次の本は、気候システム、とくに全地球規模のエネルギーと水の循環、 気候変化のしくみの考えかたを勉強するのによい教科書である。
しかし、よく読むと不満なところもある。 読者の参考として、わたしが気づいたことを列挙した。 わたしのほうの思いちがいは減らすように注意したが、まだあるかもしれない。
原文のまちがいと思われるところ(1997年刷りで修正ずみのところを除く)や 説明不足と思われるところをあげた。 また、参考文献リストにあるが本文から参照されていない文献 (さらに勉強する人のための参考書としてあげられたと思われる)への 参照を、対応する章に追加した。
このページは今後も修正する予定。
ここでいう気体定数Rは、大気に対する気体定数であり、 物理・化学で使う気体定数(ここでは「普遍気体定数」という)を 空気のモルあたりの質量(平均分子量に相当、ただし単位に注意)で割ったものにあたる。
図の説明文には、直訳すると「年周期の振幅」とあるが、 図の上に書いてある「年較差」のほうが正確な説明である。
土壌水分の全体に対する割合は、原文では0.013となっていたが、 深さの列の合計に対する割合から計算しなおすと0.004となる。
出典はUntersteiner (1984)とあるが、 氷床と海氷に関する数値の一部は上記文献と一致しない。 別の資料によったようだ。
本書でいう日射(insolation)は原則として、 大気上端に入射する太陽放射(のエネルギーフラックス密度)をさす。 これは、場所や季節・時刻によって変化するが、 その変化は、 太陽が出すエネルギーを一定とみなし、太陽・地球間の吸収物質を無視すれば、 地球上の位置と太陽との幾何学的関係だけで決まるものである (付録A参照)。 しかし、第4, 5, 6章では、 地表面に達する下向き太陽放射をさす場合もある。 こちらは大気成分や雲の影響も受けて変動する。
[文献補足] 放射伝達に関する参考書として Goody and Yung (1989), Liou (1980), 3.10節で扱う放射対流平衡に関する参考文献として Ramanathan and Coakley (1978)がある。
プランク(Planck)の定数に、原文ではhに横棒をつけた文字が使われているが、 この文字はふつうh/(2π)をさす。 プランクの定数自体に使われる文字はふつうhである。
εν = ρa kν。 原文にある ds は余分。
ここでの「平衡」(equilibrium)は、エネルギー収支がつりあっていること であり、熱力学的平衡の意味ではない。
ここでthermal equilibriumという用語は放射対流平衡と同じ意味で使われており、 熱力学的平衡ではない。
[文献補足] 原注4にRamanathan et al. (1989)を追加。
メタンの振動モードの波長の数値が違っているようだ。 次の文献を参照すると、ν3 = 3.31, ν4 = 7.63。
[文献補足] この章の話題全般に関係する参考書として Sellers (1965), おもに4.5節の大気境界層の話題の参考書として、 Arya (1988), Stull (1988)などがある。
著者は、貯留(storage)ということばを、 たくわえられている量(この場合エネルギー)の 時間変化(時間による微分)という意味で使っているようである。 式(4.1)で言えば∂Es/∂tをさしている。 Storageとは「storeすること」であるという語感なのかもしれない。 (なお、わたしはふだん、貯留量という用語で、 たくわえられている(storeされている)状態量 (式(4.1)でいえば Es) をさすことにしている。)
地表面のエネルギー収支には大きく分けて二つの考えかたがあり、
式(4.1)にはその両方が詰めこまれているが、
区別しておいたほうがよい。
一方は、ある有限の(無限小ではない)層のエネルギー収支であり、
上の議論で無視できると仮定した、
層の下側の単位面積あたりの鉛直エネルギーフラックス(下向きを正)を、
省略せずにGbottomとして追加すると、
∂Es/∂t = Rs - L E - SH - ΔFeo - Gbottom ...(4.1a)
となる。
もう一方は、地表面そのものでのエネルギー収支であり、
式(4.1a)で層の厚さを無限小にした極限と考えることができる。
左辺の貯留項とΔFeoの項は無限小となり、
Gbottomは地表面のすぐ下でのフラックス(下向きを正)となるのであらためてGと書くと、
0 = Rs - L E - SH - G ...(4.1b)
が得られる。これが狭い意味での地表面のエネルギー収支の式である。
項のならべかたは、地表面の上側と下側のフラックスに分けて
Rs - L E - SH = G ...(4.1c)
あるいは、正味放射を原因、他を結果のように考える観点から
(実際には原因と結果はきれいに分かれないが)、
Rs = L E + SH - G ...(4.1d)
のようにすることもある。
また、初めから厚さのない面で考えて、面はエネルギーをたくわえることはできないから
面の上と下とで(それぞれ合計の)エネルギーフラックスが連続でなければならない
という考えからも、(4.1c)式を導くことができる。
上から植物キャノピーにはいっていくと、深さにしたがって、可視光線に対する近赤外線の割合は「減少する」となっているが、「増加する」が正しいのではないか?
