シラバスも参照。
この授業で扱う「地球環境」は、 「地球システム論」で 紹介した島津康男の「地球トータルシステム」 [図(気候システム論:序論)] のうちの「自然システム」、つまり地球の大気圏・水圏にほぼ対応する。 人間活動の影響を受けてはいるが、人間活動がなかったとしても 存在する対象である。 [気候システム論:序論--この授業の対象領域]参照。
いろいろな理由があってよいが、 わたしがいちばん重視するのは、 人類が持続可能(sustainable)に生き続けていくために、 という目的である。
「地球設計論」2006年9月29日の 講義ノートの(1)の部分参照。
ここでいう持続可能(sustainable)とは、 「準定常にすることが可能」というような意味である。 準定常とは、定常に近いが、ゆらぎを含んでいる状態である。 もし厳密な定常状態を社会の規範とすると、 それは、人々が前の世代と同じ生活様式を強制されることを意味するだろう。 少なくともわたしには耐えられない体制である。 しかし一方、今の世代が、次の世代から、 今の世代と同じ生活様式を続ける自由を奪ってしまう (つまり他の様式に移ることを強制する、全くの非定常)のは、 世代間の倫理として正しくないことだと思う。 そこで、今の世代のうちに、生活様式を「準定常にすることが可能」なものに 変えていくことが必要だと思うのだ。 (この部分は個人的意見であり、 授業を通して提供しようとしている知識の一部ではないことをおことわりしておく。)
とくに水循環観測の意義について: [別ページ(暫定)]参照。
対象に関する情報、とくに客観的・定量的な情報を得ること。 (ここでいう客観的・定量的とはどういうことかについては、 「総論」参照。)
これには、現場観測と遠隔観測(remote sensing)が含まれる。 こでいう現場観測とは、観測機器が対象に接触して行なう観測である (必ずしも人が対象に近づく必要はない)。 遠隔観測とは、観測機器が対象に接触せず、そこから来る なんらかの信号を受けて対象の状態を知る観測である。 信号を伝えるものとしては、電磁波(光・赤外線・電波など)、音波・地震波、重力などがある。 現場観測は地点が限定されることが多く、他方、遠隔観測は間接的情報であるから、 両者の特徴を理解して組み合わせることが必要になることが多い。
科学は、事実の証拠にもとづき、因果関係的に考える営みである。 証拠のほうから考え始める活動が観察あるいは観測と呼ばれ、 因果関係のほうから考え始める活動が理論あるいはモデルと呼ばれることが多い。 科学が目的を達するためには、両方の活動がうまく組み合わされることが 必要である。 地球科学の多くの領域では、前者は地質学、後者は地球物理学と呼ばれる伝統が あり、両者の概念をかみあわせるのはむずかしい課題である (坂元・増田 (1999)参照; ただしこれは過去の地球環境についての試論)。 しかし、現在の大気・水圏の運動や温度などを扱う限りでは、 観測のほうも理論と同じ物理変数の値を得るものが主役となっており、 学問分科としても地球物理学の中で行なわれることが多い。
この授業の目標は、自分で観測ができるようになることではなく(わたしにはその指導はできない)、 既存の観測で得られているデータを利用するための基礎知識をもつことに置く。
地球環境のための情報を得る活動として、 観測という活動 --地球環境から直接情報を得ること-- は、もちろん必要である。 しかし、多くの場合、1点で観測をしたのではじゅうぶんではなく、 一定の規格をみたす観測機器を計画的に配置した「観測網」あるいは「観測システム」を組むことが 必要であることが多い。 そのような活動は、 すでに観測を業務とする機関(ここでは現業機関と呼ぶ)あるいは研究機関によって行なわれている。 現業機関の観測はそれぞれに明確な目的があるのがふつうだが、 他の目的にも利用可能なものが多い。 既存の観測でじゅうぶんではなく、自分で観測を行なう必要がある場合も、 関連する観測の存在を確かめ、参照することが有効である。 したがって、 観測を行なう人も含めて、おおぜいの人が、観測データを利用する能力をもつ必要がある。
たとえば、[参考書]にあげた牛山編(2000)の本は おもに地表に近い大気の観測を自分で行ないたい人のための手引きであるが、 かなりの部分を既存の観測データを得る方法にさいている (ただしデータ提供の事情はその本の出版以後も変化している)。
