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| ミランコヴィッチメニューへ戻る ウェーブレット解析による気候変動の見方ー太陽エネルギーの強度ー VIEW OF CLIMATE CHANGES BASED ON THE WAVELET ANALYSIS OF SOLAR INTENSITY J. バーカーンズ、D. ザロスティバ （」. Barkāns, D. Žalostība） nstitute of Power Engineering, 1 Kronvalda Blvd., Riga LV-1010, LATVIA 著者によって提案された気候変動の既存の傾向の見方は、入手可能な事実に基づいています。以前に、世界の川の流れの周期的な振る舞いが発見されました。これは、太陽の強度の周期と相関していることがわかりました。同様の相関関係が、地球の気温異常について著者によって明らかにされました。 ウェーブレット分析に基づいて、これらのプロセスの位相反転に気付くことが可能になりました。これは、著者の意見では、太陽の再磁化に関連している可能性があります。これは、例えば、1950-70-iesの間の温度上昇のこれまで不可解な中断を説明します。著者らは、地球規模の気候変動のプロセスは曖昧な性格であり、自然と人為的要素で構成されていることを強調しています。 1.はじめに 現在、気候変動の問題は世界で注目されています。それらの結果についての国民の関心は、この分野で大きな成果をもたらしました。合理的なエネルギー使用の原則が認識され、多様な省エネ技術がこれまでに習得されています。 実践によれば、家庭ではエネルギー消費量を50％も大幅に削減できます。電力業界での主な課題は、機器の効率を最大限に高めて、化石燃料の燃焼を減らすことです。代替エネルギー源の使用では永続的な成長が見られます。 現在、コージェネレーション（熱電併給）プラントが広く普及しています。気候変動に関連する地球規模のプロセスが十分に理解されているかどうかについての質問には、積極的に答えることはできません。 それらの起源は非常に推測的であり、入手可能なすべての情報を所有することは価値があります。著者の意見はまだ形成されておらず、入手可能な事実に基づいており、かなりの程度まで既存の概念を補充する可能性があります。 それでは、これらの事実を詳しく見てみましょう。少し前まで、私たちは川の流れの規則性を調査するときに問題に直面しました[1]。次に、スペクトル分析の方法を使用して、これらの規則性を太陽強度サイクルと比較しました。調査の過程で、いくつかの興味深い特徴が明らかになりました。類推によって、地球規模の温度変化を分析すると、次のような、デコードする必要のあるいくつかの不明確なポイントが発生します。 1）なぜ温度変化の過程で調和変動が観察されるのですか？ 2）前世紀の50-70-iesの温度上昇の中断の原因は何でしたか？ 3）地球の大気は、太陽で起こっているプロセスにどのくらいの速さで反応しますか？ 4）大量の二酸化炭素排出による人為的影響がなかった1910年の気温上昇の始まりは、どのように説明できるでしょうか。 （図1を参照）。  図1.他の要因と比較した陸域大気のCO2含有量と全球平均気温の変動： 1 –人数（109）。 2 – CO2排出量、‰; 3 –エネルギー生産（109つま先）; 4 – 1961〜1990年と比較した世界的な平均気温の異常。 2.ウェーブレット解析の結果を呼び出すことによる質問への回答 世界の平均気温の異常は、太陽で進行するプロセスによって影響を受けると信じるに足る根拠があります。 太陽強度観測の平均年次データ（オオカミ数で表され、図2を参照）は1700年から利用可能です。次に、言及された異常に関する情報は1850年にさかのぼります（図3）。  図2。1961〜1990年と比較した1850〜2007年の全球平均表面温度異常。 [http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/temperature/hadcrut3gl.txt]。 プロセスの考えられる周期的な動作を明らかにするために、ウェーブレットスペクトル分析を正常に呼び出すことができます。これは、自然なプロセスの調査に最適です。 この分析では、自然過程が一連の曲線に分割され、それぞれが特定の周波数範囲でこの過程を記述します。 