「渦による鉛直フラックスはそれぞれの地表面での値で割って無次元化してある」 とある。ここで水平運動量の鉛直フラックスを無次元化する際の分母は 地表面でのそのベクトルの大きさの値である。
[文献補足] この章の参考書は第4章の参考書と共通のものが多い。 ほかに、陸上の水文過程を中心とするBras (1990)がある。
正確にいうと、ここで論じるのは 厚さのない地表面そのものの水収支ではなく、 地表面から下にある層の水収支である。 ただし、層の下面を通じての水の質量の出入りは無視できると仮定している。
この節の式に出てくる各項は、 単位面積あたりの水の質量の 単位時間あたりの変化(あるいは移動)量であり、 国際(SI)単位系を採用した場合、単位はkg m-2 s-1となる。 実際に数値を扱う際には、時間の単位は日、月、年などが使われることが多いので、 換算が必要になるが、それは式には含めていない。 また、質量の代わりに、液体の水の標準の密度1.0×103 kg m-3を仮定して、体積で表現することも多い。 降水量の単位を(たとえば日あたり、または年あたりで)何ミリメートルと表現する のは、直観的には水がそのままたまった場合の深さであるが、 面積あたりの体積とも考えることができる。 ここでの降水量Pは、それに標準の密度をかけ、対象期間で割ったものである。
「貯留」(storage)という用語については、4.2節へのコメント参照。
気体や固体も液体の水に換算した体積で示されている。
[文献補足] 大気大循環に関する参考書として、 Peixoto and Oort (1992), Lorenz (1967)がある。
ここで見ているのは、水蒸気のもつエネルギーを除く、いわゆる乾燥大気のエネルギー収支である。ここでのEa、ΔFaは、それぞれ、水蒸気のもつエネルギー、水蒸気の動きに伴うエネルギー輸送の発散、を含まない。
7.7節のFaや
図2.14の「大気による輸送」には水蒸気に伴う輸送を含んでおり、
定義が違うことに注意。
水蒸気のもつエネルギーを含めた大気柱のエネルギー収支式は、
∂Ea/∂t + L gwa = Ra + L E + SH - (Δ Fa + L Δfa) ...(6.1a)
のように書ける。
ただしgwa、Δfa、Eは
5.2節で定義されている。
なお、水蒸気のもつエネルギーは
液体の水のもつエネルギーを基準としてそれからの差だけを考慮しており、
Lを定数とみなしている。
また、5.2節に出てくる露Dは降水量Pに含めるのがふつうなので省略した。
「貯留」(storage)という用語については、4.2節へのコメント参照。
東西方向の風は西風を正としている。 気象の用語で、「西風」とは西のほうから来る風である (次の6.3.2節の本文に出てくる)。 海洋の流れを表現する場合は、これと同じ方向の速度ベクトルを、 「東に向かう流れ」というように表現する。 本書では大気についても「東に向かう風」のような表現が見られるところがある。
フェレル(Ferrel)セルについて、「熱力学的に間接的」とは、 循環が位置エネルギーを運動エネルギーに変える方向ではなく、 その逆に起きていることをさす。
なぜ6.15式に「内部エネルギー」cv Tではなくて 「顕熱」cp T = (cv + R) Tが出てくるのかは、 大気のエネルギー輸送の形態の中に、空気の包み自体の移動のほかに、 空気の包みがとなりの空気の包みに仕事をすることが含まれることに関係するが、 本書では説明が省略されている。 参考文献のPeixoto and Oort (1992)参照。
「サハラに年1 mの降水量に等しい流出をもたらす」という仮定は、 具体的な流出量の値を問題にするのではなく、 単に降水量が年1 mになることをさすようである。
ここでの降水量Pの定義は本書の他のところとは違っている。 本書ではPは原則として面積あたり・時間あたりの質量(の移動量)として 定義されている(5.2節へのコメント参照)が、 ここでのPは面積あたり・時間あたりの液体の水の体積(の移動量)である。 Pのデータは後者の形で示されるのがふつうである。
