わしく思われる。私はあえてこの問題に深くかかわろうとは思っていない。ただ単に我々が大変よくなじんでいる実際のケースでは放射エネルギーの捕獲は大変小さな役割しか果たしていないという事実に注意を払うためにこのノートを公表した。」
地球温暖化問題は100年も前に解決していた！温暖化論者はこの100年前の実験をどう捕らえるのだろうか？彼らの頭脳は100年遅れているのか？かくいう私も400年前のニュートン力学がいまだに理解できていないのだが・・・・・・。
[7回]
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COMMENT
「誇張された名称」と「実験を軽視する風潮」
「誇張された名称」と「実験を軽視する風潮」が、これまでのCO2温暖仮説を支えてきたのかもしれません。これからは「温室効果ガス」という名称をより実態に即したものに改め、シミュレーションに頼りきった風潮に対しても、その危険性について認識を広めることが必要かもしれません。
槌田さんや近藤さん、赤祖父さんなどの活動はまさに、それらの問題意識もしっかりと押さえており、さすがだと思います。
Re:「誇張された名称」と「実験を軽視する風潮」
>こんにちは。まだ私はよく理解できていませんが、はれほれさんの解説してくださった部分はイラストもあり、非常にクリアーだと思います。「温室効果ガス」はほとんど詐欺に近い言葉でありながらも、それが習慣となり、あたかも実態があるかのごとく今までまかり通ってきました。
★私もまだ半分ほどしか目を通せていません。言語の壁より知識の壁が大きく何がなんだかさっぱりわからないという状態です。温室効果という用語に関しては、私の場合最初に読んだ本がきちんと「温室効果という用語は実際の温室とは違うがそのまま使用する」ということを書いてあったのでさほど気にしていませんでした。TheorySurgeryさんに教えていただいた論文を読むと欧米では実際の「温室」を誤解したような説明がされていたようで、あきれています。
>「誇張された名称」と「実験を軽視する風潮」が、これまでのCO2温暖仮説を支えてきたのかもしれません。これからは「温室効果ガス」という名称をより実態に即したものに改め、シミュレーションに頼りきった風潮に対しても、その危険性について認識を広めることが必要かもしれません。
★今TheorySurgeryさんのサイトで紹介されているS.IdsoのCO2倍増時の0.4℃の実験の論文を読んでいます。こんな実験結果があるのにどうしてあんな無茶苦茶なシミュレーションがまかりとおるのか不思議でなりません。S.IdsoがCO2 scienceというサイトを運営して温暖化に反論しているのも理解できる気がします。
↓にWoodの実験に対する温暖化論者の批判があります。前半はまったく的外れですし、三番目の理由は苦し紛れです。大気が赤外域に不透明でも99%は赤外不活性分子であることを知らないようですね。（水蒸気除く）
http://www.wmconnolley.org.uk/sci/wood_rw.1909.html
>槌田さんや近藤さん、赤祖父さんなどの活動はまさに、それらの問題意識もしっかりと押さえており、さすがだと思います。
★同感です。近藤さんはお若い方ですが、他のお二方と太陽物理学の桜井邦朋氏は70代半ばのはずです。お体に気をつけていただいてこれからも情報を発信しつづけていただきたいと思います。
P.S. 初めてトラックバックに成功しました。（笑）
ねずみ取り理論(mousetrap theory)
Woodの実験を紹介したサイトが他にもありましたので、紹介します。
http://phdsamj.ac.affrc.go.jp/topic/1_1.html
そこでは、射出率の高いガラスと、射出率の低いポリエチレンを被覆材に用いて、温室を作り比較を行い、次のように結論付けていました。
『射出率の差は最高気温に関してはわずかであり，しかも射出率が小さいほうが若干温度が高くなっている。このように温室と地球では温度の高まるメカニズムは異なる。』
