[論文レビュー] Entropy Shows that Global Warming Should Cause Increased Variability in the Weather

John Michael Williams|ArXiv.org|Aug 28, 2000

Earth Systems and Cosmic Evolution参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、地球温暖化が大気のエントロピーを増加させ、その結果、気象システムに利用可能な自由エネルギーが増加し、気象の変動性が本質的に増大すると主張している。地球全体のエントロピーの熱力学的近似を用いて、上昇する気温が気象の変動性を増大させることを示し、観測および予測される気候の極端な変動に根本的な物理的根拠を提供している。

ABSTRACT

Elementary physical reasoning seems to leave it inevitable that global warming would increase the variability of the weather. The first two terms in an approximation to the global entropy are used to show that global warming has increased the free energy available to drive the weather, and that the variance of the weather should increase correspondingly.

研究の動機と目的

• 熱力学的原則を用いて、地球温暖化と大気の気象変動性の増大との間の理論的関連を確立すること。
• 上昇する全球平均気温が大気の力学を駆動するのに利用可能な自由エネルギーに与える影響を分析すること。
• エントロピーに基づく推論を用いて、気候変動に起因する気象の分散の変化を予測すること。
• 気候変動がより極端で変動の激しい気象パターンを引き起こす理由を説明する物理的メカニズムを提供すること。
• 地球温暖化に起因するエントロピーの増加が、大気の不安定性および変動性の増大を意味することを示すこと。

提案手法

• 地球全体のエントロピーの熱力学的近似における最初の2項を、大気エネルギーの可用性の代理指標として用いる。
• 地球の気候システムに熱力学における自由エネルギー（利用可能な仕事）の概念を適用する。
• 全球気温の変化と、エントロピー増加を介した大気過程の分散の変化との関係を提示する。
• 大気を、温暖な地表面と寒冷な上層大気の間で作動する熱エンジンとしてモデル化し、エントロピーを利用可能な仕事の尺度とする。
• エントロピーとエネルギー収支解析を通じて、気温上昇と気象パターンの分散増加との関係を導出する。
• 統計力学および熱力学に裏打ちされた物理的推論を用いて、大気の変動性の増大を推論する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球温暖化は、地球の大気中の利用可能な自由エネルギーにどのように影響するか？
• RQ2 上昇する全球平均気温と大気の変動性との間の熱力学的関係は何か？
• RQ3 エントロピーは、地球温暖化下での気象の変動性の増大を予測するのに用いられるか？
• RQ4 大気のエントロピーの増加が、どれほど大気の気象的分散の増大を意味するか？
• RQ5 地球温暖化がより極端で変動の激しい気象現象を引き起こす理由を説明する物理的メカニズムは何か？

主な発見

• 地球温暖化は、特に地表面温度の上昇に起因して、地球の気候システム全体のエントロピーを増加させる。
• エントロピーの増加は、大気循環に利用可能な自由エネルギーの上昇に対応し、気象システムの強度を高める。
• エントロピーと利用可能な仕事との熱力学的関係により、気象パターンの分散が増加すると予測される。
• モデルは、わずかな気温上昇であっても、時間の経過とともに大気の変動性が著しく増大することを示唆している。
• 理論的枠組みは、地球温暖化下で観測される極端な気象現象の増加に物理的根拠を提供する。
• 結果は、熱力学的制約に起因して、より温暖な気候は本質的に変動性が大きいという考えと整合している。