1994年現在、専門家は、 塩分をここで述べられた定義ではなく、psu (実用塩分単位)を使っていた。 しかし2010年にUNESCO政府間海洋学委員会の定義が変更されて、 ‰でよいことになった。 本書に示されたデータの単位は細かく言うとpsuというべきだろうが、 ‰とみなしてさしつかえないだろう。
ルーウィン[Leeuwin]海流がオーストラリアの東とあるが、 オーストラリアの西が正しい。 日本語では西オーストラリア海流と呼ばれることのほうが多いようだ。
[文献補足] エルニーニョ・南方振動(ENSO)現象に関する参考書として、 Philander (1990)がある。
「炭素14から炭素12への崩壊」とあるが、 「炭素14から窒素14への崩壊」が正しい。
「貯留」(storage)という用語については、4.2節へのコメント参照。
ボーエン比については4.6節参照。
ポテンシャル温度(potential temperature)とは断熱的に海面の圧力に持ってきたと仮定したときの温度であるが、実際の温度とあまり大きな違いはない。
ここで「進化」(英語 evolution)ということばを使っているからといって、 気候がダーウィン型の生物進化と同じ法則に従っていると考えているわけではない。
[文献補足] この章の話題全般の参考書として、 Crowley and North (1991)がある。
[文献補足] 都市ヒートアイランド効果について、Karl et al. (1988)。
氷床の下の地殻が塑性変形するとあるが、 実際に変形するのは主に地殻の下にある上部マントルである。
[文献補足] 北アフリカの閉じた流域の湖の証拠について、 Street-Perrot and Harrison (1984)。
「氷コア」となっているが海底コアが正しい。
この研究の当時は、1万8千年前が最終氷期の最盛期と考えられていたが、 その後炭素14による年代が改訂され、 最終氷期の最盛期は2万1千年前ごろとされるようになった。 また、その時期の熱帯・亜熱帯の海面水温は、この研究で示されたよりも 少し低かったと考えられるようになった。
この図は National Research Council (1975)の文献でまとめられたもの。 それぞれの時系列がそれ以後の知見からみて正確とは限らないが、 時間スケール間の比較の例として示されている。
縦方向に項目がずれてしまったようだ。 また、「±1%」となっているところは「±1」が正しいようだ。
| 湖底堆積物 | 年層の厚さ | あり | 中緯度 | 5000 | 1 | ±1 | 温度, 降水量 |
| 火山灰や砂の堆積速度 | あり | 世界の海洋 (粘土域を除く) | 200000 | 500以上 | ±5% | 風向 |
(c) 白いひなぎくの群集のアルベドαw = 0.25となっているが、 原論文にさかのぼって確認すると、0.75である。
図8.8を参照しているところ。 最近の研究によれば、熱帯の氷期と間氷期の温度差はもう少し大きかったようだが、高緯度に比べて小さいことに変わりはない。
[文献補足] 全球気候モデルに関する参考書として、 Washington and Parkinson (1986), Schlesinger編 (1988), Trenberth編 (1992)などがある。
本書が発行されたのは1994年以後、 生物地球化学プロセスも含めたモデルもつくられ、 シミュレーションが行なわれるようになった。 それらは「気候モデル」ではなく「地球環境モデル」と呼ばれることが多い。
本書が出版された1994年以後、 使われるモデルの空間分解能は細かくなったので、 格子点の合計の数はさらに多くなった。 しかし状況の構造は同様である。
「可変抵抗」(variable resistance)とは、 水の輸送に対する植生の働きを、電流に対する電気抵抗と同様に 水の質量流れに対する抵抗の形で扱うが、抵抗の値は状況によって変わるという意味。 抵抗の逆数であるコンダクタンスの形で表現することも多い。
タンボラ(Tambora)山の1815年の噴火で放出された火山灰と軽石について およそ150 km2という量が示されているが、 体積で単位はkm3ではないか? 未確認。
[文献補足] Stommel and Stommel (1983)は この噴火と気候への影響の話に関する読みものである。
