ここでいう「放射」は、 可視光・赤外線を主として紫外線からマイクロ波にわたる 電磁波の伝達とそれに伴うエネルギー伝達のことをいう。 いわゆる放射能のことではない。 大気は太陽放射と地球放射(地表面や大気が出す熱赤外線を主とする放射)とを 吸収・射出・散乱する。 これは、大気だけでなく海洋・陸水も含めた 気候システムを熱機関的にとらえたとき、 基本的な熱源および熱の出口となっている。 また、その量の変化は気候変化の主要な原因の一つであり、 とくに地球温暖化と呼ばれる変化のしくみの主役だ。
この地球大気の放射過程を理解するための入門教科書的な本として、 英語では、PETTY (2004, 2006)の本があるが、 日本語には、勧めやすいものがなかった。 会田(1982)の本があったが、 著者がこの本の出版後間もなく亡くなってしまったため更新されないまま 絶版になってしまった。 柴田(1999)の本もよいが、題名のように太陽光の散乱による現象に重点がある。 本書が出たのはとてもありがたい。 正直なところまだ読み終えていないのだが、勧められると言ってよいと思う。 著者は東北大学教授から最近定年になったかたで、 放射の理論と観測の両方に豊かな経験がある。
ここで言う基礎とは、理屈の根本という意味ではなく、 読者が、将来大気物理学・気象学(両者はほぼ同じ意味)の専門家になるとしても、 あるいは、地球観測(リモートセンシング)や 地球環境問題(温暖化や大気汚染など)への応用に向かうとしても、 まず勉強しておくべきこと、という意味だろう。 ただし、その前に気象学の概観(たとえば小倉, 1999)は必要だ。
数理的内容を伝えるため、数式が必要になる。とくに積分記号が多い。 ただし数式の導きかたを詳しく書いてあるわけではない。 また、演習問題は含まれていない。 日本の大学教科書ではふつうのことだが、 講義・演習の授業と合わせて教育が成り立つ教科書なのだろう。 これを使って自習するのは楽ではないが、 内容がだいたいわかった先生や先輩に質問できる立場ならば可能だろう。 (わたしの学部の授業では、これは「さらに勉強したい人に勧める本」という扱いを するつもりなので、熱心な学生がいれば、わたしは自分も勉強して質問に 答えなければならないことになる。) 自習にはPETTY (2006)のような アメリカの教科書のほうが適しているかもしれない。
章の構成は次のとおり。
分子の振動・回転に伴う電磁波の出入りは、量子化学の話題でもあり、 分光分析の原理を知っている人にはおなじみのことと思う。 ただし、大気の場合は、電磁波が伝わる道筋のうちでも、 地上と成層圏とで、気圧も、また水蒸気やオゾンの混合比も 桁違いに違うという、実験室ではめったにない特徴がある。 本書に出てくる用語「不均質大気」はこのような状況をさしている。 この状況では放射伝達の計算は理論どおり厳密にはできないが、 目的に応じた精度が出るように近似方法がくふうされている。 基礎の教科書としては、その近似方法の考えかたを示すところまでで、 詳細は専門文献を見よということになる。
気候変化(地球温暖化)の問題に関しては、 放射強制力(英語はradiative forcing、日本語はこれが定訳らしいが 「力」の次元を持つ量ではない)という概念を使って 温室効果気体やエーロゾルや雲が放射過程を通じてエネルギー収支を変える効果を まとめて論じている。