[気候・気象学]

気候、気象、気候システムについての序論

(授業担当教員の主観をふくむ展望)

まえおき

気候と気象については、いろいろな用語が出てきます。 そのうちには、用語の意味のひろがりについて、 専門家のあいだで、なんとなく了解できているものの、きちんと定義されているわけではなく、 ときどき、くいちがいが見えてくるものもあります。

たとえば、1990年ごろ、ある先生が講演の中で 「火星には気候はない」と断言しているのを聞きました。 わたしは、「火星の気候」というものごとを研究の対象としている人も知っていましたから、 その先生の断言には賛成できませんでした。 しかし、それはおそらく「気候」ということばの意味のひろがりについての認識がちがっているだけであり、 そのちがいは、わたしがその先生と (地球上の) 気候の話をするのにさしつかえはありませんでした。 (「火星の気候」と言わなければ、火星の大気とか、火星の表面温度とかについての話もできただろうと思います。)

ここでは、わたしが理解している用語の意味を説明します。 ほかの先生の用語も、だいたい同じだと思いますが、すこしちがうかもしれません。

大気と空気

大気と空気は同じものをさしています。 しかし「大気」と「空気」という用語の意味は同じではありません。 空気は一種の物質です。 (現代のわれわれは、それが、窒素、酸素などの混合物であって、純粋物質ではないことを知っていますが。) たとえば、自転車のタイヤに空気を入れることができます。 しかし、自転車のタイヤに大気を入れることはできません。 大気は、惑星などのまわりをとりまいている物体です。 ひとつの惑星にひとつの大気があります。 (ただし、大気を場所によってわけたものを「なになに大気」のような表現でさすこともあります。)

空気は英語では air です。 大気は英語では atmosphere です。 ただし、atmosphere に対応する日本語は「大気」とはかぎりません。 「大気圏」「気圏」は「大気」の同意語と見てよいでしょう。 「ふんいき (雰囲気)」は意味がだいぶはなれています。

気象、気象学

「気象」は「大気中の現象」と考えておけばよいでしょう。 「気象」にぴったりあう英語の単語はありません。 近いのは weather ですが、これはむしろ「天気」です。

「気象学」はひとまず「大気中の現象についての学問」ととらえることができます。 英語では meteorology です。 【 metrology (計測学) とまぎらわしいので注意してください。】 古代ギリシャ語に由来することばです。 ちなみに、meteor は「流星」(りゅうせい、ながれぼし)ですが、 meteorology は「流星学」ではありません。 【「meteoritics」ということばはあります。「隕石学」です。「meteorite」が「隕石」なのです。】 しかし、語源は共通です。 流星・隕石は地球の外からはいってくる固体の粒で、 あられ(霰)は大気中の水蒸気からできた固体の粒です。 古代ギリシャの人にとって、どちらも meteor だったわけです。 そののち、水を主成分とする meteor (雨、雪、あられ など)は hydrometeor とよばれるようになりました。 日本語では「降水粒子」とするのがよいでしょう。 「meteorology」は、降水現象をあつかうことからはじまって、 それに関連する大気中の現象をあつかう学問になりました。

近代科学は、17世紀ごろのヨーロッパではじまりました。 そこで、(水だけでなく) 大気にも圧力がある、という認識は、 近代の物理学ができてくる過程で重要でした。 そして、大気の 圧力、温度、速度 (気圧、気温、風速) などの物理量が計測されるようになり、 その観測値を大気中の現象と関係づけて認識するところから、近代科学としての気象学が発達しました。 (雲の種類など、定性的な観測もあることはありますが。) 物理学を大気に応用する「大気物理学」と「気象学」とはほぼ同じ意味になりました。 物理学によって地球の現象を解明する「地球物理学」が物理学から分化してくると、 気象学あるいは大気物理学は、地球物理学のうちの一分野とみなされることが多くなりました。

天気

「天気」ということばは、むかしはちょっとちがった意味だったらしいですが、 江戸時代の蘭学者によって、オランダ語 weer、つまり英語 weather に対応するものとされ、 近代になって、学校教育や、マスメディアの「天気予報」などによって普及しました。

