Excelを用いた地球温暖化計算

Excelを用いた地球温暖化計算

Excelを用いた科学技術計算が第2版になりました　30年10月！

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　　　　図1 現状の二酸化炭素濃度を370ppmとしたときの濃度と大気温度変化のグラフ

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理科年表平成25年

　近頃、環境問題として地球温暖化が話題になっている。大気中の二酸化炭素の増加→温室効果ガスの増加→大気温上昇→氷がとける→海面が上昇する→陸地が水没(ツバル水没)するなど、定性的な話に終始している。国連のIPPCの科学者数名がスーパーコンピュータを用いて地球温暖化のシミュレーションを行い、その結果を発表した。モデル、計算過程がわからないにもかかわらず、自分で計算できないマスコミはIPPCの計算結果を盲信し、行動しています。スーパーコンピュータがなくても、この程度の計算ならExcelで十分対応できます。自分で計算、判断し、行動をおこす必要があります。ここでは、定量的な計算をし、地球温暖化問題を検討したいと考えています。

　温室効果ガスの計算は東大名誉教授の西村肇先生から直接ご指導を受けました。西村肇先生は「化学プロセス工学」を完成させ、また国会において、「自動車の有害排出物をそれまでの1/10に減らすという」自動車排ガス規制が可能であることを理論的、実験的に示されたかたです。その結果昭和50年、日本では自動車排ガス規制法が成立し、３年後に施行された。一方、自動車の本家アメリカでは同様の法案（マスキー法案）がアメリカ自動車業界の猛烈な抵抗に遭って廃案となった。排ガス規制をクリアーするため、自動車メーカー技術者の不屈の努力により、日本の自動車エンジンは格段に改善され、日本の低公害車は世界を制覇するようになった。このときから、アメリカ車の凋落が始まった。そして、現在アメリカ自動車産業が存亡の危機に直面している。日本の自動車排ガス規制がなければ、日本の自動車産業が破綻していただろう。西村先生は排ガスによる大気汚染から国民の健康を守り、なおかつ自動車産業に繁栄をもたらし、日本国の破綻をくいとめたヒーローに見えます。「日本破産を生き残ろう」の著者である西村肇先生が「日本の破産」を未然に防いだのでしょうか。

　西村肇先生の著書「水俣病の科学」に対し、東大農学部の教授が中傷記事を学術誌に発表したため、西村先生が反論し、大学の規範委員会に告訴したところ、名誉毀損で訴えられました（科学の論争に名誉毀損法を適用するべきではないと思われる）。名誉毀損かどうかより、どちらが科学的に正しいかの問題だと思うのですが、水産関係の方はぜひ見てください。

西村先生の最高裁への上告書

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　感想をお聞かせ下さい

裁かれる自動車 (中公新書 431)
西村肇著

日本破産を生き残ろう

環境科学　　　
化学工学会

Excelで気軽に化学工学

環境問題はなぜウソがまかり通るのか（2）

偽善エコロジー―「環境生活」が地球を破壊する (幻冬舎新書 (た-5-1))

温室効果ガスとは

図2　温室効果ガスの説明

　エネルギーの高い太陽光は大気中の温室効果ガス(CO₂,H₂O)を素通りするが、地表から宇宙空間に放射されるエネルギーの低い熱線は温室効果ガスの分子に相当量吸収される。一旦熱線を吸収した分子は熱線を四方八方に再放出するため、熱線の半分は宇宙空間に放出され、もう半分は地表に返還される。この性質が大気中の二酸化炭素、水蒸気による温室効果であり、この吸収率が高くなるほど、温室効果は大きくなる。

二酸化炭素濃度増加による世紀末に予測される大気上昇温度は１℃

図3 マウナロア(ハワイ)で計測された二酸化炭素濃度と将来予測グラフ

参照文献
理科年表平成23年

　図3ように二酸化炭素濃度(ppm)は年々増加しており、一年に1.5ppmの増加が計測されている。このままの傾きで濃度が増加すると、世紀末には、その濃度は約520ppmにも達すると予測できる。産業革命以前の濃度は約280ppmであった。図1より、産業革命から現代にいたる二酸化炭素濃度増加による大気温度の上昇は1℃程度である。世紀末にはもう１℃程度上昇すると予測できる。
　二酸化炭素による熱放射の吸収率には上限があり、それに対応し、温度上昇にも上限(8℃)がある。

地球温暖化により海面は上昇するのか?

　地球上の全氷がとけると海面は約37m上昇する。海水温が1℃上昇すると熱膨張により海面は約50cm上昇する。しかし、海水や氷は大気と比較して温めにくく、冷めにくい。その上、氷をとかせるためには膨大な融解熱(潜熱)が必要となる。地球上の大気を1℃上昇させる程度の熱エネルギーでは海水は千分の１℃程度しか温度上昇はしない。また、全氷がとけるためには、地球上の大気を1℃上昇させる熱エネルギーの1000倍以上の融解熱が必要となる。