PHYSICS OF THE GREENHOUSE ENVIRONMENT, T. Takakura et al., CCEA Newsletter, vol. 10, January, 2001
http://aesop.rutgers.edu/~horteng/newsletter/CCEA/VOL10NO1CCEAJAN2001.PDF
Re:ねずみ取り理論(mousetrap theory)
サイトの紹介ありがとうございました。英語のpdfの方はまだ、ザッと目を通しただけですが、実験ではなくシミュレーションのようですね。入って来れるが出て行けないのでネズミ捕り理論ですか、なるほどなかなかしゃれたネーミングですね。日本流なら「たこつぼ」でしょうか。(笑)
>『射出率の差は最高気温に関してはわずかであり，しかも射出率が小さいほうが若干温度が高くなっている。このように温室と地球では温度の高まるメカニズムは異なる。』
★それと射出率より換気の方が影響が大きいこと、射出率の小さい方が温度が高くなるのは妥当な結果と思います。Woodの実験でも同様の結果でした。（上部に普通のガラスをおかない場合）
実は「射出率」を調べていました。直感的には射出率（放射率）が高い（エネルギーを多く放出する）方が一般的に気温が高くなると考えられていることが、今ひとつ納得できなかったのですが、キルヒホッフの法則やここの「大気と放射の話」などでおぼろげながら理解できました。
http://phdsamj.ac.affrc.go.jp/topic/1_1.html
上のサイトはコンパクトにまとまっており私にとっては大変ありがたかったです。(笑)これによると地球大気の射出率は0.61程度とされています。他のサイトでもほぼ同じような数値です。これをTheorySurgeryさんにご紹介いただいた放射温度計のHORIBAの下記サイトの最後の表と比較してみるとかなり低い数値です。
http://www.jp.horiba.com/analy/it/subete8.htm
「これでも大気を黒体に模することが正しいのだろうか？」というのが今の正直な疑問です。よろしければご意見をお聞かせください。
大気の射出率について
0.61という値は、おそらく、地表の平均温度（15℃）と放射平衡温度（－18℃）を放射エネルギーに換算して求められたものと考えられます。
シュテファン・ボルツマン則より、(255^4) / (288^4) ≒ 0.61
または、エネルギー収支の図を用いると、235/390 ≒ 0.60
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%B0%E7%90%83%E3%81%AE%E3%82%A8%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%82%AE%E3%83%BC%E5%8F%8E%E6%94%AF
この算出方法には、おそらく、衛星から地球を観測したときの大気上層からの放射エネルギーが用いられているのではないかと考えられます。大気上層における放射は、高度に依存して行われているものと考えられます。そこで、各高度における放射エネルギーを加算したものが、衛星などで観測される大気上層の放射温度の実態だと思います。
また、各高度ごとの放射の割合は一様ではなく、また、極低圧下では、局所平衡が成り立たない非平衡状態にあると思われます。つまり、非平衡にある状態の温度は、本来、求めることができないのではないかという気がするのです。
射出率という言葉は、どれだけ黒体に近いかをあらわす目安ともいえます。そこから、放射温度計などでは射出率補正を行うことで、実際の温度を予測するために用いられているようです。
温度勾配を持つ大気は、厳密な意味で、射出率を一意に定義することはできないと思います。私は下層大気における射出率は、HORIBAのホームページにあるように、放射温度計で測れないぐらいのオーダーではないかと考えています。
http://www.jp.horiba.com/analy/it/subete10.htm
また、基本的に、大気は放射体ではなく、吸収体として働くものと考えられます。
