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第１１回　気圏と水圏：　レーダー観測および気象衛星、海洋

配付プリント等

• 　日本における気象情報は、主に地上での地域気象観測システム（AMeDAS、アメダス、Automated Meteorological Data Acquisition System）やレーダー（Radar）観測（電波による）ならびに上空からの気象衛星観測から得られている。特に気象衛星からの情報は重要である。気象衛星には軌道の異なる２種類がある。１つは、赤道上空の高度３.６万キロメートル付近の軌道を地球の自転周期と同じ周期で東に回る衛星であり、地表からは静止しているように見えるため、静止（軌道）気象衛星（Geostationary Weather Satellite）と呼ばれる。現在は軌道上に10機の衛星が回っており、その2つが日本の『ひまわり』（GMS→MTSAT）である。互いの情報を交換することで、世界の２４時間の情報を入手できる。ただし、高緯度地域は観測できない。こちらは、もう１つの軌道にある気象衛星によって観測されている。高度１０００キロメートル付近を南北方向に回る極軌道気象衛星（Polar Orbiting Weather Satellite）である。この場合は、周期は数時間になるので、１日に地球を数周回ることになり、地表から見ると西に移動する。しかし、高度が低いので情報の精度も比較的高い。日本は、米国のNOAA〔ノア：National Oceanic and Atmospheric Administration（米国海洋大気局）による〕などからの情報を入手している。
  　次に、水圏（Hydrosphere）の説明に移る。
  　地球上の水の量の約９７％は海に海水（Seawater）として存在する。残りは陸にあるため陸水（Inland Waters）と呼ばれるが、氷河が圧倒的に多く、全体の約２％である（残りの約１％は地下水など）。
  　まず、海水について説明する。海水には様々な成分が溶解しており、塩分（Salinity）と呼ばれる〔最も多いのはCl^-（塩素イオン、Chlorine Ion）とNa⁺（ナトリウムイオン、Sodium Ion）であり、これらで８６％程度を占める〕。その濃度は全体で約３.５％〔＝約３５‰：慣例的に‰（パーミル、千分率、Per Mil）が使われることが多い〕である。これは、非常に長い時間をかけて水が周囲の岩石（鉱物）と反応し、そこから溶出したものである。
  　全般的に、海水の移動（対流）は密度（Density）差によって起こる。その密度は温度（Temperature）と塩分（Salinity）と圧力（Pressure）によって決まる。つまり、一般に温度が低ければ密度は大きくなるし〔純水の場合は４℃付近で最大の密度となるが、海水の場合はもっと低い温度（約−３.５℃）で最大となり、海水の結氷点温度（約−１.８℃）より低いため、結氷点温度以上では温度が低ければ密度は大きくなる。従って、海水は凍り難い〕、塩分が多ければ密度は大きくなる。海洋の海水は太陽光によって温度が高くなって密度が小さくなると、下降しにくい。つまり、太陽光の熱によって対流は起こりにくい。また、河川水（密度が小さい）の流入の場合も同じである。ただし、氷河融水の流入の場合は、海水の密度を小さくすることも大きくすることもある。全体的には、表層水の温度に関係なく、深海付近の水温は２℃前後になっている。
  　海洋の場合も、大気の大循環のように、海水が循環しているが（海洋大循環）、循環速度は非常に遅い。その循環速度の違いによって、表層水と中深層水に分けて説明する。表層（Surface）水の循環は、一般に海流（Ocean Current：場所により変わるが一般に深度１キロメートル程度以内）と呼ばれる。これは、太陽光による地表における温度差がその原因であるが、大気の大循環（風）の影響を強く受けている。従って、全地球的には大気の大循環と同じ方向の流れを持つが、大気の場合と異なって陸によって制限された範囲内のみである。この場合、風の影響が大きいために風成（Wind Driven）循環と呼ばれることがある。一方、中深層（Mid-Deep）水の循環は、その詳細は依然として不明な部分が多いが、大西洋の南北両端（北側の方が主力）から始まって（つまり、下降流が生じて）東向きに移動し、地球を１周回って（南極大陸周辺）戻ってくる。また、一部はインド洋および太平洋でそれぞれ北上した後、上昇して比較的浅い部分を西向きに戻ってくる。この場合海底地形の影響が大きく、深層流は海嶺〔Ridge：深度４０００〜５０００メートルの深海底（Seabed、Seafloor、Ocean Floor）から聳え立つ２０００〜３０００メートル級の海底大山脈である〕の裾野を流れることになる。このような循環を、３０００年程度の時間（平均滞留時間）をかけて行っていると考えられている。ストンメル（Stommel）およびブロッカー（Broecker）のモデルが有名である。この場合、温度と塩分の違いによる密度差の影響が大きいために熱塩循環（Thermohaline Circulation）と呼ばれることがある。
• 『気圏と水圏：　レーダー観測および気象衛星、海洋』。講義内容は以下について。
  『3.2　レーダー観測および気象衛星』
  �@静止軌道気象衛星と極軌道気象衛星：
  『3.3　海洋』
  �@水の分布
  　海洋　約97％
  　氷河　約2％
  �A海水の塩分：約35‰（約3.5％）
  �B海水の密度：温度と塩分
  　深海底は緯度に関係せず〜2℃程度。
  �C海洋の大循環：
  　１）表層水：海流
  　２）中深層水：ストンメル、ブロッカー
  　　　3000年程度で循環。
  �D海水の年齢（平均滞留時間）：
• プリント2枚（番号：１０）。出席票。
  【1枚目】
  表2-3…『地球システム科学入門』（21p）
  表5-1、図5-1、図5-2、図5-3、図5-4、図5-6…『地球と宇宙･地球編（改訂版）』（78,79,80,81,83p）
  図3.4、図3.5、図3.6、図3.7…『教養の地学　改訂版』（44,45,46,47p）
  【2枚目】
  図2-4、図2-12、図2-13、図2-15、図2-17、図2-18、表2-12、表2-13、表2-15…『地球システム科学入門』（24,38,39,40,41,44,46,47,49p）
  図3.9、図3.12…『教養の地学　改訂版』（48,52p）

