本書でも慣例に従って「数値予報」という表現をしているが、 英語 numerical weather prediction を直訳して「数値的天気予測」と言ったほうが よいかもしれない。 本書10章でも論じられているように、 「天気予報」は天気の予測情報を発表するという意味を含んでいるが、 数値予報はその予測情報を用意するために行なわれている仕事のひとつである。
数値予報の解説書としては、気象庁内でつくられた 「数値予報解説資料」や「数値予報課報告別冊」があり、 気象業務支援センターから発売されている。 しかし、数値予報がだんだん発達して複雑になったために、 解説書もじゅうぶんな予備知識がないと意味がわからないものになってしまった。 また、岩崎(1993)の本は今でも入門書としてよいと思うが、 同じ年に出た時岡ほか(1993、数値予報の部分は佐藤氏による)の本は、 当時の現場の問題関心のなまなましい報告ではあるのだが、 自習用教科書としてはあまりわかりやすくないように思われる(付録の部分は有用だが)。 日本語圏で、 岩崎(1993)の概論の次に、気象庁内資料や学術論文より前に読むべき本としては、 今のところ本書をお勧めしておきたい。 (ただし本書発行以後も気象庁の技術革新は進んでいる。) 本書は、気象庁の数値予報の結果を利用する気象予報士などをおもな読者として 想定して書かれている。
章の構成は次のとおり。
数値予報の基礎は大気が従う運動方程式などの物理法則だが、 計算能力に限界があるため、近似が行なわれる。 大規模(数十km以上)の大気の運動を考える際には、 鉛直方向の運動方程式を力のつりあいで近似することが多い。 これを静水圧近似または静力学近似という。 本書で主に論じられている「プリミティブモデル」(6章)は静水圧近似を使っている。 最近では、中小規模現象の表現をよくするため、この近似をしない 「非静力学モデル」も使われるようになった(計算機の能力向上で実用可能になった)。 これは9章で比較的簡単に紹介されている。
他方、1950年代から1970年代に使われていたのは、 プリミティブモデルよりもさらに近似を行なった「準地衡風モデル」(5章)である。 著者には思い入れがあるようだが、 わたしはこの部分は(今の数値予報の理解のためには)読みとばしてよいと思う。 ただし、「スケール解析」「鉛直加速度と静力学平衡」「p座標系での気圧傾度力」 「p座標系における連続の式」はプリミティブモデルでも使うので省略できない。 また、その他の項目も(中緯度の)大気の力学の理解にとっては重要なものも多い。
【いま現役の人が数値予報の教科書を書くとすれば、 準地衡風モデルは省略し、 プリミティブモデルと非静力学モデルに同等の重みづけをすることになると思う。 】
実際のモデルでは、地球の形を考慮して、球座標あるいは地図投影座標上での 表現が使われているが、 本書では、その問題にふれた「コラム1-1」と、 「スペクトル法」を説明する6.4節のほかは、 水平2次元は直交直線座標(x, y)で議論を進めている。 確かにこのほうがわかりやすいが、 実際のモデルと比較するには、xやyによる微分のところは変形が必要だ。
数値予報モデルを構成する物理は力学だけでなく 放射(電磁波)伝達、雲・降水、地表面での海・陸との相互作用などもある(7章)。 数値予報には観測データを取りこむことも必要だ(8章)。 数値予報の結果の使いかたには、ふつうの天気予報のほかにもいろいろある(10章)。
本書を読むためにはもちろん気象学の基礎知識が必要だ。 入門的教科書として、小倉(1999)をあげておくが、 本書の著者もなん冊も教科書を書いている。 わたしはそれらをよく読んでいないので評価することはむずかしいが、 本書に出てくる式の根拠をさかのぼるには 「気象がわかる数式入門」(二宮, 2006)がよいかもしれない。