地球概観

• 地球に関する基本的な数字
  • 天文学に関する基本的な数字
  • 時間
  • 平均太陽定数, アルベド
• 地球の地形
  • 緯度別海陸面積比
    • 表1.
      地球の緯度帯毎の海陸の面積とその比. （理科年表, 1990）
• 固体地球の1次元構造
  • 密度分布
    • 図1.
      PREM モデルによる, 鉛直１次元的密度分布. ρ は密度, V_p, V_s はそれぞれ地震波の縦波および横波の速度をあらわす. \eta は水平方向の一様性の指標であり, \eta=1 のとき完全に一様であることをあらわす. ただしコアでは \eta=1 としてあり, 図にはかかれていない.
  • 温度分布
    • 図2.
      地球内部の温度構造 （上田,水谷, 1978 による）
• 太陽放射, 地球放射
  • 太陽放射
    • 図1.
      地球大気外における太陽放射のスペクトル. 横軸に波長をとり, 各波長毎の放射束密度を示している. 波長域は 10^{-9}m 〜 10mである. 縦軸の単位は, W cm^{-2} μ m^{-1} である. （MKS 単位系に比べ, ４桁小さい数値になっていることに注意.） 点線は, 数字の示す温度の相当黒体放射のスペクトルをあらわす. なお, この図の元になっているデータはNASA(1971)である. （会田, 1982）
    • 図2.
      地球大気外における太陽放射のスペクトル. 横軸に波長をとり, 各波長毎の放射束密度を示している. 波長域は, 0.2 × 10^{-6} m 〜 2.6 × 10^{-6} mである. 縦軸の単位は, W m^{-2} μ m^{-1}$ である. なお, この図の元になっているデータは NASA(1971)である. （Duffie, and Beckman, 1974）
    • 図3.
      大気上端に届く太陽放射エネルギーの緯度・季節変化. 各緯度, 月において, （仮に大気がないとしたときに） 地表 1 m^2 が１日に受ける太陽放射エネルギーの量を示した. 単位は cal である. ただし, 太陽定数を 1.94 cal cm^2 min （ = 1.35 kW m^2 ）として計算した. （List, 1971） なお原典は, Leighly,J.B. の private comunication (1948) である.
  • 地球放射
    • 図4.
      衛星観測による地球放射のスペクトル分布. Nimbus 4 に搭載された マイケルソン干渉計 により観測された 赤外放射のスペクトルである. 横軸は波数（400-1600 cm^{-1}）である. 縦軸の単位は, erg ・cm^{-2} ster^{-1} / cm^{-1} である. 点線は, 地上が数字で示された温度で黒体放射していて, かつ大気による吸収がないときに 大気圏外で観測される放射スペクトルを示す. （Hanel et al., 1972）
  • アルベド
    • 図5.
      アルベド, および放射収支の緯度分布. 下の図は惑星アルベドの緯度分布である. 縦軸の目盛は％である. 上の図は放射収支の緯度分布図である. １分, 地表 1 m^2 あたりの 地球の吸収した太陽放射エネルギー, および地球放射エネルギー量 が示されている. これらは, 1962-66 に 衛星 TIROS IV, ESSA III, Nimbus II によって観測された データを元にして作成された. （Vander Haal, and Suomi, 1971）
  • 放射収支の年変化
    • 図6.
      図6 \ 放射収支の年変化. a は入射太陽放射, b は惑星アルベド, c は太陽放射の地球による吸収, d は外向き長波放射, e は全放射収支（入射を正とする）の図である. 実線はモデルによる. その他の点線は衛星観測の解析による. （Slingo(1982)）
  • Nimbus 7 計画
    • 図7.
      Nimbus 7 の形. （Ardanuy et al, 1984）
    • 表1.
      太陽放射測定用チャンネル特性. 各チャンネル毎の波長特性, フィルターの種類, ノイズ特性（放射輝度に換算してある）を示す. FOV は通常は 10° である. （Jacobowitz, Soule et al, 1984）
    • 表2.
      地球放射測定用WFOVチャンネル特性. 各チャンネル毎の波長特性, フィルターの種類, 推定放射輝度, ノイズ特性（放射輝度に換算してある）を示す. FOV は通常は 121°である. （Jacobowitz, Soule et al, 1984）
    • 表3.
      地球放射測定用NFOVチャンネル特性. 各チャンネル毎の波長特性, フィルターの種類, ノイズ特性（放射輝度に換算してある）, NEP（不明）, FOV を示す. FOV については, 衛星から地上の真下の点と測定点を結ぶ向きが0.25 ° その垂直方向が 5.12°であることを示す. （Jacobowitz, Soule, et al., 1984）
    • 表4.