[参考書]にあげた柴田(2001)の本 [読書ノート]の表題になっている 「データリテラシー(data literacy)」は、ここでいう「データを利用する能力」と同じことである。 柴田(2001)の本は、統計学を背景として、多くの種類のデータに共通することを述べている。 その章の表題からキーワードを拾うと、(データの) 浄化、組織化、ブラウジング(browsing)、流通、蓄積などがある。 わたしの授業では、地球環境観測データに即して、このような課題にふれていきたい。 とくに実習では、限られた時間ではあるが、browsingの段階の経験をもつことをねらい、 また、そこで使ったデータに関して、 流通、蓄積、浄化、組織化がどのように行なわれてきたかを紹介したい。
「浄化」について少し補足する。 観測データが誤差を含むことは、統計学の文脈でも、科学実験の方法の文脈でもよく知られている。 しかし、実際のデータには、「誤差」とはとても言えない「まちがい」も含まれていることが多い。 (この件は「総論」でさらにふれる。) 先にまちがいを検出し取り除いておかないと大部分の統計学的方法は役にたたない。 実際のデータを扱う仕事のうちで、まちがいを取り除く仕事は大きな部分をしめる (Dasu & Johnson 2003)。 これは完全に自動化できるものではなく、 データに関する知識をもつ人がデータを見ることを必要とする。 しかし、どんなまちがいが起こりうるかの見当がつけば、それを検出しやすくする方法はある。
地球環境観測データについてのデータリテラシーには、その分野特有の背景知識も含まれる。 そのうち、地球の大気・水圏がどんなものであるかについては、 おもに地球システム論で述べた。 それに加えてこの授業で、現在行なわれている観測がどんな原理に基づいているか、 また、観測で得られたデータが理論に基づく数値モデルとどのように組み合わせて使われているかを 紹介する。
実習ではおもに、GAME-Tという研究観測プロジェクト (GEWEX Asian Monsoon Experiment - Tropics, GEWEXはGlobal Energy and Water Cycle Experiment)で、 1998年にタイ国で行なわれた気象・水文の観測で得られたデータ、 およびそれに関係する過去数年から数十年間の現業観測データを使う。
GAME-Tとその成果(実習に関連する部分)については、授業でも紹介するが、 [参考書]にあげた松本編(2002)の本 [読書ノート]を 指定書としてメディアセンターに置くので参照してほしい。
データ処理の実習はCNSの特別教室のLinux上で行なう。
どの教室を使うかは決まりしだい日程のページに示す。
Unix系OSを選択したのは、
直接にはわたしが使い慣れている(他のOSを使い慣れていない)からにすぎないが、
バッチ処理(非対話型処理)と対話型処理の両方ができるという特性があることを前提としている。
教材のデータやプログラムは、
/pub/sfc/earthobs/の下に、
その概略説明は教材WWWページの下に用意する。
主としてGMT (Generic Mapping Tools)という作図ソフトウェアとawkというプログラム言語とを使う。
プログラミング言語や統計学の専門的知識は必要としないが、
Unix系OS (Linux あるいは FreeBSD, SunOSなど)上でのコマンド操作やエディタ
(たとえばemacs、他のものでもよい)操作は苦にせずできるようになっていてほしい。
CNSガイドの「Unixの操作」の部、
増田のコンピュータ関係教材のページなどを参照)。
日程は日程のページ参照。 実習の一部は休講ぶんの補講として土曜日に行なう。 ただし、補講の日程や各回の内容については変更の可能性がある。
成績評価は、期末レポート(実習をふまえた課題を予定している)と 2〜3回の小レポートによる。 ただし、小レポートは結果よりもおもに授業に参加しているかを見る。
わたしの授業は一方的な伝達になりがちなので、 積極的に質問をしてほしい。 今回試みに、質問を出してほしいという宿題を出す。
http://web.sfc.keio.ac.jp/~masudako/eobs2006/index_ja.htmlの下に用意する。
昨年度の内容に対して改訂は行なうが基本的には変えないので、 今年度の教材がまだできていない部分については 昨年度教材も参照してほしい。
参考書の一部や、地球環境観測を行なっている機関のパンフレット類などを、 メディアセンターに指定書として置いてもらうので参照してほしい。 本など紙の資料は2階南側の指定書の棚、CD-ROMやビデオなどは1階カウンターにある。
参考書リストに順次つけたしていく。 当面、シラバスにあげた本について、その理由を含めて紹介しておく。 昨年度の参考書リストも当面残しておく。