「天気」は、広い意味では、寒暖や風などをふくむ、「気象」と同様な意味です。 (ただし、あとでのべるように、時間スケールが限定されるのがふつうです。) しかし、観測項目としてつかわれるときの「天気」は狭い意味で、 気象一般から、気温、風速などの物理量であらわされる要素をとりのぞいた のこりのようなものです。 日本では、この意味での「天気」は、「晴れ、くもり、雨、雪」などの値をもちます。 【国際的な気象情報交換では、この「天気」からさらに 雲量 (cloud amount、天空のうち雲でおおわれた部分のわりあい) をも とりのぞいて、降水や雷などの現象の有無や種類を weather と言っています。】

【なお、「weathering」は「風化」です。 地質学の用語で、天気と無関係ではありませんが、意味ははなれています。】

「気候」の意味の複雑さ

「気候」ということばの意味のひろがりはちょっと複雑です。 わたしは、このことばの意味には、知識の発達の歴史を反映して、3つの層があり、 新しい層の意味とともに古い層の意味もつかわれているのだと考えています。

「気候」の語源

現在の意味のまえに、語源にふれておきます。 【単語の語源は、かならずしも、いまその語であらわされている学術的概念の起源ではありません。】

中国の伝統的な暦は、月の満ち欠けを基本とし、年との調整を うるう月 を入れることによっておこなう 太陰太陽暦ですが、それと並列に、太陽暦の部分がありました。 それが「二十四節気、七十二候」で、みかけの太陽の年周期運動 (実際は地球の公転) を 24等分、さらに3等分して、季節変化のふしめをあらわしたものでした。

漢文では、「気候」とはもともと、この二十四節気・七十二候のことであり、 季節のことをさしていたようです。

「climate」の語源

「気候」にあたる英語は climate です。 これは、ギリシャ語の klima からきています。 klima は、「傾き」を意味する klino 【地質調査につかう「クリノメーター」の「クリノ」です】から 派生したことばだそうです。

人が南北に旅をすると、太陽の高度角がちがうことに気づきました。 このちがい (近代流に言えば、緯度のちがいですが) が kilma のちがいとして認識されたようです。

「気候」の意味の第1の層: 風土

人間社会は自然環境にとりまかれています。 人間社会は、それぞれの地域の自然環境に適応しながら発達してきました。 この「それぞれの地域の自然環境」は「風土」とよばれることがあります。 この「風土」が、英語では climate と表現されることがあります。

また、「風土」のうちで、大気に由来する要素である、 寒暖、乾湿、風などをさして「気候」ということがあります。 このばあい、大気のうちでも地表面に近い部分がかかわるのがふつうです。

【「地表面」ということばは、地面 (大気と固体地球との境界) と、海面 (大気と海洋との境界) とを あわせた意味でつかわれます。】

【さきにのべた「火星には気候はない」と発言された先生の考えはおそらく、 「人間が住んでいない惑星に風土はない」ということだったのだろうと、わたしは推測しています。】

「気候」の意味の第2の層: 気象要素の数十年間の統計で表現されるものごと

近代的な気象観測がはじまり、気温、気圧、降水量などの物理変数による気象観測値がたまってきました。 【降水量とはなにかを説明しだすと、わきすじが長くなりすぎるので、 まえにブログ記事として書いた[2012-04-27 降水量、なんミリ?]への リンクをしめしておくことにします。】 地点間で、第1の意味で気候のちがいがあると考えられたばあいに、 気象観測値の数十年間の統計量を比較してみると、ちがいが客観的に表現できます。 統計量は平均にかぎりません。最大値・最小値や、分散・標準偏差など、いろいろあります。 しかし、平均値は重要です。 なお、地球上の多くのところの多くの気象要素には、明確な年変化があります。 そこで、毎年 (太陽暦で) 同じ部分をとりだして統計をとります。月ごとの統計をとることが多いです。