      LIMS のチャンネル特性. 対象とする気体, 波長特性, 視野角, ノイズ特性（放射輝度に換算してある）をあらわす. （Gille et al, 1984）
• 地球大気の鉛直構造
  • 温度分布
    • 図1.
      米国標準大気の鉛直１次元温度分布. 高度は 120km 以下である. （理科年表, 1990）
    • 図2.
      高度100km以上の大気の平均温度. 温度構造は太陽活動度によって異なる. それぞれ太陽活動度が, a） 非常に弱い, b）並, c）非常に強い, 状態に対応する. （Houghton (1986). 原図は COSPER (1972)）
  • 密度分布
    • 図3.
      米国標準大気の鉛直１次元密度分布. 高度は 1000km 以下である. 高度 120km の部分については, 高度 1000km で 1000 K である, という境界条件の元に解いている. （理科年表, 1990）
  • 組成分布（高度 〜 100 km）
    • 図4.
      高度 10km から 100km までの大気の微量成分の鉛直分布. 横軸は数密度（ 1cm^3 あたりの分子の数）をとっている. 図中の斜めの細い実線は, 全組成に対する質量比である. Middle Atmosphere Program (1976) の一環として, 7 年間の飛行機, 気球, ロケット観測に基づき作られた. （Ackerman, 1979）
    • 図5.
      大気の平均状態に対する種々の成分及びその全体の数密度 (Houghton, (1986). 原図はCOSPER, (1972))
  • Appendix 米国標準大気(1966)
• 地球現象論: エネルギーバランス
  • 地球大気全球のエネルギー収支
    • 図1.
      全球平均の放射収支. 数字は入射太陽放射エネルギーを 100 としたときの値である. （岸保, 田中, 時岡, 1981）
    • 図2.
      大気海洋陸地系におけるエネルギー収支と H_2O 収支. エネルギー収支図の数字は, 入射太陽放射エネルギーを 100 としたときの値である. H_2O 収支図では, 長方形内の数字は貯留量（単位 $\times 10^{19}\mbox{kg}$）, 矢印についている数字はフラックス （単位 $\times 10^{15}\mbox{kg} \mbox{yr}^{-1}$） をあらわす. （浅井, 1988）
• 地球大気の子午面構造
  • 温度構造
    • 図1.
      大気の温度の１月と４月の緯度高度分布. 作成に用いたデータは
      • 30mb でのベルリン自由大学の観測データ
      • 30mb より高いところは, 衛星データ
      • 50mb より低いところは, Oortの観測データ
      である. （Barnett and Corney, 1985）
  • 東西風
    • 図2.
      大気の東西風の1月と4月の緯度高度分布（その1）. 作成に用いたデータは, 図1 と同じである. （Barnett and Corney,1985）
    • 図3.
      大気の東西風の1月と4月の緯度高度分布（その2）. 作成に用いたデータは, 1979-86の8年間の 1000 〜 1mb の geopotential heightのデータ である. ただし, 1000 〜 100mb は NMC の予報モデルによる第1推定場に観測値を 最善挿入して得られたものである. また 70 〜 1mb はNMCの1セクションである CAC がゾンデのデータを解析したものである. （Randel, 1987）
  • 子午面循環
    • 図4.
      大気の子午面質量流束（左は１２月から２月, 下は３月から５月）. ラジオゾンデ等の観測データを元に作成されている. （Newell etal, 1972）
  • 放射場
    • 図5.
      大気の加熱率の1月と4月の緯度高度分布（その1）. 全球観測した Nimbus7 の LIMSデータ(1978年11月 〜 1979年5月) を使った. 放射, 温度場, 吸収物質 ( H_2 O , O_3, CO_2 , NO_2 ) の組成等を衛星のデータにより与え, 光学的性質は適当に与えている. （Kiehl etal, 1986）
    • 図6.
      大気の加熱率の 12 〜 2 月 3 〜 5 月 との緯度高度分布（その2） {他の図と南北が逆であることに注意.} 太陽放射については, 年変化, 波長別強度分布を考慮して与えている. アルベドは, Sellers(1965) による {東西一様である.} 温度分布は観測に基づいて与えている. 雲は, 観測に基づき高さ毎に3層にわけて東西一様に与えている. 光学的特性は, 高さ, 波長帯毎に与えている. H_2 O , O_3, CO_2 については, 観測に即した分布, 吸収帯を重視した光学的特性を与えている. （Newell, 1974）
• 地球大気のオゾン, 二酸化炭素, 水
  • オゾン
    • 図1.
