水蒸気窓

水蒸気ウィンドウは、地球の大気中の水蒸気によってほとんど吸収されない赤外線の波長です。この弱い吸収により、これらの波長は他の大気成分の影響を受けずに地球の表面に到達できます。このプロセスは、有効放出温度のため、温室効果ガスの影響を強く受けます。水蒸気連続体と温室効果ガスは、水蒸気が気候変動にもたらす利点により、大きく結びついています。

水蒸気は地球の大気中の赤外線（IR）エネルギーの多くの波長を吸収するガスであり、部分的に地表に到達できるこれらの波長範囲は、「水蒸気の窓」と呼ばれるものを通過します。 ^{[1] [2]}しかし、これらの窓は赤外線のすべてを吸収するわけではなく、結果として電磁エネルギーが自由に流れることができます。 ^{[3]天文学者はこれらの窓のおかげで、}赤外線天文学と呼ばれるIR望遠鏡で宇宙を観察することができます。

800～1250 cm^-1の範囲にある中赤外線ウィンドウは、湿度の高い大気圏の放射フラックスに大きな影響を与えるため、より重要なウィンドウの1つです。^[4]また、4700 cm^-1と6300 cm^-1のウィンドウにも注目が集まっています。これらのウィンドウの水蒸気マイクロウィンドウにより、水蒸気ウィンドウのパラメータの不確実性はエッジでのみ発生することが確認されたためです。^[4]さらに、大気圏上部の正味の太陽短波放射と正味の地球長波放射は、地球のエネルギーバランスを保っています。

水蒸気の窓も温室効果ガスの影響を受けます。温室効果ガスにより水循環が大幅に加速されるからです。放出される長波放射の全球平均値は 238.5 Wm^-2 です。^[5]地球大気系が黒体放射のシュテファン・ボルツマン方程式に従って黒体として放射すると仮定すると、地球の有効放射温度が得られます。結果として得られる温度は -18.7 °C です。+14.5 °C と比較すると、地球表面の全世界平均温度は 33 °C 低いです。^[5]したがって、地球表面は大気がない場合よりも最大 33 °C 暖かいのです。さらに、長波放射の観測は、地球の大気に温室効果が存在することを示しています。これらの窓により、周回衛星は惑星から放出される IR エネルギー、SST、およびその他の重要な事項を測定することもできます。「水による電磁吸収: 大気の影響」を参照してください。

水蒸気がこれらの波長の赤外線エネルギーを吸収するのは、主に水が極性分子であるためです。水の極性により、遠赤外線、近赤外線、中赤外線の波長で放射を吸収および放出することができます。^{[6]極性は、水が自然界とどのように相互作用するかにも大きな影響を与えます。なぜなら、}水二量体などの水の複合体を形成できるからです。^[6]

水蒸気は地球の大気中で最も重要なガスの一つであり、気候変動に有益なことから研究が重要です。水蒸気の吸収は主に水蒸気連続体と呼ばれるもので起こります。これは大気中の放射に大きく影響する帯と窓の組み合わせです。この連続体には自己連続体と外部連続体の2つの部分があります。^[7]自己連続体は温度に負の依存性があり、自己連続体は窓の端で著しく強くなります。^[7]

これらの窓はもともとジョン・ティンダルによって発見されました。^[8]彼は、宇宙から来る赤外線のほとんどが地球の大気中の 水蒸気やその他の温室効果ガスによって遮られ、吸収されていることを発見しました。

• 温室効果ガス
• 有効温度
• 赤外線天文学
• 電磁スペクトル
• 水による電磁波吸収

• 真鍋周郎（2019年1月1日）。 「気候変動における温室効果ガスの役割」。Tellus A: 動的気象学と海洋学。71 (1): 1620078。ビブコード:2019TellA..7120078M。土井: 10.1080/16000870.2019.1620078。S2CID  197554504。