初めてのNewtype (ニュータイプ)

光合成による生物生産は、海洋表層の栄養塩濃度にほぼ比例して行われ、栄養塩は、湧昇流や鉛直混合などによって下層から供給される（第三章）。
生物生産された有機物や炭酸カルシウムの殻は、海水中で溶けながら沈降してゆくものとし、その溶けぐあいは、セジメント・トラップという測器を使って、観測された結果を利用して決めている。このように生物生産と沈降粒子の溶解という、二つの生物化学過程をモデルに組み込むことによって、海洋中の栄養分布を再現することができる。
鞭そして、海洋生物がっくり出す有機物の元素組成比はほぼ一定なので、そのことを考慮すると、海洋中の二酸化鋤炭素やｐＨの分布も計算できる。表層水中の二酸化炭素か分圧は、化学平衡によって計算できる。
大気海洋間の二酸化炭素分圧差に、ガス交換係数を掛けることで、二酸化炭素の大気ー海洋間のガス交換も見積もられる。海海洋生物化学大循環モデルの作成には、海洋物理学や海洋化学などの広い知識を必要とするために、このようなモデルを用いた研究は、一九九○年代になって行われるようになった。

一九九○年代半ばまでは、世界でも数グループのみによって行われてきたが、現在では一三グループが国際炭素循環モデル相互比較研究計画に参加し、その結果が最新のＩＰＰＣレポートで報告されている。海洋と大気を比べてみる。
海の深さ十メートルまで潜ると一気圧の圧力というように、大気の重さは水に直すと厚さ十メートルになる。海の平均深度は約三八○○メートルであり、全地球の七〇％が海におおわれていることを考慮すると、海洋の重さは大気の約二七○倍に相当する。
さらに、大気の比熱が水よりも小さいことから、熱容量で比べると、海洋は大気の約二〇○倍になる。季節による海洋の水温変化は海域で異なるが、ごく表層およそ五○メートルに限られる。
しかし、この深さ五○メートルだけで比べても大気の二〇倍の熱容量をもっている。この熱容量の差が、夏と冬の気温格差が小さい海洋性気候と、その逆の大陸性気候の違いを生み出している。
二酸化炭素の温室効果に対して地上気温がすぐ応答するのではなく、海洋の熱容量のために昇温は遅れる。が形成されている。
それにともなって、人間活動にともなう物質が、深さ千メートルを大きく越えて貫入していることがわかる。一方、北太平洋では、深さ千メートルより浅いところのみ存在している。
海洋生物化学大循環モデルで計算した、一九八五年時点の大気ー海洋間の二酸化炭素分圧差の全球分布を示す。太平洋赤道域では、海洋中の二酸化炭素分圧が、大気に比べて約一○○ｐｐｍほど高くなっており、海洋から大気へ二酸化炭素を放出し、一方、北大西洋や北太平洋、南極海の一部では約八○ｐｐｍほど低くなっている。
このモデルの結果から、海洋が年間約二一億トンほど二酸化炭素を吸収することが見積もられる。人間活動にともなう二酸化炭素濃度の南北深度分布を示す。
北大西洋や南極海で、深層水や底層水大気の流れも、流体力学方程式に従い、スーパーコンピュータを用いて計算する。東西南北に二度から六度程度とあらい格子をとると、高気圧や低気圧、低気圧にともなう前線や降水帯などが、おお産業革命前の状態から現在まで計算した結果。

北大西洋南極海北太平洋フロンの南北一深度分布さらに、温暖化にともなって海洋の流れや成層状態も変化する影響も加わる。次項で紹介するように、たとえば、北大西洋での深層水形成と、それにともなう南からの熱輸送が弱まることによって、北大西洋では昇温が遅れることが指摘されている。
また、南極海でも、成層状態が変化することによって、昇温がとくに遅れることも指摘されている。また、水収支から土壌水分量が決まり、あるレベルを越えると河川に流れ出すようにする。
また、積雪量も取り扱われている。天気予報などの短時間の予報では、観測された海面水温を境界条件として計算するが、第四節で述べたように、地球温暖化の問題を考える際には、海面水温の昇温がどの程度遅れるかを求める必要がある。
そのために、大気大循環モデルと海洋大循環モデルを結合した大気海洋結合大循環モデルを用いる。このモデルでは、大気ー海洋間で熱や水、運動量の交換を行っている。
海の流れの一部は風によって駆動され、海上気温と海面水温はたがいに熱交換をし、降水や蒸発は海面塩分を決め、大気中の水蒸気は海洋や陸面から供給されている。また、大気と海洋の熱や水のやりとりに重要となる海氷も取り扱われている。
このように、大気海洋結合大循環モデルでは、熱収支や水収支が成り立つように、計算を行っている。大気大循環モデルでは、観測された海面水温を境界条件として用いる。

海洋大循環モデルでは、観測された海上気温や降水、海上風を境界条件として用いる。しかし、大気海洋結合大循環モデルでは、それらの観測値を用いまかに再現できる。
基本的には天気予報で用いられているモデルと同じだが、数十年から数百年間ぐらい時間積分する必要から、格子サイズはややあらくなっている。コラムの海洋大循環モデルで説明したことと同じように、風速と気温や水蒸気量は、流体力学方程式と気温や水蒸気の方程式に従って、たがいに影響を与えながら決まる。
大気の気温は、風よりも、むしろ日射や赤外放射、降水をともなう雲によってほぼ決まる。また，大気中の二酸化炭素濃度や水蒸気量などから、高さごとの空気の層によって、日射がどのくらい吸収や透過、反射されるか、赤外放射がどのくらい吸収や透過、射出されたりするかを計算し、日射や赤外放射による影響を見積もる。
また、雲の大きさは格子サイズよりも小さい数キロメートル程度なので、上で述べた流体力学方程式と異なる取り扱いをして、雲による影響を見積もる。この取り扱いは、雲のパラメータ化とよばれ、現在さまざまな試みが行われている。
このようなモデルを大気大循環モデルという。また、日射や赤外放射、降水、蒸発などを通じて、地表は大気と密接にかかわっているので、通常、大気大循環モデルの中で地表面過程としてあつかう。
地表における熱収支ここでは、Mらの論文に沿って、大気海洋結合大循環モデルを用いた結果を見てみることにする。大気中二酸化炭素濃度の増加傾向を理想化させた、年一％ずつ増加させる条件（七○年後に二倍の濃度に達する条件）のもとで、計算を行っている。
年一％ずつ、指数関数的なカーブで大気中二酸化炭素濃度を増加させると、地上気温は線形的に上昇し、七○年後には、全球平均気温が約二・三℃上昇し、北半球では約二・八℃、南半球では約一・九℃となる。二倍の二酸化炭素濃度にした、長時間積分の最終的結果は、両半球とも約四℃昇温するのでることはない。
そのために、観測できない将来予測ができる一方、計算結果が、実際の気候状態から時間とともに大きくずれてくることがおこりやすい。そこで、地球温暖化で推測されている、一○○年間で数℃程度の温度上昇という、比較的小さい気候の変化を予測するために、大気海洋間の熱交換や水交換に一定の値を与えて調節するという、大きくずれるのを防ぐような工夫が一般的になれている。
最後に、モデルを用いた地球温暖化予測の現状の問題点と、今後の課題をいくつか紹介する。

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