日なたの雪は明るく見えます。雪が自分で光を作っているのではなく、太陽から届いた光を多く反射しているためです。地面が受けた日射のうち、どれだけを反射したかという割合をアルベドと呼びます。割合なので、反射した量だけでは決まりません。入ってきた量を分母にすることが出発点です。
入射、反射、吸収を三つに分ける
日射が地面に届いたとき、一部は反射し、残りは吸収されます。ここでは、向こう側への透過を考えない不透明な面をモデルにします。この条件では、入ったエネルギーから反射したエネルギーを引けば、吸収した分になります。反射が大きい面ほど、同じ日射を受けたときの吸収は小さくなります。
新しい雪は一般に反射率が高い一方、雪の状態や汚れなどによって値は変わります。「雪なら必ず何％」と固定するのではなく、問題で与えられた測定値を使います。海面も、太陽が低い角度にあると強く光って見えることがあります。材質名だけでなく、照らす向きや表面の状態も関係するのです。
反射率が高い面でも、反射量は少ないことがある
日陰の白い面と、強い日光を受ける黒い面を比べるとします。白い面の反射率が高くても、もともと入ってくる光が少なければ、反射するエネルギーの総量は小さくなることがあります。「割合が大きい」と「量が大きい」を同じにしないようにしてください。
観察写真の明るさにも、カメラの露出や撮影方向が影響します。明るく写った一枚だけから、その面のアルベドを正確に計算することはできません。入射量と反射量を対応させた測定が必要です。写真は性質に気づく入口になりますが、数値を求めるには別の情報がいる、という区別です。
例題1 吸収したエネルギーを求める
同じ面積の二つの不透明な面が、それぞれ1000Jの日射を受けました。雪を表す面Aの反射率は80％、土を表す面Bは20％です。透過はなく、この日射についてだけ考えます。それぞれが吸収したエネルギーは何Jですか。
答え・解説： Aは1000×0.8＝800Jを反射し、1000－800＝200Jを吸収します。Bは200Jを反射し、800Jを吸収します。Bの吸収量はAの4倍です。ただし、温度上昇が必ず4倍になるとは限りません。温まる物の量や性質、外へ逃げる熱などは、この計算には含めていないからです。
吸収が増えたら、すぐ同じだけ温度が上がる？
エネルギーの吸収と温度変化は関係しますが、同じ量を吸収しても、温度の上がり方は条件によって変わります。物体の質量、熱容量、風や周囲への熱の移動などが関わります。雪や氷の場合には、とけるためにエネルギーが使われることもあります。日射の差し引きだけから温度計の値を決めないことが大切です。
表面だけの温度を測るのか、一定の深さの温度を測るのかでも記録は変わります。土と雪の比較実験で、片方だけ温度計を深く入れたら、材質以外の条件も変わってしまいます。「同じ日なたに置いた」だけで全条件がそろうわけではありません。面積、照射時間、温度計の位置などを表にして確かめます。
例題2 反射量が同じなら、反射率も同じ？
面Cは600Jを受けて300Jを反射しました。面Dは1000Jを受けて300Jを反射しました。CとDの反射率はそれぞれ何％ですか。両方とも300Jだから同じ反射率だと言えますか。
答え・解説： Cは300÷600×100＝50％、Dは300÷1000×100＝30％です。反射量は同じでも、受けた量が違うため割合は異なります。分母を省略して「反射が大きい」と書くと、どちらを比べたか分からなくなります。「反射率はCが高い」「反射量は等しい」と、量の名前までつけて答えましょう。
雪が減ると、さらにとけやすくなることがある
雪がとけて暗い地面が現れると、同じ日射条件では吸収が増え、それがさらに温まりやすい方向へ働くことがあります。このように変化が次の変化を強める関係を、図の矢印で一周たどることができます。ただし、天気や降雪など他の要因もあるので、この関係だけで翌日の雪の量まで予言できるわけではありません。
地球規模の平均と、一枚の雪面の測定値も混ぜないようにします。雲、海、陸などを含む全体の反射と、足元の雪の反射は対象の範囲が違います。入試の資料では、何を一つの面として扱っているかを確認し、境界の内側の収支を計算してください。
熱の伝わり方は真空でも伝わる熱、雪の量と性質は積雪の密度と重さにつながります。
同じ面を短時間ずつ測った結果を平均するときにも、単純平均でよいかを考えます。入射が100Jのときの50％と、900Jのときの10％をまとめるなら、反射は50＋90＝140J、入射は1000Jです。全体では14％であり、二つの割合の真ん中の30％ではありません。測定区間で受けた量が違えば、その量を重みとして計算する必要があります。