気象庁で「平年値」というのは、このようにしてえられた30年間の平均値です。 日本の気象庁では平年値を10年ごとに改訂しており、いまのところ 1981-2010年の値をつかっていますが、 もうすぐ 1991-2020年の値をつかうようになる予定です。

なお、世界気象機関 (WMO) の平年値の改訂は30年ごとで、いまのところ 1961-1990年の値をつかっています。

気象の研究者は「気候値」ということばをつかうこともあります。 だいたい「平年値」と同じ意味ですが、平均期間が30年とはかぎりません。

天気、天候、気候

気象観測値の統計量であらわされる現象には、いろいろな時間スケールのものがあります。

日本語には「天候」ということばがあります。 そこで、時間スケールの短いほうから「天気」「天候」「気候」というつかいわけをします。

きのうは寒かった、きょうはあたたかい、といった1日の時間スケールの現象は「天気」です。 (ただし、「天気」という用語を上にのべた広い意味でつかっています。)

(日本の関東地方で) 2003年の夏は冷夏だった、2004年の夏は暑い夏だった、というのは、 1か月から数か月の時間スケールの現象です。こういうものは「天候」といいます。 気象庁では、このような現象の予報を「季節予報」と呼んでいます。 【わたしの理屈からすると「天候予報」と呼んでほしいのですが、そうはなっていません。】 これを「気候予測」とは言いません。

2050年代の気温はいまとはどのくらいちがうのだろうか、ということならば「気候予測」と言えるでしょう。 【実際にやっている数十年さきまでの予測型シミュレーションは厳密な意味での予測ではなく、 英語では projection とよばれています。 その件に関心のある人は、ブログ記事 [2021-01-08 予測(prediction)と予測型シミュレーション(projection)]を見てください。】

ところが、英語には「天候」にあたることばがありません。 ここでいう「天候」も climate になってしまいます。 気象庁のいう「季節予報」をおこなうアメリカ合衆国の機関は Climate Prediction Centerです。 日本語でも、英語の climate からの直訳として「気候」ということばがつかわれていることがあり、 そのばあいは、ここでいう「天候」をさしているかもしれないことに注意が必要です。

気候の変化・変動、天候年々変動

「気候変化」や「気候変動」ということばの意味のひろがりは、人によって、また文脈によって、 ちがっています。「変化」と「変動」を区別する人もしない人もいます。 わたしは「変化」と「変動」とを区別することもしないこともあり、そのときごとにことわっています。 ここでは区別しないことにします。

【「気候変動」「気候変化」などについてのわたしの考えをもっと知りたい人は、 つぎの2つのブログ記事も見てください。かえってわからなくなるかもしれませんが。 [2016-09-27 「気候変動」か「気候変化」か「地球温暖化」か][2018-07-14 同 (2)]

ひとまず「気候」を、第2の意味にしたがって、気象要素の30年間の統計値で表現できるものとします。 ある気象要素のある地点での30年間の平年値が、そのまえの30年間の平年値とあきらかにちがっていたら、 「気候が変化した」というのがふさわしい事態でしょう。

他方、2003年と2004年の天候のちがいは、 (たとえば) 1981年から2010年までのひとつの気候状態の中での変動です。 これを英語では climate variation ということがありますが、 日本語で「気候変動」とするのはうまくありません。「天候 (年々) 変動」というべきでしょう。

10年から数十年の時間スケールの変動も実際にあって、 わたしは、「天候の十年規模変動」というべきか「気候の十年規模変動」というべきかまよいます。

「気候システム」という考えの成立

気候はどのような原因で変化したか考えようとするとき、 あるいは、気候の変化を予測しようとするとき、 「気候」を第2の意味で大気の状態としてとらえたとしても、 大気の状態だけを追いかけたのでは、原因解明や予測はむずかしいことがわかってきました。 大気は、1年より長い期間にわたる「記憶」をもたないようです。 (「記憶」は比喩的表現で、実体は、おそらく、エネルギーのたまりです。) 「記憶」をもちうるのは、1年よりもゆっくり変化しうる、海洋や、雪氷や、陸面の状態と考えられます。 そこで、大気・海洋・雪氷・陸面が相互に影響を与えあうようなシステムを考えようということになりました。

