Nesme-Rives [ネム-リブ] & Thuillier [チュイリエ] (2001 / 北井 礼三郎 訳 2019) 太陽活動と気候変動

  • Élisabeth Nesme-Ribes & Gérard Thuillier (序文 Jean-Claude Pecker), 2000: Histoire Solaire et Climatique. Paris: Éditions Belin / Pour la science. ISBN 2-7011-1966-9.
  • エリザベート・ネム=リブ、ジェラール・チュイリエ 著、北井 礼三郎 訳, 2019: 太陽活動と気候変動 — フランス天文学黎明期からの成果に基づいて。恒星社厚生閣, 244 pp. ISBN 978-4-7699-1634-5.

日本語版は2019年4月の新刊。2000年に出たフランス語の本の翻訳だ。

わたしはたまたま、フランス語版も持っている。2001年9月にパリのカルチエラタンで気候(全地球規模のエネルギーと水の循環)の研究集会があったとき、会場のちかくの本屋で買ったのだ。会議の言語は英語だったが、フランス語圏にいるあいだはフランス語を読む元気があった。しかし、そのとき、別の本を優先させてしまい、日本語圏に帰ってからは読む意欲をうしなって「積んどく」になっていたのだった。

2019年7月末、日本語版にざっと目をとおした。

著者たちは、フランスの、太陽を観測する人工衛星の計画「PICARD (ピカール)」にかかわっていた。訳者あとがきによれば、この衛星は2010年にうちあげられ2014年まで観測をつづけた。Nesme-Ribesさんは天文学者で太陽の変動を研究していた。衛星計画では目標を設定する役わりだったのだろう。本書完成前に亡くなっている。Thuillierさんは地球物理学者で、参考文献リストにあるうちで早い時期の論文の表題にはオーロラが出てくるので超高層大気あるいは「太陽地球系」の研究者だったと思われるが、本書を書いたころは衛星で太陽を観測する機器を設計したり観測を実行することを職務としていたようだ。

本書は6つの章がある。

そのうち第1章と第2章は科学史的なものだ。話題の中心は、17世紀にパリ天文台で当時としては非常に精密な観測をしたJean Picard (ジャン・ピカール) (1620-1682)【本書では天文学史上の人物には生没年があげてあるのだが、かんじんのこの人については没年はあるが生年がみあたらず、ほかの情報でおぎなった。】だ。衛星計画の名まえはこの人にちなんでいる。Picardの観測によって、いわゆるマウンダー極小期の太陽のふるまいがわかる。

しかも、Picardは太陽の直径や木星の直径の測定をしている。第4章の話題だが、現代の観測にもとづいて、太陽の直径は太陽活動にともなって変動しているという研究成果があった。そうすると、Picardやその後継者が観測した太陽の直径の変動も、太陽活動と関連しているだろう。そこで太陽の直径の計測は PICARD 衛星計画の主要な課題のひとつとなった。訳者あとがきによれば、その結果は、2010-2014年には黒点数は増加したが太陽直径の変化は見られないという、おそらく著者の期待からははずれたものになったが。

第3章と第4章では、おもに現代の観測と17世紀以来の黒点の観測にもとづいて、太陽はどのような物理的な構造をもち、どのような電磁波や粒子線(太陽風)を出しているか、それはどのように変動しているのかを論述している。(第3章にも変動の話があり、ふたつの章のあいだの話題のわりふりがあまりうまくないように思う。)

第5章は地球の気候とその変動の話題。大部分の話題は、地球物理的な気候システム論と、地質学的な古気候学の、教科書的なものだと思う。地球史や大陸移動の話、氷期サイクルの話、人間活動起源の温室効果ガスの話など、いろいろな時間スケールの話題がまざって出てくる。

そして、太陽の影響の話になる。地球の気候の変動のうちで十年から百年の時間スケールのものに影響するだろうとしている。

まず、約11年周期の「シュワーベ・サイクル」にともなって「太陽定数」の変動があること、それと世界平均気温との相関が見られたこと(Lee 1992, やっと1サイクルのデータがとれた時点の報告だが)、シュワーベ・サイクルの周期の長さ(時間)と北半球平均気温の時系列が似ていること(Friis-Cristiansen & Lassen 1991、対象期間は1860-1985年)をあげている。

次に、17世紀の気候が寒冷だったことの要因として、温室効果ガス、太陽活動、火山活動の重みを評価する研究を紹介し、太陽活動の低下が主要だった、ただし太陽活動にともなう「太陽定数」の変化では説明困難で、気候システム内の増幅作用を考える必要がある、と論じている。(ただし、結論をもたらした参考文献がわからない。著者のオリジナルな研究なのかもしれないが、研究報告としては説明が不じゅうぶんだ。図47によれば、ここで使われている太陽の情報は、Leanほか(1995)が推定した「太陽定数」である。)

