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気候変動(きこうへんどう)という言葉は地球の気候の変化について使われる言葉である。最も一般的な感覚では、気温のほかに降水量や雲なども含むすべての要素の、すべての時間スケールでの気候変化について使われる。

気候が変動する原因には、自然の要素と人為的な原因がある。しかしながら近年の用法、特に環境問題の文脈では、現在の地球表面の平均的な温度上昇という地球温暖化についての研究に特定される。

気候変動についての研究や提言の国際的な努力は、国連のUNFCCC(気候変動枠組条約)で調整されている。UNFCCCではclimate changeという用語を人為的な変動、非人為的な変化をclimate variabilityと使い分けている。人為的な気候変動とは、人類の影響の可能性を示す言葉として用いられる。

なお、IPCCにおいては同じclimate changeという用語が人為的・非人為的両方の変化をまとめて表記するのに用いられ、日本語訳において(「気候変動」を内包する言葉として)気候変化と表記されることがある。

◆気候が変化する原因

気候が変化する原因には内部因子と外部因子がある。内部因子は地球の気候システムの内部で起こる相互作用であり、外部因子は気候の駆動力とも呼ばれ、太陽活動、火山噴火、海塩粒子、土壌性エアロゾル(ダスト)などの自然起源ものと、人間活動によってもたらされた人為起源のもの(温室効果ガスなど)がある。

科学者間で一般的に合意されている具体的な「気候変動の結果とその要因」としては以下の例がある。

・10万年の氷期/間氷期サイクルは地球軌道要素(日射量の季節性や地理的な変化)と総合的な日射量の変化に支配されている(主に外部因子の変化)。

・氷床コアで発見された最終氷期の間に起こった急激な温度変化(ダンスガード・イベント)はおそらくローレンタイド氷床とこれによって引き起こされた内的要因の変化に関係すると考えられる(内部因子の変化)。

・小氷期は太陽放射か火山活動の変化、もしくは両方の複合によって起こったものと思われる(主に外部因子の変化)。

◇内部因子

気象はカオスで力学的に非線形ということが知られている。気候(平均的な気象)はこのようなシステムなため、明らかにすることは難しい。過去40万年に限っては、地球軌道の様々な要素変化に対応して氷床コアの記録に大きく揺れ動く周期が見られるように、非カオス的な現象を示す。しかし、短期的に大きく変化する現象はカオスとして表現されるのがふさわしい。そのような変化は現在の気候状態では起こっていないように見える。

このように、気候システムは外的要因の状態に応じてカオスと非カオスの間で変化するのであろう。

 フィードバック機構

もし何かの要因(例えば太陽輻射の変化)が気候を変化させると、その効果を増幅または減退させるメカニズムがある。これらを正のフィードバック、負のフィードバックと呼ぶ。知られている限り、気候システムはこれらのフィードバックにより安定しているとされ、正のフィードバックが暴走に繋がる結果は今のところ見出されていない[外部リンク] ココが知りたい温暖化(国立環境研究所)のフィードバックに関する解説。理由の一つは、気温と放出される放射エネルギーの間にある強力な負のフィードバックの存在である。IPCC第3次報告書(第1部会)の第7章ではより詳しくフィードバック機構について議論されている7. Physical Climate Processes and Feedbacks[外部リンク]http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/260.htm。ただし、下記の永久凍土からのメタン放出現象など分析が不十分な要因もあるため、暴走が起きない可能性もゼロとは言えないとされる。

正のフィードバック効果の例としては、次のようなものがあげられる。

;氷 - アルベド・フィードバック

:*雪に覆われた地域はアルベド(日光の反射率)が高いが、その下の地表面は反対にアルベドが低く、太陽の放射エネルギーを吸収しやすい。地表面部分がわずかに暖まると、雪氷面の融解が進み更に地面が増えるので、より多くの雪を溶かすという繰り返しの現象が起こる7.5.1 Snow Cover and Permafrost[外部リンク]http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/294.htm。代表的なものとしては北極海の海氷の融解[外部リンク] ますます薄くなってきた北極海の海氷、JAXA 地球観測研究センター(EORC)、2008年4月30日による海水による太陽光吸収量の増大などがあり、近年広く報道されている[外部リンク] NHKスペシャル 北極大変動[外部リンク] 日経エコロミー、2008年05月08日の記事。

;永久凍土からのメタン放出

:気温上昇によって永久凍土が融け、閉じこめられていた有機物の分解によってメタン(二酸化炭素の20倍の温室効果を有する)が放出されることによって、正のフィードバックに寄与するであろうことが指摘されている。今のところ、こうした極域の陸地は全体ではわずかに炭素の吸収源になるのではないかと見られているが、炭素放出の過程は複雑で、この結論の不確実性は大きい[外部リンク] AR4 WG2 Chapter15,P.662。

;10万年周期の氷期/間氷期サイクルにおける二酸化炭素の役割

:*このサイクルは軌道要素によるものとされているが効果としては小さすぎ、二酸化炭素の変化がシグナルを強化していると一般に信じられている。わずかな気温の上昇で二酸化炭素が増加し、温室効果で更に気温が上昇、更に二酸化炭素が増加という繰り返しである。

負のフィードバック効果の一つに、大気から二酸化炭素を吸収する地表や海洋や生物圏などの自然の貯蔵庫(二酸化炭素シンク)の存在がある。このレベルのフィードバック効果の存在からは、大気中に排出される二酸化炭素は人類起源のもののみと単純に予想されがちであるが、気温の変化と大気中の二酸化炭素レベルとの関係については説明が難しい。例えば、気温の上昇により土壌の炭素が減少したり、気候の変化が熱帯雨林を減少させる可能性があるため、負とは断定できず、正に働く可能性も考えられている。生物の負のフィードバック作用については生物ポンプ仮説が知られている。

◇外部因子

 自然起源の因子

過去の気候変動において内部因子が重要な役割を果たしたのと同様、自然起源の外部因子も重要であるのは明らかである。

  太陽放射量の変化

自然の外的要因でもっとも主なものは太陽活動による放射量の変化であるが、地球に届く太陽放射量は、地理的、時間的に分布に均一ではない。太陽放射量は、太陽周期により短い時間スケール(1年〜100年)で変化し、地球軌道の周期的な変化によって100年から1000年のスケールで変化する。さらに長い時間(1億年)で考えると、太陽自体が熱くなっていくという現象が加味される。

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