1850年から2007年の期間における地球の気温と太陽強度の変動に関するこのような分析の結果は、11年、25年、100年、および165年の期間（d3、d4の比較）でのプロセスコンポーネントの周期的な動作を示しています。 d6およびd7コンポーネントを図4に示します。  図3.ウルフ黒点相対日射量。 [ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SUNSPOT_NUMBERS/YEARLY.PLT]  図4.太陽強度のウェーブレット変換コンポーネントの比較（灰色の線） および全球平均気温異常（黒い線）。 上記のうち、11年周期（d3）はよく知られています。 25年サイクル（d4）は、（別名）ブルックナーサイクルに近いものです。 E. Brukner –スイスの氷河とロシアの川の流れを研究したドイツの科学者–は、1890年に30年の気候サイクルに注意を呼びかけました。 私たちの調査[1]で、川の流れに100年周期が発見されました。同じ周期性は、太陽のプロセスを研究している氷河学者と科学者によって確立されました。記載されている最長のサイクル（d7）は、情報が不十分なため、十分に正確に決定できません。 d3、d4、およびd6コンポーネントによって特徴付けられる温度サイクルは、太陽プロセスに対する地球大気の温度応答が実質的に同時であることを示しています（地球規模で）。 川の流れのサイクルに関する最近の調査で、1つの顕著な特徴が見られました1。1910年に近づくにつれて、プロセスのフェーズが180度変化しました。その場合、この現象の意味を理解することはできませんでした。 現在の調査中に地球規模の温度変化について同様の位相反転現象が明らかになったため、その物理的意味は今では明らかになっています。反転の前に太陽の強度は徐々に減少し、その後、プロセスは通常のコースを再開しました。これは、影響因子の分岐を示しています。これは、私たちの場合、太陽の再磁化のよく知られた現象です。  図5. 日射強度のウェーブレット変換成分。 2番目の質問に答えるには、より長い期間のデータが必要でした。この目的のために、太陽強度の完全な300年スペクトルが分析されました。結果（図5に示す）は、太陽強度に100年周期（d6）が存在することを検証し、以前に得られた結果の範囲を広げます（図4を参照）。ここで、転相はより長いプロセスの逆相成分を作り出し、それが温度上昇を遅らせ、1950-70-iesで安定しました。したがって、これらのニュアンスも太陽強度の変化の振る舞いに由来します。この事実は、地球の温度と太陽の磁場の間にまだ未知の自然な関係があるという証拠です。 後者の変化が前者にどのように影響するかという問題は、地球物理学者に向けられるべきです。 200年（d7）および300年（d8）サイクルのいくつかの機能が識別できるようになりました。残念ながら、観察時間はそれらの形状をより明確に定義するには不十分でした。最後の曲線（a8）には、1つの半周期の半分が見られます。これはおそらく1000年周期の断片です。このサイクルの正確な形状は、直接観察では取得できませんが、間接データから推測できます。 3.太陽強度の1000年周期1000年周期は、人類の生活において重要であり、歴史的および考古学的な事実によって確認されています。 したがって、たとえば、IX〜X世紀に、バイキングの遠征隊が氷のない土地に到達したことが知られています。この土地は、彼らによってグレンランド（緑の土地）と名付けられました。別の遠征隊がブドウ園で覆われた土地に到着し、それをヴィンランド（現在のニューファンドランド）と呼びました。その後、13世紀に、もう1つの遠征隊がグリーンランドに向けて出発し、祖先を訪ねました。今回は、高さ1 kmの氷河があり、人間の痕跡は見られませんでした。紀元前2000年に古代エジプト王国（ピラミッドで有名）が完全に姿を消したことが知られています。 考古学者は、エジプトが異常に低い気温のためにニルが干上がったために人道的大惨事に見舞われたことを発見しました。この事実は、考古学的発掘と鍾乳石の調査によって確認されました。当時、大西洋の雪解けのない氷山がアフリカの緯度に到達したことが今では確立されています。夏に雪が溶けていない場所のグリーンランド氷河からの氷床コアを研究することで、1000年の気候変動のより正確な説明が得られました。