4. 謎ときの方法論

「気候システム」というブラックボックスの中にどのようなしくみが つまっているのかを解明するための方法論は、大きく次のように分けられる。

• (A) 数理的（信号処理論的あるいはシステム工学的）な態度。 入力信号と出力信号の性質を比較し、その間の変換の数式による表現は どんなものでなければならないかを考える。
• (B) 物理的な態度。気候システムの中でどんな物理的プロセスが 起きているのかを考える。

もちろん、最終的には、数式としても、物理的プロセスとしても矛盾の ない解釈を求めるわけである。実際の研究では、純数理的にできることは 限られている。物理的考察によってモデルを組み立て、そのふるまいを数 理的にも検討する研究が多い。その中でも、

• (あ) 実際的な入力を入れたとき、観測に合う出力が出てくるような モデルをさがし、その中で起きていることを調べる。
• (い) 物理的モデルの数理的構造を解析し、なるべく適用範囲の広い ことばで表現する。

氷期・間氷期サイクルの問題に関与してきそうな物理過程には、

• (1) 大気と海洋によるエネルギー輸送
• (2) 大気と海洋による水(蒸気)輸送
• (3) 気温の変化に伴う(雪氷、植物、土壌などを経由しての)アルベドの変化
• (4) 積雪とその氷床への発達、消耗(蒸発、融解、氷山分離)
• (5) 氷床の重さによる固体地球(特にアセノスフェアと呼ばれる部分)の変形
• (6) 海洋の栄養塩と生物活動の変化
• (7) 大気中の二酸化炭素濃度の変化

次の5節では数理的考察を、6-8節では物理過程 に基づいたモデルを紹介する。6節では上記の物 理過程のうち(1)、(3)だけを考えたエネルギー収支モデル、 7節では(4)、(5)を中心とした氷床モデル、 8節では他のプロセスも関与させたモデルによる 研究を紹介する。それぞれのモデルのふるまいの数理的解釈については筆者の 力不足で断片的にしか述べることができない。その面に興味ある人は Ghil and Childress (1987)の 10-12章を参照されることをすすめる。

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