「増幅作用」として、まず海洋の熱塩循環をあげるが、これは百年よりも長い時間スケールできくとする。次に、太陽活動にともなう紫外線の変動は大きく、それが、成層圏のオゾンや、海洋表層のプランクトンの光合成生産などを通じて、気候への影響がありうると考えている。さらに、太陽磁場が銀河宇宙線を変調し雲量に影響を与えるというSvensmarkの説を(宇宙線量と海上の雲量の変化が対応するというグラフとともに)紹介している(ただしその説への疑問ものべている)。

それから、気候モデルを簡単に紹介している。その同じ小節の結論を列挙したなかに、「1880~1993年の期間については、黒点数から見積もった太陽活動と二酸化炭素濃度で気温変化の97%が説明できる。このうち3分の2が太陽活動である。」とある。これは、わたしがもっている気候変化の基礎知識とくいちがっている。著者が示した数値は個別の研究の結果にちがいないが、どの研究によるものかよくわからない。わたしの推測としては、「気候モデル」の段落では「物理化学的なモデル」(大気・海洋の大循環モデル)をおもに紹介しているのにもかかわらず、97%という数値の根拠は経験モデル(統計的モデル)だろうと思う。本書執筆時点で標準とされた黒点数の時系列にも図47の「太陽定数」にも19世紀末以後に増加傾向があるから、時系列の類似性で寄与率を決めたのならば、そういう結論がみちびかれそうではある。ただし、確認できていないが、海洋によるエネルギーのためこみを考慮していないだろうと思う。もしそうならば、うまくない研究だ。(なお、わたしは最近 花岡(2019)の本[読書メモ]で知ったのだが、2015年に改訂された太陽黒点数の時系列では18世紀以後に明確な増加傾向は見られなくなっている。そちらにもとづけば太陽の寄与の見積もりもかわると思う。)

第6章は「将来の気候変化」。
地球の軌道要素(ミランコビッチ効果)によって次の氷期が予期できる。太陽活動の数千年スケールの周期性をもし信頼すれば、マウンダー極小期のたぐいの再来による小氷期の再来が予期できる。20世紀の気温上昇については、人為起源の温室効果が有力である。

21世紀の気候、とくに世界平均気温の予測について、「仮説A」として、太陽活動の周期性の延長にもとづくもの(Damon & Jirikowic 1992)、「仮説B」としておもに人為起源の温室効果気体を考えたもの(IPCC, 1995)を示す。また、17世紀から20世紀の気候変化について、温室効果気体と太陽のほかにエアロゾルを考慮した研究(Schelesinger & Ramankutty 1992, Kelly & Wigley [「Wingley」は日本語版の誤植] 1992)の結果も示す。著者の考えは、温室効果気体が重要だという考えと、太陽活動が「太陽定数」の直接の効果よりもなんらかの形で増幅されてきいているという考えのあいだで、ゆれ動いていたようだ。

参考文献の著者のうちには、本書出版以後に地球温暖化懐疑論者としてよく知られた Soon とBaliunas も出てくる。彼らはもともと天体物理学者であり、Baliunas は変光星の研究でNesme-Ribesと共著の仕事もあるので、本書の議論には彼らが影響をおよぼしていた部分もあるのかもしれない。また “Sakurai, K.” は桜井邦朋さんにちがいないが、参照された文献は太陽の変動に関する論文であり、気候との関係に関する意見が参照されたのではなさそうだ。

本書は、17世紀にどんな太陽の観測がされたかについての科学史的知識を得たい人には有用だろうし、太陽に関する自然科学的知識の基本は(わたしは専門的判断はできないが)おそらくよいのだと思う(ただし、上にのべた黒点数の改訂のほか、太陽の電磁流体の対流に関する知識は更新する必要がある)が、太陽が気候におよぼす影響についての自然科学的知識の源としては、20年まえの知識で書かれしかも記述態度がゆれ動いている本書を読むことはすすめられない。(2000年ごろの知見の状況をふりかえるのには役だつかもしれない。別の本で入門をすませておく必要があるが。)

折りかえしのあとにくわしい目次をつける。
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花岡 庸一郎 (2019) 太陽は地球と人類にどう影響を与えているか

  • 花岡 庸一郎, 2019: 太陽は地球と人類にどう影響を与えているか (光文社新書 1011)。光文社, 253 pp. ISBN 978-4-334-04417-6.