　　地球温暖化による何cmもの海面上昇は考えにくい。

メニュー

地球温暖化による海面上昇計算	北極の氷がとけると海面は上昇する？地上の氷がすべてとけると海面は何m上昇する？海水温が１℃上昇すると水の熱膨張により海面は何m上昇する？大気温度が１℃上昇すると飽和水蒸気圧は上昇する。その結果、海水の蒸発により海面は何m下降する？
地球上の海水、氷、大気の熱容量計算	海水、氷は大気と比較して暖めにくく冷めにくい。大気温度を数℃上昇させる程度の熱エネルギーにより、はたして海水温度が上昇し、氷がとけるのか？海水、氷、大気の熱エネルギー(熱容量)を計算し、比較検討する！
温室効果ガス(二酸化炭素、水蒸気)による熱放射の吸収率推定	地球温暖化の原因といわれる温室効果ガスに関して、ステファン・ボルツマンの法則に基づき地表からの熱放射の吸収率を推定する。
二酸化炭素濃度(ppm)の増加に伴う大気温度変化の計算	現在の二酸化炭素濃度(370ppm)が増加した場合、その放射吸収率の変化より、大気温度変化を推定する。

エクセルで操る！沖ノ鳥島桟橋転覆事故計算

　2014年3月、沖ノ鳥島で設置中の桟橋が転覆し、数名の死傷者がでました。犠牲者のご冥福をお祈り申し上げます。
桟橋の転覆は単純な力学問題であり、Excelを用いて２時間程度で計算が可能である。
船は傾くとその重心と浮心が移動する。浮心が重心より外側に移動すると、復元力が働き船は転覆しない。
逆に、重心が浮心より外側に移動すると、船は転覆する。
そこで、桟橋が傾いたときの重心位置と浮心位置を計算し、転覆の有無を検討する。

発表された桟橋の重量で計算すると、高さ５ｍある桟橋の水位は2．2m程度のはずが、写真では水位が4m以上あるように見える。桟橋上面に大きな積載荷重が載っていたと思われる。
転覆すると積載荷重は落下し、計算水位は1.4m程度となり、転覆時の写真と良く一致している。計画時よりも過大な積載荷重を現場で載荷し転覆したのではないか。

福島原発事故シミュレーション

読者の感想

平成２１年３月２８日　CM氏

CM　といいます。今回は２度目のメールになります。
その後、ネット上から西村（肇）教授の論文（現代化学2008年２月）を見つけて読ま
せて頂きました。CO2の作用を判り易いモデルで教えて頂き大変ありがたいと思ってお
ります。西村先生は、太陽定数、放射有効温度、平均気温、IR吸収率（H2O、CO2等）
からCO2の温度上昇寄与分を１．５℃（倍増時）と割り出しております。
個人的に、先生の等式を再度計算してみると、1.5℃と書かれた数値は、1.15℃とする
方が妥当なのではないかと一人で密かに思っているところです。

今日は、先生のモデル（西村モデル）において、温度上昇を与えた因子（CO2のIR吸収
率）がその全ての温度上昇を引起したというところに多少の違和感を覚えるもので、
何か良い代案をお持ちかうかがってみたいとメールを書きました。つまり、対流圏の
熱輸送では基本的には、伝導（顕熱）と対流（潜熱）と放射吸収がはたらく訳ですか
ら、CO2（或いはH2O)の赤外吸収だけでと計算をしたのなら、それが大きめに出てしま
う事を心配するものです。出来れば、伝導や対流での作用分を引き算して、CO2（吸収
再放射）作用分を割り出したい、と考えるのですが。

NASAの地球熱エネルギー収支図の中に、大気層（地表からの）の熱エネルギーの移動
で、伝導が７、対流が２３、放射は１５、という割合を見つけたのですが、これを利
用したら、上記の補正分をなんとか計算できるのではと思い始めているところです。

IPCCの出した結論がやや理解不能な怪しいものだという思いで、その不合理な箇所を
指摘しようとやっております。
もしも、何か良い案をお持ちでご教示いただけたら幸いです。よろしくお願いを致し
ます。
　（おわり）

平成２１年３月２６日　株式会社　ｘｘｘｘ　y.s氏

明解な解説でありがとうございます。大変よく理解出来ました。

解説文中の「温室効果ガス」は勿論ＣＯ２、Ｈ２Ｏなどを意味しますが、

図１１中の「温室効果ガスの吸収率」は「実在大気の吸収率」と読み替えてよいと思いますが、如何でしょうか。

平成20年６月22日　C.M氏

二酸化炭素の性質ふるまいを知りたくて検索を繰り返していましたら、
当サイトへ至りました。
IPCCの提示する第4次報告書の数値がどういう意味なのか自分でも
考えてみたいと思っております。

CO2の温度上昇寄与分は、濃度倍増で約1℃と理解していいのでは
ないでしょうか？　とするとIPCCの百年度に３～５℃上昇とは大分異なる
結果なのではといっそう疑問が沸いてくるものです。
気象メカニズムの解明を待たずに、二酸化炭素削減活動を強行する
やり方がなぜか理解承服できないのです。

当コーナーの管理者グループの方々はどんなご意見をお持ちかうかがって
みたいと思っております。
IPCCは、妥当な理解できる説明をやり終えているとお考えでしょうか？
お願いをいたします。

コメント

国連の予測はIPPCの数名のメンバーが試行したシミュレーションの予測の
１つであって、査読を経て論文として発表されたものではありません。
計算内容も解りません。きちんと説明していないと思います。

平成２０年２月18日

「地球温暖化による海面上昇以前に、大気温度上昇により人類は滅亡するため、
海面上昇はあまり気にすることはないと思われる。」

面白いまとめだと思います。環境分野では優先順位がぐちゃぐちゃになっている
という印象がありますので、こういう計算で何を優先すべきかということを発信
すると面白いですね。

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