読書ノート

グローバル物理気候学 / Global Physical Climatology (Hartmann)

• [初版] Dennis L. HARTMANN, 1994: Global Physical Climatology. Academic Press, 411 pp.
• [第2版] Dennis L. HARTMANN, (1994), 2016: Global Physical Climatology (Second Edition). Elsevier, 485 pp.

【[注(2016-02-04)] 2016年1月に第2版が出た。 この読書ノートは初版についてのものである。】

【[目次(初版と第2版の対比)]】

【[第2版の読書メモ (初版からの変更に気づいた点)]】

これはわたしが大気・水圏を中心とした地球科学の授業をするとき 扱う内容と、最も重なりの大きい教科書だ。 それは偶然ではない。 著者はアメリカのプリンストン大学で博士号をとっている。 わたしは、そこで教えていた真鍋淑郎博士(が客員として日本に滞在されたときの講義)とAbraham OORT博士(の講義録)の影響を大きく受けた。

本書の主題は、 全球規模の大気と水圏を物理の視点から展望することである。 この視点では、 必然ではないのだがどんな専門家にも能力の限りがあるので、 化学的・生物学的な視点の場合ほどは、構成要素の多様性を扱うことはしない。 たとえば、大気は多くの場合「乾燥大気」と水蒸気、 海洋は水と「塩」のそれぞれ2成分からなるとして扱われる。 しかし、空間的不均一性は考慮する。

SELLERS (1965)以来、あるいはもっと前から、 物理気候学(physical climatology)ということばは BUDYKO (1956)によって定式化されたと思われる「熱収支気候学」と同じ意味に使われることが多く、 本書もそのように分類されてもかまわない。 しかしBUDYKO (1956, 1971)やSELLERSはおもに地表面(地面や海面)のエネルギー収支を扱った。それは大部分、2次元の展望だった。 他方、HARTMANNは大気中のエネルギー収支の3次元的分布に重点をおく。

章の構成は次のようになっている。

1. 気候システムへの手引き
2. 全地球のエネルギー収支
3. 大気の放射伝達と気候
4. 地表面のエネルギー収支
5. 水循環
6. 大気の大循環と気候
7. 海洋の大循環と気候
8. 地球の気候の歴史と進化
9. 気候の感度とフィードバック機構
10. 全球規模の気候のモデル
11. 自然の気候変化
12. 人為起源の気候変化

ワシントン大学の著者のウェブサイトを見ると、 著者はこの教科書を使って2つの講義科目を教えている。 本書の前半(1-7章)は役者の紹介であり、 後半(8-12章)で役者どうしのかかわりあいが見えてくる。 実際おもしろいのは後半だが、 その前提として前半を理解しておく必要がある。 わたしが地理学科で授業をしたときには、 放射過程に関する第3章の比較的むずかしいところをとばしても、 前半を扱うだけで1学期(約15回)かかった。

著者の専門家としての特徴がいちばんよく出ているのは、 「気候の感度とフィードバック機構」(第9章)だ。 著者はこの分野で活発に研究をしている (たとえばHARTMANN and MICHELSEN 2002)。 この章をしっかり理解しようとすると、第3章も重要だ。

他方、地表面のエネルギー収支と水循環(4-5章)については、 著者は他の人の教科書に大きく依存しているようだ。 事例のほとんどは北アメリカのものだ。 もちろん、事例の数を無限にふやすことはできないのだが、 アジアの状況も比較に加えたほうがよりよい展望が得られると思う。 これらの主題についての標準の教科書は、 日本語では近藤(1994, 2000)のものがあるが、 英語圏では、なお SELLERS (1965)とBUDYKO (1971)ではないだろうか。 もちろん、これらの本が出てから科学の進展はいろいろあり、 HARTMANNの本はそれに追いつくためのいくらかの手がかりにはなる。

エネルギー収支に関して、 本書の記述方法には、2つ、残念なところがある。 1つめは、大気のエネルギー収支の定義についてだ。 式(6.1)は、「乾燥大気」のエネルギー収支であり、水蒸気に伴うエネルギーは除外されている。 ところが、2.9節と6.3.9節の大気によるエネルギーの水平輸送のところでは、 水蒸気輸送に伴うエネルギー輸送が含まれている。 どちらの議論もそれぞれ正しいのだが、 わたしは、 観点の違いをもっと明確に説明する必要があると思う。 大気のエネルギー収支の枠組みのもっときちんとした記述は PEIXOTO and OORT (1992)の本にある。

もうひとつの同様な問題が、地表面のエネルギー収支についてもある。 地表面エネルギー収支の定式化のひとつは、有限の厚さの層を扱うものだ。 層の厚さは典型的には陸では数メートル、海では100 mくらいだ。 もうひとつは、地表面でのエネルギーの流れの連続を論じるものだ。 これは、有限の層のエネルギー収支について、 層の厚さが無限に小さい極限をとったものとみることもできる。 この場合も、どちらの定式化も有効なのだが、 本書での、とくに式(4.1)の提示のしかたでは、 どちらの観点をとっているのかがあいまいであるように思われる。

本書(初版)全体を日本語訳した。 前半は2000年の授業で学生のみなさんに訳してもらったものを参考にした。 出版する考えがあったのだが、 日本語版の単価が学生には手のとどかないものになりそうだったので、 まよっているうちに、第2版が出たので、 初版の日本語訳を出版する考えはとりやめた [この部分 2019-12-16 変更]。 原稿はHTML形式で作成しており、暫定的にアクセス制限つきで[ここ]に置いてあるので、読みたいかたはご連絡いただきたい。

また、授業や日本語訳の過程で気づいた本書のまちがいや説明不足と思われる点のリストを [コメント集]として置く。 わたしの思いちがいもあるかもしれないのでご注意のうえ、参考にしていただきたい。

文献

• Mikhail I. BUDYKO, (ロシア語 1956): Teplovoi Balans Zemnoi Poverkhnosti. Leningrad: Gidrometeoizdat. [日本語訳旧版] M.I. ブドゥィコ 著, 内嶋 善兵衛 訳, (1959): 地表面の熱収支。河川水温調査会。 [日本語訳新版] ミハイル・イ・ブディコ 著, 内嶋 善兵衛 訳, (2010): 地表面の熱収支。成山堂書店。
• Mikhail I. BUDYKO, (ロシア語 1971, 英語 1974): Climate and Life. Academic Press. [日本語版] M.I. ブディコ 著, 内嶋 善兵衛, 岩切 敏 訳, (1973): 気候と生命 (上・下)。東京大学出版会。
• D.L. HARTMANN & M.L. MICHELSEN, 2002: No evidence for Iris. Bulletin of the American Meteorological Society, 83, 249-254.
• 近藤 純正 編著, 1994: 水環境の気象学。朝倉書店。
• 近藤 純正, 2000: 地表に近い大気の科学。東京大学出版会。[読書ノート]
• José P. PEIXOTO & Abraham H. OORT, 1992: Physics of Climate. American Institute of Physics. [読書ノート(英語)]
• William D. SELLERS, 1965: Physical Climatology. University of Chicago Press.