日本大学理工学部シラバスオンライン入稿

科目名　大気科学特論II　全地球規模のエネルギーと水の循環		2単位	文理学部
地理学専攻	前期課程	後期	クラス
担当者　増田耕一

学習目標	全地球規模の気候を、質量保存・エネルギー保存などの物理法則に基づいた観点でとらえる。まず、観測データによるエネルギー収支・水収支をもとに、現在の平均状態をつかむ。次に、エネルギー収支の変化を通じて気候を変化させる要因である温室効果とアルベド効果を理解する。また、われわれは気候変化にどのように備える必要があるかを考える。
授業形態及び授業方法	ほぼHartmann (1994)の本に沿って講義する。ただし講義で紹介できるのは本の半分程度の分量なので、残りの一部は自習として読むように求めることがある。また講義では、この本で説明不足なところやアジアの事例を補う。ときどき、計算、作図あるいは資料調べの宿題を出す。
受講のための予備知識	学部程度の気候学の知識、高校程度の物理、高校理科系程度の数学。また、多変数の微分積分の式が出てきても恐れないこと(解くことを求める式は1変数の微分積分であり、また差分近似の方法も説明する)。コンピュータによる数値計算とグラフ作成が多少できること（プログラム言語でも表計算ソフトウェアでもよい)。いずれも履修ずみである必要はなく、並行して勉強してもよい。

授業計画
1	気候システムへの入門(Hartmann 1章)。大気、海洋、陸水、雪氷が、それぞれどれだけの体積をしめどれだけの質量をもつか、大気の温度・圧力・水蒸気量、海洋の温度・塩分はどんな範囲の値をとるかなどを概観する。
2	全地球規模のエネルギー収支(Hartmann 2章)。地球全体としてみると、エネルギーの収入は太陽からの電磁波(光)、支出は地球が宇宙空間に出す電磁波(赤外線)である。この出入りを、まず地球全体をひとまとめに、次に緯度・季節による分布を考慮して見る。
3	大気中の放射伝達と気候(Hartmann 3章)。気温の鉛直分布を決めるには、大気成分が電磁波を吸収・射出する放射過程と、大気が動くことによってエネルギーを運ぶ対流過程の両方が重要である。ここでは地球大気の放射過程の要点をおさえ、また対流過程を考慮することの必要性も示す。
4	地表面のエネルギー収支(Hartmann 4章)。大気と陸あるいは海との間のエネルギーのやりとりにも、放射過程と広い意味の対流過程(むしろ境界層過程と呼ばれる)の両方が重要である。海と陸、あるいは湿った陸と乾いた陸で、エネルギー収支の日変化や季節変化の特徴が違ってくる。
5	水循環 (Hartmann 5章)。地球上の水循環は、降水、流出(および海水の流れ)、蒸発、大気中の水蒸気移流からなっている。これらの流れの量を地球全体、緯度帯別、大陸・大洋別に見ていく。
6	地表面のエネルギー収支および水循環に関する補足。Hartmannの本の第4章・第5章の材料は北アメリカの事例に偏っているので、アジアでの研究に基づいた事例や議論を補足する。研究途上の課題であるが、大陸上に貯まっている水の量の季節変化がどこまでわかっているかも論じたい。
7	大気大循環と気候 (Hartmann 6章)。大気のうち対流圏の循環の主役は、熱帯では積雲対流と南北・鉛直循環（ハドレー循環)、温帯では温帯低気圧である。ここでは、低緯度から高緯度へのエネルギー輸送への寄与という切り口から大気大循環を見る。
8	大気大循環と気候 (Hartmann 6章つづき、およびその他の材料による)。地球上のいろいろな気候の分布を大気大循環と関連させて考える。とくに、モンスーン(あるいは季節風)について、海陸の熱的コントラストに加えてどのような要因を考える必要があるかを論じる。
9	海洋大循環と気候 (Hartmann 7章)。エネルギーを季節をこえて蓄える海面付近の混合層、およびエネルギーを運ぶ海洋の循環を見る。海洋の循環は大きく、風の摩擦によってつくられる表層の循環と、温度・塩分による密度のコントラストによってつくられる深層の循環に分けられる。
10	地球の気候の歴史 (Hartmann 8章)。地球の気候にどんな変化が起きたかについてわかっていることを、最近百年スケールから地球史46億年スケールまで概観する。この話題は奥が深いが時間が限られているので、主としてHartmannもわたしも関心のある10万年スケールの氷期サイクルを話題にする。
11	気候感度とフィードバックメカニズム (Hartmann 9章)。気候の変化を因果関係的に考えるために、まず、気候システムが外部要因の変化に対してどれだけ敏感か、また気候システム内には、変化を増幅したり減衰させたりするしくみとしてどんなものがあるかを考える。
12	全球気候モデル (Hartmann 10章)。気候の定量的予測や理論的研究には、気候モデルと呼ばれる計算機プログラムが使われる。ここではそのうちでも大気・海洋の大循環モデルとも呼ばれるものを中心として、それがどのような考え方で構成されているかを紹介する。
13	自然起源の気候変化 (Hartmann 11章)。気候を変化させる自然要因としては、太陽の出すエネルギー量の変化、火山その他からのエーロゾルの変化などがある。また氷期サイクルの時間スケールでは他の惑星の引力による地球の軌道要素の変化が重要である。
14	人為起源の気候変化 (Hartmann 12章)。現代の人間活動は気候に影響を与えている。そのうちでも、化石燃料を燃やして二酸化炭素を大気中に排出していることが重要である。それはどんな気候の変化をもたらすか、おもに理論や数値モデルの側から言える基本的なことを述べる。
15	気候変化にどのように備えるか。主観的になってしまうが、Hartmannの本の発行以後にわかってきた知見や関連する社会情勢の変化を大まかに展望したうえで、人間社会が持続可能であるためには、気候、その他の自然環境、そして資源の問題をどうとらえたらよいかに関する考えを述べたい。