氷河は圧搾された雪であり、再結晶すると氷に変わることが知られています。 ミレニアル世代の氷床コアでは、毎年の層がよく識別できます。これらの層は、夏と冬の堆積物によって互いに分離されており、それらは構造、密度、およびダスト組成が異なります（季節によって異なります）。これらすべての違いは、過去数千年の間問題を引き起こさないはずです。しかし、より深い層位では、これらの層は圧力の影響下で融合し、年代測定はより複雑になり、精度が低下します。 氷の形成段階では、空気は泡の中に蓄えられます。したがって、それを氷床コアから分離するには、当時の大気組成と気候条件に関するデータが必要です。大気中には、単純な水素と酸素の同位体1 Hと16Oの他に、重い同位体2Hと18Oが少量含まれています。比重量2H / 1Hと18O / 16O（δ18Oとδ2Hで指定され、SMOW（標準平均海水）に関してプロマイル‰で表される）と古大気平均の間であることがわかります。温度には線形関係が存在します[5、6]。したがって、たとえば、δ18Oが1‰減少すると、1.5 o Cの温度が低下し、重水素（δ2H）が6‰減少すると、1 oCの温度が低下します。これらの値の間の良好な相関関係は、グリーンランドの氷河コアを温度変動の自然なモニターと見なす根拠を提供する他の調査でも見られます。図6の平滑化された（50年後の）図は、過去5000年間のGISP2氷床コアデータ（グリーンランド）を示しています[7]。  図6.GISP2氷床コアの上層における酸素δ18O同位体の分布（値は50年で平滑化されます）。 右側の対応する温度異常の尺度。 [Grootes、P.M。およびStuiver、M。1997. 10 ^ 3から10 ^ 5年の時間分解能でのグリーンランドの雪と氷の酸素18/16変動。 Journal of Geophysical Research 102：26455-26470]。 これらのデータは、ヴァイキングの遠征の時間が約50年間、つまり氷河が溶けるのに十分な長さの極端な温度上昇と正確に相関していることを説得力を持って示しています。上記の2番目のケース、つまり人道的大惨事が人命に多大な損害を与えた2000年前の古代エジプト王国の崩壊のケースでは、極端な気温の低下（図6を参照）が発生しました。この図には、「小さな氷河期」[7]（XII–XVIII）の最も寒い時期である17世紀もはっきりと見られます。 当時のヨーロッパでは、ひどい寒さのために収穫が悪く、飢饉、疫病、その他の災難が続きました。温度変化はU字型で、短期間の温度上昇が見られました。当時の人口は主に風邪にかかっていました。 4.自然の気候変動氷床コアの最深層のデータにより、60万年の気温を再構築することが可能になりました。これを図7に示します。 ここでは、上記のUのような気温変化の振る舞いも見ることができます。 、まれで短期間の極端な温度上昇は、低温を背景にしています。これらの60万年の間に、それぞれ10万年の6つの氷期があり、短い（約1万から2万年）中断がありました。これは約の温度変化を示しています。 110千年。これは、太陽強度の変化のサイクルに非常によく対応します（ただし、これらの温度変化を説明する別の仮説があります。地球儀の軸の歳差運動、つまり軌道面からの規則的な偏差です）。私たちは今、間氷期の終わりの段階に住んでいることを思い出してください。  図7. 過去60万年にわたる南極の氷期の相対温度偏差：海洋方解石酸素同位体δ18O（灰色の線）。 南極の温度偏差（黒い線）; 氷河期が強調されています。 太陽の強度と地球の気温の平均的な変化の間に明確な関係が存在すると信じるに足る理由があり、それらが線形の性質を持っていることを排除するものではありません。このような状況下で、300年の観測に関してこれらの関係を卒業することにより、逆問題の解決策に近づくことができるかもしれません：地球の温度変化から太陽の長周期の形をどのように判断するか。 5.プロセスの曖昧な特徴 気候変動を分析するとき、私たちは温度変化の2つの原因を扱っています：1）数千年続く自然なものと2）最後に起こった人為的（人間の活動に起因する）数十年が重なり合っています。自然変化の要因は、得られた関係と1000年周期のデータから導き出すことができます。特に重要な自然の変化を背景に、人為的要因になります。