「放射冷却現象」と「温室効果」についての質問です

質問

「放射冷却現象」と「温室効果」についての質問です

天気予報の解説で「今朝は晴れて地表の熱が奪われる放射冷却現象が起きて冷え込みました」等の解説がされるのですが、
「放射冷却」を「放射するもの（地表）と環境（大気）」に分けて考えると環境も放射しているので地表は大気の温度より下がらないと思えるのですが？
「放射冷却」とはどのような現象なのでしょうか？

質問の趣旨は
「放射冷却」は熱力学第２法則に反しないか？
です。

「温室効果」も同様な質問です
「二酸化炭素が環境のエネルギーを吸収して地表面の温度が上がる」
みたいな解説を聞くのですが、
環境のエネルギーを吸収している限り二酸化炭素は環境の温度より高くなれないはずなのですが
「温室効果」とはどのような現象なのでしょうか？

これも質問の趣旨は
「温室効果」は熱力学第２法則に反しないか？
です。

回答No.21

torosecond

私は、地表面の温暖化は地表面を暖めるエネルギー源が原因だと思います。

「温室効果」はこのエネルギー源を説明しません。

環境省に質問してから２ヶ月以上が過ぎましたが回答はありません。
環境省は「温室効果」を説明できません。

CO2の25％削減をする根拠を環境省は示せないのです。
こんな行政って許されるのでしょうか？

私は、地表面の温暖化は空気がエネルギーを蓄える現象だと考えています。
台風のエネルギー源は水蒸気が液体の水になるときの潜熱であることからわかるように、水蒸気の形でもエネルギーを溜めこみます。
水蒸気でエネルギーをたくさん溜めこめば、同じ温度でも水蒸気の多い空気のほうがより多くの氷を溶かします。
また、気温が上がるにつれて、蓄えることのできる水蒸気の形エネルギーも大きくなります。
下のグラフは気象庁で「温位エマグラム」と呼ばれるものです。
グラフは南鳥島で高層観測された8月9時平年値資料から求めたものです。
左から温位、相当温位、飽和相当温位で、Cpを乗ずると空気１モルあたりのエネルギーとなります。
温位は、「エンタルピー（CvT＋PV）＋位置エネルギー」で、相当温位はこれに「水蒸気が水になったときの潜熱」を加えてもとめおり、気象で使われる近似式は使っていません。
そして、飽和としたものは飽和相当温位で、これが最大限蓄えられることが可能なエネルギーです。

温位や相当温位という言葉が気になる方は温位が乾燥空気のもつエネルギー、相当温位が加えて水蒸気の潜熱を加えたものと考えてください。

このグラフについて簡単に説明します。
飽和相当温位は地上の相当温位と同じ値になる高さをA点とします。（A点：飽和相当温位の値＝地上の相当温位）
A点の高さを自由対流高度と言います。
このケースではA点は約1000mとなっています。

地上の空気を断熱膨張させ、膨張させたときのエネルギーを使ってA点まで空気を持ち上げると後は水蒸気が液体や固体になる潜熱により周辺の空気よりあたたかくなり14000m以上の高さまで上昇します。
理論的には何らエネルギーを使わず、地表面に溜まったエネルギーを上空に捨てさることができます。

これとは別に、A点の高さの温位は絶対温度で304Kですが、A点までの温位すべて304Kの温位（304Kの等温位）にしても対流は始まります。
上昇させる温度は1～2度程度です。

南鳥島に1000メートルクラスの山があれば、日射により山肌が温まり、そして周辺空気の温度上昇をもたらしますから、毎日のように積雲や積乱雲が発達することになります。
夏の本州の山岳で雷雲が発達しやすいのはこのためです。

また、私は温暖化により対流現象は起こりにくくなり、起こると災害をもたらす強い現象になるかもしれないと思っています。

運が悪いと温暖化により1000m付近まで温度上昇が起こり自由対流高度さらに高くなり、より多くのエネルギーを蓄える可能性があるからです。

　自由対流高度が高くなれば対流が起こりにくくなるのは直感的に理解できるのではないでしょうか。

　私は、南海上に山脈を作れと言っているのではありません。
　何らかの方法で、水蒸気を液体の水にして潜熱を解放すれば理論的には14000メートルにも達する積乱雲ができるはずです。
　地表面に溜まったエネルギーを上空に送り出す技術を検討できると思います。

　自然は積乱雲を発達させ地表に溜まったエネルギーを上空に運び出すことを行っています。それを効率よく起こせば、ある程度「地表面の温暖化」を緩和することができるかもしれないと思います。

　しかし、それは人間が気候をコントロールすることになりますし、始めたら引き返せないかもしれません。
　それでも、CO2の25％削減してもエネルギー消費を抑えないよりましだとおもいます。

　私は、温暖化を地表面から1500m（850hPa）付近までの温暖化だと思っていますが実はたいした根拠がありません。大気全体が温まっている可能性を否定できないのです。

　もし、そうなら人間の活動による排熱を上空に捨てても温暖化は止まらないですが、現実を知るのも大切でしょう。