      1月, 7月の月平均の, 単位面積をもつ気柱内にあるオゾンの総量. 作成に用いたデータは, FGGE year (1979) になされた, 衛星 Nimbus 7 の TOMS による 観測データである. 単位は Dobson Unit だと思われる （WMO, 1985）
    • 図2.
      高度 0 〜 30km における オゾンの体積混合率の子午面分布（単位は ppmv）. 作成に用いたデータ等は不明である. (WMO, 1985 )
    • 図3.
      気圧 20mb$\sim$0.04mb （高度 約30km$\sim$90km ）における 各月別の オゾンの 体積混合率の子午面分布（単位は ppmv）. 作成に用いたデータは, Nimbus 7 のデータである. 横軸に緯度, 縦軸は気圧である. 各図は, 左上は 3月, 左下は 6月, 右上は 9月, 右下は 12月における分布を示している. この図は, 次の CIRA の原図となるであろう. （Keating and Young, 1985）
    • 図4.
      東西平均した, 単位気柱内のオゾンの量の緯度毎の季節変化 （単位は, Dobson Unit）. 作成に用いたデータは, 衛星 Nimbus 7 の TOMS による観測データである. 横軸の月は, 読みようによっては11カ月にも見えるが, おそらく, 時間方向には各月1つずつのデータしかなく, 適当に conter を引いたものと推測される. （Keating et al, 1985）
  • 二酸化炭素
    • 図5.
      過去２世紀における二酸化炭素濃度の変化（単位はppmv）. 氷床コアの氷の測定に基づく. 楕円は誤差をあらわし, 時間の誤差は22年で これが何故時間方向の誤差になるかは不明. } 濃度の誤差は標準偏差の2倍である. 点線は, 化石燃料による二酸化炭素発生量のみを考慮して モデルにより逆算した二酸化炭素濃度である. （Neftel et al,1985）
    • 図6.
      マウナロア（ハワイ）における 二酸化炭素濃度の変化（単位はppm）. 元のデータは, C.D.Keeling による観測データである. （WMO, 1985） 原図は Keeling,C.D., The Global Carbon Cycle という本だが, 未確認である.}
    • 図7.
      1982, 83, 84年における 二酸化炭素の濃度の緯度別分布（単位はppmv）. 元のデータは, 飛行機(高度 0 〜 1km), 船舶(コンテナ船 : 横浜 - メルボルン間を往復. 緯度 1°につき, 毎年 20 程度のデータあり) 及び昭和基地における観測に基づく. （Tanaka et al, 1985）
    • 図8.
      地表面における二酸化炭素濃度 の緯度別季節変化（単位はppm）. 作成に用いたデータは 1957-62 にかけて得られた 船上での観測データ である. 図8 は これをスムージングして得られたグラフである. （Bolin and Keeling, 1963）
    • 図9.
      地表面での二酸化炭素濃度の緯度別年変化 の振幅の緯度分布（単位はppm）. 作成に用いたデータは NOAA/GMCCによる, 1968 〜 82, 83 における測定結果である. （WMO ,1985）
    • 図10.
      日本上空における二酸化炭素の濃度 の高度別季節変化（単位はppmv）. 作成に用いたデータは, 1979年から1985年までほぼ毎月1回, 日本上空に観測用飛行機を飛ばして 二酸化炭素を観測して得られたデータである. 縦軸は年平均からの偏差であると推測される. （Tanaka,{\em et al.}, 1987）
  • 水
    • 図11.
      単位気柱内の 水の水平分布. 作成に用いたデータは, 1951 〜 55 年の 7 月の, 850, 700, 500, 300 mb の露点温度である. 水蒸気量は, これを元に 見積もられた. （武田, 1987）
    • 図12.
      高度 約10 〜 50 kmにおける 水の体積混合比の子午面分布（単位は ppmv）. 作成に用いたデータは人工衛星 Nimbus (LIMS) の観測によるデータである. （Remsberg et al, 1984）
    • 図13.
      高度 約30km 以下における１月と７月の, 水の質量混合比 およびその時間についての標準偏差の子午面分布（単位は g/kg）. 作成のためのデータは, 地上およびゾンデの観測によるデータである. （Newell et al, 1972）
    
    
  ディレクトリへ: riron/genshou/ earth/

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          履歴   96/08/02    中野英之