そのため、温度上昇は、その全体的な変化から自然のプロセスによって引き起こされる変化を差し引いたものとして見つけることができます。 自然のプロセスはかなり複雑であり、それらのニュアンスはまだ完全には研究されていません。ただし、因果関係の観点からは、これらは透過的です。以前は太陽のプロセスによってのみ温度変化が発生していましたが、現在はCO2ガスの形で人為的要因を追加する必要があります。このガスの放出の増加は、1000年に及ぶ極端な自然温度の繰り返しと偶然に一致します。 これに関連して、疑問が生じます。人為的要因を考慮した現在の気温上昇は、予想される気温低下を緩和するのでしょうか、それともその結果はより重いのでしょうか。大気中に存在する二酸化炭素ガスについて私たちは何を知っていますか？その年間総量は40ミリアードトンに相当し、そこから7億トンが大気中に放出されると認識されています。 つまり、2％未満です。残りの量は主に海洋に吸収されます。年間600万トンの非吸収性の人為的CO2が大気中に到達します。温室効果は地球の恒温特性を保証し、この効果がない場合よりも平均気温を33℃高く維持することが知られています。当然のことながら、平均気温を維持するには、温室効果を一定の限界に保つ必要があります。 大気中のCO2比重量が5億粒子（現在は3億8000万粒子）に増加すると、温度が2.5 oC上昇する可能性があり、深刻な問題が発生します。海洋と大気中のCO2の粒子の間には、物理法則によって規制される動的平衡が存在します。これは、発電所での水の準備を扱う電力エンジニアにはよく知られています。ボイラーで使用される水は、塩（ボイラーストーン）とそれに溶解したガス（腐食）を除去する必要があります。 これらのガス（酸素を含む）は、水を加熱することで除去されます（図8を参照）。自然界でも同じことが言えます。自然現象によって温度上昇が引き起こされると、海洋のCO2の一部が大気中に放出され、温度が下がると海に戻ります。南極のボストーク基地で得られた氷床コアの同位体データを示す図9から、過去42万年間のCO2と温度変化についての概念を受け取ることができます。  図8. 圧力0.1MPa(≒1気圧)でのCO2ガスの温度による吸収能力。 矛盾した結論を避けるために、二次的な現象は一次的なものから分離されるべきです。 上記のことから、一次要因（原因）は自然の温度変化であり、二次要因（影響）はCO2ガスが大気中に放出されるまでの年数であるということになります。  図9. CO2濃度間の相関関係IGBPPAGES＃2001-076。 （過去42万年間の「ヴォストーク氷床コアデータから）。 [Petit、J.R.、et al。、2001、Vostok Ice Core Data for 420,000 years、/ World Data Center for Paleoclimatology Data Contribution Series NOAA / NGDC Paleoclimatology Program、Boulder CO、USA]。 もちろん、この後者のプロセスは、対応するCO2濃度で温室効果が明確に表現されるという条件下で、明確に制限された正のフィードバックを通じて温度に影響を与える可能性があります。 もう1つのフィードバックは、アルベド効果です。これは、太陽エネルギーの一部を空間に反射する、温暖期の極域の白い表面の収縮です。 いずれにせよ、原因と結果を混同しないでください。気候変動のプロセスは、自然の変化を背景に構成されるべきです。 自然の変化だけを認識する人は人為的要因を無視しますが、純粋に人為的な立場の支持者は、自然の変化について無知であると判断します。 このプロセスの二重性を考慮に入れると、双方の見解を大幅に修正することができます。 最後に、私たちは問題の地球物理学的側面の知識を表現したいと思います。問題の最大の重要性とエネルギー消費と生産ですでに達成された成功、そして化石燃料の燃焼が減少する傾向が有害な排出物の削減につながるという事実を考慮に入れると、解決する価値があります、科学的に実証された理論的考察に基づいて、将来へのより深い洞察を可能にする大気プロセスのモデル。 6. 結論 著者らは、地球温度と太陽強度の変動に関するスペクトル分析データのオンが、その自然および人為的要素を考慮に入れることによって、気候変動のプロセスについての概念にある程度追加されることを期待しています。 |