現在の気候モデルは、世界の気温上昇を1.5°C以内に抑える方法について見解が一致していない。
雲は日傘のように、太陽光を反射させて地球を冷やすことがある。しかし同時に断熱毛布のように、熱が外へ逃げるのを妨げることもある。
気温上昇を1.5°C未満に抑えるために排出できる炭素量の不確実性は、雲が大きな要因となっている。
私たちの世界がどれだけ温暖化するかは、今世紀にどれだけ温暖化するかは、今後数十年間に私たちが取る行動に左右される。世界の気温上昇を1.5°C未満に抑え、危険な水準の温暖化を回避するためには、各国政府がどれだけの炭素を、どの期間内に排出できるかを把握する必要がある。
しかし、現在の気候モデルは、その閾値がどこにあるかについて見解が一致していない。新たな研究では、安全に排出できる炭素量の推定値に大きなばらつきが生じる理由の一つを突き止めた。それは雲の不確実な振る舞いである。一部の気候モデルでは、雲が温暖化を大きく増幅させる。別のモデルでは、雲の影響は中立的であるか、温暖化をわずかに抑制するにとどまる。では、なぜ雲が私たちの運命を決める上で極めて重要な役割を果たす可能性が高いのか？
気候モデルによる予測では、一般に世界の気温は、時間の経過とともに排出される炭素の総量とほぼ並行して上昇することが示されている。これは下のグラフの黒い線で表されている。一定の温暖化水準を超えないようにするには、世界は排出される炭素量を、一定の炭素予算の範囲内にとどめる必要がある。雲が温暖化を増幅させる気候モデルでは、この炭素予算は小さくなる（赤い破線と矢印）。雲の影響がほぼ中立的か、温暖化を抑制する場合には、炭素予算は大きくなる（青い破線と矢印）。
なぜ雲はそれほど重要なのか？
雲は日傘のように、太陽光を地球表面から反射させて宇宙へ戻すことで地球を冷やすことがある。しかし同時に断熱毛布のように、大気中の熱が赤外線として宇宙へ逃げるのを一部妨げることで、地球を温めることもある。この「毛布」効果は、特に冬季に顕著であり、曇った夜は通常、晴れた夜よりはるかに暖かい。
日傘と毛布のどちらの効果が優勢になるかは、雲の高度と厚さによって決まる。一般原則として、雲が高いほど、熱が宇宙へ逃げるのを防ぐ効果が高くなる。雲が厚いほど、太陽光を地球表面から反射させる効果が高くなる。
高く薄い雲は太陽光を通す一方で、赤外線として宇宙へ逃げる熱を効果的に妨げるため、正味で温暖化効果をもたらす。低く厚い雲は太陽光を強く反射する一方で、宇宙へ逃げる赤外線にはほとんど影響を与えないため、正味で冷却効果をもたらす。
大気中には高く薄い雲よりも低く厚い雲のほうがはるかに多いため、日傘効果が優勢となり、雲が存在しなければ私たちの惑星ははるかに暑くなるだろう。
雲は変化している
地球温暖化により、将来、雲量ならびにこれらの雲の高度と厚さが変化し、雲の日傘効果と毛布効果のバランスが変わると予想されている。この変化が気温に及ぼす波及効果は、雲のフィードバックとして知られている。気候変動の予測では雲のフィードバックを無視することはできない。雲の特性のわずかな変化であっても、世界の気温に大きな影響を及ぼす可能性があるからである。
今後、雲がどのように変化するかを予測するために、私たちの研究では、観測データと気候モデルによる証拠を、雲の物理学に関する理論的理解と組み合わせている。これらを総合すると、雲は二つの理由から、温暖化を抑制するよりも増幅させる可能性が高いことが分かる。
第一に、世界の気温が上昇するにつれて、熱帯地域では低い雲の被覆率が減少すると予想され、その結果、日傘効果が弱まる。第二に、大気が温暖化すると高い雲はより高い大気層へ移動し、より効果的な毛布となることがよく知られている。これらの温暖化効果は、高緯度地域、特に南極周辺の南極海上空で雲の厚さが増すことによってわずかに緩和される可能性があるが、全体的な温暖化効果を打ち消すことはないだろう。
雲が地球温暖化を増幅させる可能性が高いことは分かっているが、その効果の強さについては依然として大きな不確実性が残っている。この点で気候モデルはほとんど役に立たない。数十キロメートルのスケールと数時間の時間枠における大気の全体的な特性しかシミュレーションできないからである。微細な雲の水滴は数分のうちに形成され、蒸発する。モデルはこうした小規模な詳細を捉えきれていないが、正確な予測のためにはそれが必要である。
気候モデルは、雲を表現するために単純化に頼らざるを得ず、その結果として誤差が生じる。モデルごとに雲のプロセスの描写における単純化の仕方が異なるため、雲のフィードバックに対する予測も異なり、その結果、地球温暖化の予測値や残りの炭素予算にも差が生じる。将来の炭素排出シナリオが一定であれば、雲は、モデル間で予測される将来の温暖化の差異を生む最も重要な単一要因である。
私たちは心配すべきか？
気候感度、すなわち大気中の炭素量が2倍になった場合に予想される長期的な地球温暖化の程度は、現在のところ、1.5°Cから4.5°Cの間にあると推定されている。この水準の温暖化がもたらす影響はすでに深刻であるが、世界の一流研究者が現在開発中のいくつかの新しい気候モデルは、5°Cを超える温暖化を予測している。これらの新しいモデルは雲のプロセスの表現も改善されており、このことは地球温暖化が私たちの想定よりもさらに深刻になりうることを示唆しているようだ。
幸いなことに、別の予測もあり、それらはより穏やかな温暖化を示している。長期的な温暖化が最も大きいとされる同じモデルは、すでに観測されている温暖化傾向も過大評価していた。一方で、気候感度における雲の役割を明確にするため、さらなる研究が進められている。
私たちの惑星は、大気中への炭素排出を続ける限り温暖化し続けることは明らかである。しかし、その程度がどれほどになるかは、雲に記されたままである。
