物理苦手でも気象予報士試験に合格したい！#3　大気における放射-2

こんにちは、まさごんです。
気象予報士試験の合格を目指すべく、日々の勉強内容を記録しています。
基本的には前日夜にインプットした内容を、朝一番にnoteにまとめて復習する、というサイクルで学習を回しています。

勉強内容

今回は大気における放射、パート２です。
地球の平均気温が15℃というのはよく聞きますが、なぜその温度になるのか？温室効果とは何か？空はなぜ青いのか？を学習します。

学習ポイント①放射平衡温度

地球は日々太陽放射(太陽からの熱エネルギー)を受け取っているわけですが、受け取るばかりではなく、地球自身も熱エネルギーを放出しています。これを地球放射といいます。
ここでのポイントは、地球が受け取る熱エネルギーと、地球から出ていくエネルギーが等しいということです。もし太陽放射のほうが大きければ地球の温度は暖かくなりすぎてしまい、逆に地球放射のほうが大きければ、地球は寒くなりすぎてしまいます。この「太陽放射＝地球放射」の状態のことを「放射平衡」と呼び、その時の地球の温度のことを「放射平衡温度」といいます。
そして放射平衡温度は計算すると255K（-18℃）になるわけですが、これは地球の平均気温である288K（15℃）よりもずっと小さいです。これは温室効果を考えているかの差になります。
地球から放出される熱エネルギーは、そのまま宇宙空間に出ていくのではなく、実は一度地球大気に吸収されています。この地球大気というのは、水蒸気と二酸化炭素が主です。地球放射を吸収した大気は、上向きと下向きに再放射します。このうち、下向きに再放射した熱エネルギーが温室効果となるのです。

学習ポイント②散乱

地球の大気中には窒素や酸素をはじめとした無数の気体分子や多くのエーロゾルが浮遊しています。これら大気中の粒子（分子）に太陽の光がぶつかると、いろんな方向に反射されて進みます。こうした現象を「散乱」といいます。この散乱は、ぶつかる電磁波(太陽の光)の波長と、粒子の半径によって、３種類に分かれます。
①レイリー散乱
　ぶつかる電磁波の波長が、ぶつかる粒子の半径よりもずっと大きい（10倍以上）場合に生じる散乱を、レイリー散乱といいます。レイリー散乱では、散乱した電磁波の強度は、その波長の４乗に反比例します。つまり波長が短いほど強く散乱するのです。日中に空が青く見えるのは、空気分子によるレイリー散乱で、波長が短い青色光が強く散乱されるからです。
②ミー散乱
　ぶつかる電磁波の波長が、ぶつかる粒子の半径とほぼ等しい場合に生じる散乱を、ミー散乱といいます。ミー散乱に強さは、電磁波の波長によらずほぼ一定になります。雲が白いのは、雲粒の半径と電磁波の波長がほぼ同じで、ミー散乱によって白く見えるのです。
③幾何学的散乱
　ぶつかる電磁波の波長が、ぶつかる粒子の半径よりずっと小さい場合に生じる散乱を、幾何学的散乱といいます。ここで対象となるのは雨粒で、幾何学的散乱は虹ができる原因となります。

気づいたこと

散乱は日常に感じやすい現象ですね。春に空が濁って見えるのは、黄砂や空の粒子の数が多くて、それらがミー散乱されるから白っぽくぼやけて見えるのですね。白くなるのは、散乱強度がすべて一緒だからでしょうか。すべての色を混ぜると、光は白くなりますもんね。（光の三原色？懐かしい、、）

今日も1日、感謝を忘れずに過ごします。
ありがとうございました。