[文献補足] Crollの代表的著作はCroll (1890)。 Milankovitchの代表的著作はMilankovitch (1941)。 海底コアから周期性を示した代表的論文はHays et al. (1976)。
[文献補足] Imbrie and Imbrie (1979)はこの歴史的序論に対応する主題の読みものである。
最終氷期の最盛期(世界の氷の量が極大になった時期)は、 本書に引用された研究が行なわれたころには、 今から約18000年前とされていた。 これは主として炭素14年代測定法によるものだが、 その後、Stuiver et al. (1991)などの 研究で炭素14によるみかけの年代を変動させる要因がわかり、 また他の年代測定法も発達して年代の精度が高まった結果、 約21000年前と考えられるようになった。 ここでは、引用された研究で使われた年代がそのまま使われている。
その後、海面水温復元推定には他の方法も使われるようになり、 最終氷期最盛期の熱帯・亜熱帯の海面水温は CLIMAPの復元推定よりもやや低かったと考えられている。
[文献補足] 原注15への追加: Kutzbach and Guetter (1986)。
成層圏エーロゾルの質量の単位Mt (メガトン)は、 国際単位系(付録F)に忠実にはTg (テラグラム)、 109 kgのことである。
[文献補足] CFC-11やCFC-12の温室効果について、 Ramanathan et al. (1985)。
12.5.2
夏の土壌の乾燥化は、現実には、 おもに高緯度や北アメリカの中緯度に広く見られる。 東アジアの中緯度では夏の降水量が多い効果のほうが勝って土壌はむしろ湿ることが多い。
12.5.2
熱帯低気圧について、本文では、強まり、頻度もふえる可能性が示唆されている。 2010年現在の知識では、 熱帯低気圧全体の頻度はふえないが、とくに強いものはふえるようである。
日射(insolation)という用語については、2.2.1節へのコメント参照。
図では点Xは北半球にあると仮定しているが、 得られた式の表現は南半球の点にも適用できる。
この節の式では、 cosやsinの中にくる角度は「度」を単位とすることが想定されているので 90や180が現われている。 しかし(A.2)や(A.4)のような形にして しまえばラジアン単位でもよい。
「対数関数的増加」とあるが、「指数関数的増加」が正しい。
乾燥断熱減率の符号は式(1.1)にある気温減率と同様に 上ほど温度が低いときに正になるようにとるのがふつうであり、 次の節の本文もそれを前提としているので、 式(C.13)のΓdには負の符号を追加するべきである。
q*は飽和水蒸気混合比とされているが、厳密には飽和比湿である。
SIの1998年版では、ここでいう補助単位も組み立て単位に含むことになった。
本書本文2.3.2節などや付録G中に出てくる 「太陽の光度(luminosity)」は、ここでいう光度ではなく、 時間あたりのエネルギー(単位はワット)である。
本書本文中に現われる「輝度」や「照度」はこの表にあげられているものではなく、放射輝度(表F.3参照)や放射照度であり、 カンデラではなくワットを単位として表現される光度から組み立てられた量である。
インダクタンスの単位ヘンリー (henry)は、 m2 kg s-2 A-2。
普遍気体定数の単位は、 ジュール毎モル毎ケルビン、 m2 kg s-2 mol-1 K-1、 J mol-1 K-1。
空気に対する気体定数の単位は、 ジュール毎モル毎キログラム、 m2 s-2 K-1、 J kg-1 K-1。
ノット(knot)は速さの単位。
体積の単位で略号galとなっているのはガロン(gallon)。
圧力の単位バールの略号はbar。 1 bar = 0.1 MPa = 105 Pa = 1000 hPa。
圧力の単位で略号がmbとなっているのはミリバールで、 1 mb = 10-3 bar = 102 Pa = 1 hPa。
プランク(Planck)の定数に、原文ではhに横棒をつけた文字が使われているが、 hのほうが適切。 3.2節へのコメント参照。