http://www.jp.horiba.com/analy/it/subete5.htm
大気の吸収スペクトルは基本的に線スペクトルであり、固体や液体のように幅広い吸収特性を備えていません。また、大気中に含まれる赤外活性分子の割合も非常に微量です。つまり、その空気全体としての射出率は非常に小さなものになるのではないかと考えられます。
Re:大気の射出率について
>「大気の射出率」として0.61という値がありますが、これは「地球全体の射出率」と言った方がいいような気もします。実際に比べているのは、地表の平均温度と、大気上層の放射エネルギーによるものではないかと考えられるからです。
>0.61という値は、おそらく、地表の平均温度（15℃）と放射平衡温度（－18℃）を放射エネルギーに換算して求められたものと考えられます。
>シュテファン・ボルツマン則より、(255^4) / (288^4) ≒ 0.61
>または、エネルギー収支の図を用いると、235/390 ≒ 0.60
★「地球全体の射出率」。なるほど、そうですね。納得しました。「他の物質より低い」とは言ったものの実は私が考えていた大気の射出率よりずいぶん高めだったためちょっと疑問に思っていました。(笑)
>大気上層における放射は、高度に依存して行われているものと考えられます。そこで、各高度における放射エネルギーを加算したものが、衛星などで観測される大気上層の放射温度の実態だと思います。
★ここは今ひとつ理解できません。ここでの「放射温度」は「放射エネルギー」でそのエネルギーからシュテファン・ボルツマンの法則で求められた温度が地球の平均的な「放射温度」になるということでしょうか？
>また、各高度ごとの放射の割合は一様ではなく、また、極低圧下では、局所平衡が成り立たない非平衡状態にあると思われます。つまり、非平衡にある状態の温度は、本来、求めることができないのではないかという気がするのです。
★ここは近藤さんへの返信に引用しましたが、40km以下ではLTEが成立という考え方があるようです。ここらへんにくるとどちらの説が正しいのかは私のレベルでは判断がつきかねるところです。
>温度勾配を持つ大気は、厳密な意味で、射出率を一意に定義することはできないと思います。私は下層大気における射出率は、HORIBAのホームページにあるように、放射温度計で測れないぐらいのオーダーではないかと考えています。
★私も同様の考えです。それで気象衛星の記事を書いたのですが、近藤さんの鋭い突っ込みに撃沈されました(笑)。TheorySurgeryさんご紹介のサイトで放射温度計を天頂に向けて温度を測っていますが、くもりの時だけ20℃を越えています。雲は水滴や氷晶でできていますので、大気とは違いかなり黒体に近い射出率を持っていると考えられます。冬の夜の放射冷却のメカニズムやSvensmarkの宇宙線雲量関連説における南極の気温の動向などもこのデータから説明できると考えられます。
http://www.ny.airnet.ne.jp/satoh/housha.jpg
>また、基本的に、大気は放射体ではなく、吸収体として働くものと考えられます。
★私も同様の意見です。それに放射平衡という状態は間違っていると考えています。日射が強いときは一時的に平衡状態になっているかもしれませんが、日没で日射がなくなってもとたんに冷え込むわけではありません。つまり日射0の状態で平衡状態になるわけではありません。これはTheorySurgeryさんがおっしゃるように大気の「熱浴」としての効果でしょう。TheorySurgeryさんのところで近藤さんと議論されていましたが、晴れた日の日射は1000W/m2はありますのでこれで気温が十分上昇してあとがさめにくければ「温室効果」という熱力学第2法則に反する熱移動がなくても現在の気温を維持できると考えられます。（やっと自分の考えがまとまりました）(笑)
>大気の吸収スペクトルは基本的に線スペクトルであり、固体や液体のように幅広い吸収特性を備えていません。また、大気中に含まれる赤外活性分子の割合も非常に微量です。つまり、その空気全体としての射出率は非常に小さなものになるのではないかと考えられます。