それを考えたのは、1970年代前半、おもにアメリカ合衆国にいて(日本出身者もふくんでいたが)、 地球物理の観点で、大気や海洋を研究していた人たちでした。

当時、世界の多くの国の科学者と、気象庁などの気象現業機関、NASAなどの人工衛星運用機関が共同で、 GARP (Global Atmospheric Research Program、全球大気研究計画) という共同研究を進めていました。 GARPのおもな課題は天気だったが、つぎに気候をあつかおうという機運が高まっていました。 (のち 1980年から WCRP (World Climate Research Program、世界気候研究計画) になりました。)

気候システムの概念図としては、 1975年に出版された アメリカ合衆国GARP委員会の報告書 『Understanding Climatic Change (気候変化を理解する)』に出たものが有名です。 しかし、同じ1975年に出版された 国際GARP委員会の報告書 『Physical Basis of Climate and Climate Modelling (気候と気候モデルの物理的基礎)』に出た図が いわばその改訂版にあたります。 改訂版のほうの図を、注記を日本語におきかえて、つぎのリンク先に置きました。

気候システム (climate system) は「大気」(atmosphere), 「海洋」(ocean), 「雪氷」(cryosphere), 「陸面」(land surface)という部分システム(subsystem)から構成されています。

部分システムどうしの間で、相互作用があります。

気候システムはどういう意味でシステムなのか?

「システム」ということばは、とてもおおくの文脈で使われ、その意味はさまざまです。

【「システム」ということばのいろいろな意味については、ブログ記事 [2015-04-14 システム]に書いてみました。】

わたしは、「気候システム」ということばを 1980年代から使ってきましたが、 それはどのような意味のシステムかを整理してのべられるようになったのは、2010年代になってからでした。 これについては「地学 II」の授業で、もうすこしくわしくあつかうつもりです。 ここでは、要点だけのべます。

「気候」の意味の第3の層: 気候システムの状態

気候システムについて考えている人たちは、「気候」とは気候システムの状態である、と 考えるようになってきました。大気よりもむしろ、 海洋や雪氷の状態に注目することが多いでしょう。

気候学、気候システム科学、気候科学

気候学は、英語では climatology です。 これはながらく、地理学のうちの自然地理学の分科とみなされてきました。 気候の意味の第1の層でのべた、風土をあつかうのが自然地理学で、その大気に関する部分が気候学だからです。 ただし、19世紀ごろから、気候学者は、気象観測がはじまってからの時代の気候をあつかうばあいは、 気象観測値の統計量にもとづく、ここでいう第2の層の気候をあつかってきました。 20世紀後半には、地球物理学の分科である気象学の人の研究も、地理学の分科である気候学の人の研究も、 研究内容では区別する必要がなくなりました。 ただし、学者個人はどちらの出身であるかを意識しつづけることが多いようです。

気候システムを考えはじめたのは おもに地球物理学のなかの気象学 (大気物理学) や海洋物理学を専門としていた人で、 地理の気候学者とのかさなりはあまり大きくありませんでした。 彼らは、自分たちのしごとを、おそらく地理の気候学と区別して、 「気候(の)科学」「climate science」と呼ぶことが多いようです。 また、「気候システム学」「climate system study」や、 (日本語で表現しにくいのですが)「climate dynamics」のような表現もつかわれます。

ちかごろ、「climatology」が、地理の気候学にこだわらず、気候システムの学のような意味で つかわれることがふえてきたようです。さらにその方向にすすむだろうと、わたしは予想しています。

【授業の教材として書いたものではありませんが、「気候学」についてのわたしの考えをもっと知りたい人は、 ブログ記事 [2017-10-01 気候学(climatology)をめぐる個人的覚え書き]を見てください。】


更新(最新) 2021-04-07
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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