補足説明

全般	地球科学用語については『地球科学用語集』ページを参照。 単位については『単位について』のページを参照。 地質年代については『地質年代表』のページを参照。

• 気象情報は『気象情報について』のページを参照。
• 気象衛星観測についてはこちら。（『運輸多目的衛星「ひまわり６号」から「ひまわり７号」への気象観測運用切り替えについて』）
  運輸多目的衛星ひまわり７号による画像はこちら。（『運輸多目的衛星新２号(ひまわり７号)による地球観測画像について』）
• 『水圏について』のページを参照。
• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』による説明を参照してください。
  ■アメダス（AMeDAS）／
  ■Category:気象衛星（Category:Weather satellites）／気象衛星（Weather satellite）／静止衛星（Geosynchronous satellite）／ひまわり (気象衛星)（Geostationary meteorological satellite）／TIROS-N/NOAA（Television Infrared Observation Satellite：アメリカ海洋大気圏局、National Oceanic and Atmospheric Administration）／
  ■静止軌道（Geostationary orbit）／対地同期軌道（Geosynchronous orbit）／準同期軌道（Semi-synchronous orbit）／極軌道（Polar orbit）／
  太陽同期軌道（Sun-synchronous orbit）／人工衛星の軌道要素／人工衛星の軌道／Category:人工衛星の軌道／
  ■Category:海洋学（Category:Oceanography）／Category:海⇒カテゴリ:海⇒Category:海（Category:Seas）／海（Sea）／海水（Seawater）／
  ■Category:海流（Category:Ocean currents）／海流（Ocean current）／風成循環（Sverdrup balance）／熱塩循環（Thermohaline circulation）／黒潮（Kuroshio⇒Kuroshio Current）／親潮（Oyashio Current）／ヘンリー・ストンメル（Henry Stommel）／ウォーレス・ブロッカー（Wallace Smith Broecker）／

【気象衛星の軌道】

• 世界の気象衛星観測網 世界気象機関（WMO）は、世界気象監視計画（WWW）の重要な柱として、複数の静止気象衛星と数個の極軌道気象衛星から構成される世界気象衛星観測網を展開しています。 　日本は、同観測網において、アジア、オセアニア及び西太平洋地域の観測を担い、昭和52年(1977年)以降現在に至るまで、30年以上、「ひまわり」による長期的かつ安定的な観測を維持しています。 現在運用中の静止気象衛星 監視区域 運用国（地域） 衛星名 位置 西太平洋（東経108度〜東経180度） 日本 MTSAT-1R 東経140度 MTSAT-2 東経145度 東太平洋（西経180度〜西経108度） 米国 GOES-11 西経135度 西大西洋（西経108度〜西経36度） 米国 GOES-12 西経60度 GOES-13 西経75度 東大西洋（西経36度〜東経36度） 欧州 Meteosat-9 西経0度 インド洋（東経36度〜東経108度） 中国 FY-2D 東経86.5度 FY-2E 東経105度 欧州 Meteosat-7 東経57.5度 インド Kalpana-1 東経74度 現在運用中の極軌道気象衛星 地球を南北に周りながら地球全体を観測します。 運用国（地域） 衛星名 高度 米国 NOAA-19 870 km 中国 FY-1D 866 km FY-3A 836 km 欧州 Metop-A 817 km 気象庁（HP/2011/5）による『世界の気象衛星観測網』から