★私もそのように考えています。気体は擬似黒体にたとえるのは無理があります。もしもキルヒホッフの法則が適応できる状態になったとしても恒星などで見られるとびとびの「輝線」がせいぜいではないかと思っています。
低層大気の赤外線放射
■まだ私には納得できていないのですが、低層大気から地表面へ向かう赤外線放射≒温室効果を小さいとすると、どうしても地表が赤外線放射で失う熱が大きくなり、地表の温度を維持できないのではないかと思っています。
■その分が全て地表に接する大気からの熱伝導で賄えるのかどうか・・・？というのが私の疑問です。
■例えば、
http://www.asahi-net.or.jp/~rk7j-kndu/kenkyu/ke03.html
の図3.5を見ると、下層大気、ここではそこに含まれる水蒸気からの赤外線放射は小さくないようです。どんぶり勘定で恐縮ですが、この図から概算すると、快晴日でも250W/㎡程度の地表方向への赤外線放射があるようです。
■説明にもあるとおり、曇天など雲に覆われた場合は雲層下面温度に対する黒体放射に近い赤外線が放射され、更に放射量は多くなるようです。
Re:低層大気の赤外線放射
>■まだ私には納得できていないのですが、低層大気から地表面へ向かう赤外線放射≒温室効果を小さいとすると、どうしても地表が赤外線放射で失う熱が大きくなり、地表の温度を維持できないのではないかと思っています。
★「放射平衡にある」と仮定するとおっしゃるとおりですが、そうでなければ1000W/m2の日射量が4時間も続けば気温の日内変動を説明するのには十分と考えられます。おおざっぱな計算ですけど。
>の図3.5を見ると、下層大気、ここではそこに含まれる水蒸気からの赤外線放射は小さくないようです。どんぶり勘定で恐縮ですが、この図から概算すると、快晴日でも250W/㎡程度の地表方向への赤外線放射があるようです。
★確かにこの図をみると吸収部分がなければ390W/m2くらいの放射がありますね。このときの気温などの条件がわかりませんのでなんともいえませんが、これは大気からの直接放射ではなく地表面からの放射が大気に吸収されたものをなんらかの理由で測定しているのではないかと吸収波長などからは思えるのですが、どうでしょうか？たとえばかの偉大なるNHKのためしてガッテンの実験を思い出してください。このあたりはTheorySurgeryさんにうかがってみないと私も自信がありません。
>■説明にもあるとおり、曇天など雲に覆われた場合は雲層下面温度に対する黒体放射に近い赤外線が放射され、更に放射量は多くなるようです。
★それは私も同意します。雲は氷または水でできてますのでかなり射出率が大きく黒体に近いです。雲底の温度が0℃で300W/m2くらいですね。（吸収を無視）しかし例の論文には放射はベクトルなので単純に上下方向にのみ考えるのはおかしいと書いてありました。確かに太陽放射は距離の2乗とともに減衰するように考えてますが、地球の放射はどこまでも平行線です。しかし雲など有限の広がりしかもたないものからの放射は地表までの距離を考慮すべきと思います。
結局図が本当に「大気の放射」なのかどうかが問題のようです。この辺は私の最も理解度が低いところということは否定しませんし、自覚もあります。(笑)
訂正です
ぜひTheorySurgeryさんのご意見を伺いたいものです。よろしくお願いします。
主要なのは放射か熱伝導か
■ただ、固体である地表面からは、その表面温度に対応する黒体で近似できる程度の赤外線放射があると考えます。15℃だとすれば390W/㎡程度でしょうか。
■例えばニンバスの地球放射の観測値の大気の窓領域の赤外線放射スペクトルは、砂漠の表面温度に対する黒体放射のスペクトルで近似できるのではないでしょうか？
■この際、放射平衡である否かに関わらず、地表面からはその表面温度に対応する黒体放射で近時出来る程度の赤外線放射がある、つまり大気あるいは宇宙空間に向かって熱を放出していると考えます。
■地表温度を維持するためには、地表面が赤外線放射や蒸発潜熱、熱伝導で失ったのと同じだけの熱を受取らなければなりません。蒸発潜熱は蒸発量からある程度定量的に把握できると考えます。また、地表面からの赤外線放射も黒体放射で近似できると考えます。