その他
教科書	Dennis L. Hartmann, Global Physical Climatology , Academic Press , 1994 Hartmannの本は日本語訳を準備中、その状況は追って地理学教室を通じてお知らせしたい。
参考書	町田洋ほか『第四紀学』朝倉書店 2003年小倉義光『一般気象学』東京大学出版会 1999年第2版「第四紀学」の4.1, 4.2節(増田執筆)は講義予定内容と重なるので目を通してほしい。「一般気象学」は大気の部分に関する基本的な教科書。このほか参考資料はweb上で紹介する。Webアドレスは未定で後期開始までに決めるが、暫定的には増田が2006年度に授業を担当している慶応大学のサイト http://web.sfc.keio.ac.jp/~mas udako/class/ を参照。
成績評価基準	成績の半分は期末レポートによる。計算と論述の2題または複合問題を出し、講義内容を理解しているか、また自分で考えているかを評価したい。残りの半分は数回の小レポートによる。こちらはいわば出席点代わりとし、結果のよしあしはともかく課題にとりくんでいるようすが見られればよしという評価をする。
質問への対応	授業中やその前後に遠慮なく質問してほしい。e-mailでの質問も受けつけるが、e-mailで答えるのは苦手で、とくに外国出張などのときは応答困難なので、できれば次に顔を合わせたときに答えるようにしたい。質問への答えで他の人にも役立ちそうなことはなるべくwebに書くようにするので参考にしてほしい。
研究室又は連絡先	本務先海洋研究開発機構地球環境フロンティア研究センター水循環プログラム 236-0001 横浜市金沢区昭和町 3173-25 電話 045-778-5538 e-mail masuda(at)jamstec.go.jp
学生へのメッセージ	少数の物理変数に注目して定量的な扱いをすることと、自然界の多様性を多様なままに認識することは、どちらも必要だと思う。人によって得意不得意はあって当然であり、得意な方面で能力をのばしてほしいが、物理的・数量的扱いが不得意だと思う人もためしにしばらくつきあってみてほしい。