【表面温度と塩分】

• 〔NODCの『OCL』の『OCL Products』の中の『World Ocean Atlas 2001 Figures (WOA01F) 』から〕

【南北断面での塩分と温度】

• Figure 1. The salinities of Earth's Oceans measured in ‰．（塩分：上は大西洋、下は太平洋）	Figure 2: Thermal structure of Earth's Oceans．（水温：上は大西洋、中は太平洋、下はインド洋）
  〔The University of Michigan's Global Change CurriculumのIntroduction to Global Changeの『Global Change 1』の中の『The Blue Planet: Salinity, Circulation, and the Conveyor Belt』から〕 緯度によらず、海洋底は１〜２℃。

【おもな表層流（海流）】

• 	a Labrador Current b East Greenland C. c North Atlantic Drift d Gulf Stream e Canary C. f North Equatorial C. g Caribbean C. h South Equatorial C. i Benguela C. j Brazil C. k Falkland C. l West Wind Drift m West Australian C.	n South Equatorial C. o Mozambique C. p Agulhas C. q Monsoon Drift r Kamchatka C./Oya Shio s Kuro Shio C. t North Pacific Drift u California C. v North Equatorial C. w Peru/ Humboldt C. x South Equatorial C. y East Australia C. z East Auckland C.
  〔Seafriends Marine Conservation and Education Centreによるseafriendsの『oceanography』の中の『Oceanography - currents』から〕 主な海流。

【ブロッカー（Wallace Smith Broecker；1931年〜）による海洋ベルトコンベア】

• 〔UNEPの『Maps & Graphics』の『Vital Climate Graphics』の『Potential impacts of climate change』から〕 ブロッカーによる海洋ベルトコンベアモデル。

【地球上の水の分布】

• 〔国土交通省の『土地・水資源関係』の『水資源部』の中の『日本の水資源』の『平成16年版 日本の水資源』の『第�U編第１章本文』から〕

  
  

  Water source Water volume, in cubic miles Percent of total water Oceans 317,000,000 97.24% Icecaps, Glaciers 7,000,000 2.14% Ground water 2,000,000 0.61% Fresh-water lakes 30,000 0.009% Inland seas 25,000 0.008% Soil moisture 16,000 0.005% Atmosphere 3,100 0.001% Rivers 300 0.0001% Total water volume 326,000,000 100% Source: Nace, U.S. Geological Survey, 1967 〔米国地質調査所によるWater Science for Schoolsの『Earth's Water』の『Earth's water distribution』から〕 地球上の水の分布。

【ブロッカーのモデルの改訂版】

• Figure 1. Schematic representation of the global thermohaline circulation（熱塩循環）. Surface currents are shown in red, deep waters in light blue and bottom waters in dark blue. The main deep water formation sites are shown in orange. (After [1], modified by S.R.) [1]　Broecker, W.S., The great ocean conveyor. Oceanography, 1991. 4(2): p. 79-89. 〔Potsdam Institute for Climate Impact ResearchのStefan Rahmstorf氏による『The Thermohaline Ocean Circulation　A Brief Fact Sheet』から〕 ブロッカーのモデルの改訂版。

【風と海流】

• 〔（財）日本海事広報協会による海と船なるほど豆事典の『海の自然のなるほど』の『海流はどうしておきるの』から〕 地表の温度は、赤道地域で高くて極地域で低いが、その温度差をなくすように大気と海水は動く。大気の場合は「大気の大循環」と呼ばれる循環となるが、海水の場合は表層での「海流」とよばれる循環ならびに深層も含めた海洋の大循環（上の『海洋ベルトコンベア』）として循環する。海流はとくに大気（風）の影響を強く受ける。