■では、失った熱をどう補うのか？これは、太陽放射と大気からの赤外線放射と熱伝導ということになります。
■整理すると、ある程度確からしい（と私の思っている）数値は地表への入力は太陽放射160W/㎡程度、出力は地表面からの赤外線放射390W/㎡程度と蒸発潜熱80W/㎡程度と言うことになります。（390+80）- 160＝310W/㎡程度が大気から地表面へ向けて何らかの形で補ってやらなければなりません、と言うのが私の考えです。それが熱伝導が主なのか、あるいは放射が主なのか？？？
Re:主要なのは放射か熱伝導か
>■ただ、固体である地表面からは、その表面温度に対応する黒体で近似できる程度の赤外線放射があると考えます。15℃だとすれば390W/㎡程度でしょうか。
>■この際、放射平衡である否かに関わらず、地表面からはその表面温度に対応する黒体放射で近時出来る程度の赤外線放射がある、つまり大気あるいは宇宙空間に向かって熱を放出していると考えます。
★地表面、水面が黒体に近似できることは同意します。
>■地表温度を維持するためには、地表面が赤外線放射や蒸発潜熱、熱伝導で失ったのと同じだけの熱を受取らなければなりません。
>■では、失った熱をどう補うのか？これは、太陽放射と大気からの赤外線放射と熱伝導ということになります。
★ここは少し考え方が違います。地表面の温度変化と（地表面付近の）大気の温度変化が常に等しい必要はないと考えています。
夏の日向のアスファルトが50℃でも気温は30℃でかわまわないし夜間の冷却でも同じことがいえるでしょう。本日の測定では気温19℃（日陰約1.2mの高さ）、日陰の地表面14℃、日向のアスファルト21℃でした。思うに地表面の実測値がほとんどないですね。私は海水面の衛星データくらいしか知りません。
>■整理すると、ある程度確からしい（と私の思っている）数値は地表への入力は太陽放射160W/㎡程度、出力は地表面からの赤外線放射390W/㎡程度と蒸発潜熱80W/㎡程度と言うことになります。（390+80）- 160＝310W/㎡程度が大気から地表面へ向けて何らかの形で補ってやらなければなりません、と言うのが私の考えです。それが熱伝導が主なのか、あるいは放射が主なのか？？？
★ここも少し違います。TheorySurgeryさんもおっしゃっていましたが「平均」という考え方は意味がないと私も考えています。偶然にもあの論文の著者も平均気温は無意味と主張していました。したがって「平均の熱収支」を考えることも意味がないと私は考えています。これがほとんど赤外不活性分子で占める大気の「熱浴」効果で温まりにくくさめにくい性質なのでしょう。
Woodは実験結果を示して「熱は大気中に蓄えられ、気体の非常に低い放射能力のせいでそこに留まり続けることになる」と述べています。それぞれ表現は違いますが、私も含めて共通の認識はこのあたりにあると思います。（まちがっているかもしれませんが）
最後にご紹介いただいたサイトの下向きの大気放射の図ですが、あれは太陽放射中の赤外部分を吸収した水蒸気が再放射を行っているものを捉えているのではないでしょうか？すぐ上の図3.4の横軸の波長を右に延長すると縦軸のスケールが全然ちがいますのでこんなものじゃないでしょうか？このマジックははれほれワールド時代から指摘しているのですが、根が素直ですのでついだまされてしまいます。（笑）放射温度計で計測できないのはたぶん感度（閾値）が違いすぎるためと考えられます。
補足です
3.0μｍ（マイクロメートル）の太陽放射を日射という」です。したがってアメダスデータでは近藤さんの紹介サイトにあった。200W/m2くらいの大気からの下向き波長は含まれないことになります。たとえば夏至のころの福岡の1時間の全天日射量観測値は3.53MJ/m2（日照時間1時間12時～13時）です。これは981W/m2に相当します。これに実際は200W/ｍ2も赤外放射を地表面は受けているということですかね。なんか大きすぎる気がしますけど・・・・。私が知りたいのは夜間の同様のデータです。太陽放射の吸収がない状態で水蒸気がそれほどの放射を行うのかどうかです。だんだん混乱してきました。(笑)