2019年6月の新刊。太陽ではどのような変動がおきているか、その変動は地球環境や人間社会にどのような影響をあたえるか、という話題の入門読みもの。ここで、変動としては、フレアという1日の時間スケールのはげしい現象と、十年から百年の時間スケールでおこる変動を、それぞれ論じている。著者は天文学者で、国立天文台で太陽の観測を担当している。

これだけの内容を1冊につめこんだのはたいしたものだと思う。第4-5章の気候関係の論調も、わたしからみて、わりあいバランスがとれていて読者にすすめられると思う。太陽と気候との因果関係はあまりよくわからないのが現在の学術の状況なので、読んですっきりしないのは当然なのだ。ただし、あとでのべるように、材料のならべかたをもうひとくふうしてほしいところや、むしろ省略したほうがわかりやすいと思われるところもある。

第1章は、太陽の変動の事実。太陽には黒点があり黒点数は約11年周期で変動していること。キャリントンが1859年9月1日に観測したものをはじめ、ときどき太陽面爆発(太陽フレア)があること。太陽フレアにともなって、コロナ質量放出 (高温のプラズマが出てくる)や、高エネルギー粒子 (「太陽宇宙線」)の放出もあり、太陽が出す電波も強くなることなど。

第2章は、太陽の変動のしくみ。太陽には磁場がある。黒点は磁極であり、地球の地磁気の数千倍のつよさをもち、磁場のせいで対流が抑制されて、温度が低いので黒く見える。
ゆっくりした変化で磁場のエネルギーがたまっていく。そして、急速な変化(磁力線のつなぎかえらしい)で磁場のエネルギーが電流に、そして熱にかわって高温のプラズマができる。

第3章は、太陽のフレアが文明化した社会に脅威をもたらすこと。
電離層がこわれ、無線通信が通じない。(人為的妨害と誤認して戦争になりかけたこともある。) GPSの誤差も大きくなる。
地上での磁場の変動も大きい(「磁気あらし」という)。誘導電流は、送電網の破壊による停電をおこすことがある。
高エネルギー粒子(「太陽宇宙線」)がやってくる。人工衛星の機器にも、宇宙飛行士の健康にも危険がある。10kmくらいの高さをとぶ飛行機にのる人の健康にもリスクがある。
被害を減らすため、「宇宙天気予報」の努力がされている。フレアが発生してからプラズマが地球に届くまでの2~3日に警告はできるようになった。フレアの発生予測は課題だがむずかしい。
ときには、「スーパーフレア」(規模の大きいフレア)がおこる。木の年輪の炭素14などから、774~775年、993~994年にあったことがわかってきた。

第4章と第5章の話題は、太陽活動の十年から百年の時間スケールでの変動と、それが地球の気候におよぼす影響について。話題は、最近400年間あるいは千年間の、十年から百年規模の変動がおもなのだが、ちがった時間スケールの話題がときどき はさまるのが、初心者にはわかりにくいかもしれないと思う。グラフが多いので、その時間軸の目盛りに注意して、上記の条件にあうものをひろって読むのがよいかもしれない。

この主題に関する知識の発達をふりかえるならば、Eddy が1976年に出した論文が画期的だった。望遠鏡による観測がある17世紀以後の黒点の記録から、17世紀後半ごろに黒点がほとんど見られない時期があったことは知られていた (それにMaunder極小期となづけたのはEddyだが)。他方、炭素14の発生量を一定と仮定した炭素年代を年輪年代などで較正する仕事から、炭素14の発生量の時系列がつくられていた。炭素14の発生は銀河宇宙線により、太陽磁場の強いときにはそれがさまたげられるという考えから、これは太陽活動の指標となる。Eddyは、黒点、炭素14、その他の指標をつないで、複数の極小期があることを示した。また、当時利用可能だった気候の情報と比較して、これらの太陽活動極小が、小氷期とよばれる寒冷期と関連しており、おそらく寒冷となった原因だろうと考えた。

ここまではよいのだが、188ページの図4-7として(NASA経由で)引用されたEddyの図はわかりにくい。とくに「気温の指標は、ロンドン・パリの冬の厳しさの記録で、40年ずらして表示されている」(キャプション)、「…17世紀の気温低下は、実際にはまだ黒点が多く観測されていた1630年代にピークを迎えているのである。」(本文)というのはわかりにくく、意味を正確に理解しようとしたらEddyが採用した気温の指標を記述した文献にさかのぼって確認する必要がありそうだ。これはとばして、現時点で代表的な気温復元推定の文献にしたがって気候(たとえば北半球平均気温)の時系列をしめしたほうがよかったと思う。

本書でわたしにとって新しかった知見は、黒点数の観測値をまとめているベルギー王立天文台のSILSOが、「黒点数」(とよばれる数量)の算出のしかたを2015年に改訂したことだ(第5章)。旧版データについては、チューリヒ天文台でおこなわれていた20世紀後半の統計処理にかたよりがあったと考えられている。従来、Maunder極小期のあと約300年をつうじた黒点数の増加傾向が見えて、太陽活動の活発化が温暖化をもたらしたという説の根拠とされてきたのだが、改訂版データによれば明確な増加傾向はない。

本書第5章では、まず太陽の「明るさ」つまり全波長の電磁波によるエネルギーの流れの量(いわゆる太陽定数)の変化を見る。1978年以後の観測で、黒点が多いときに「明るい」傾向があるが、これは黒点が多いときには温度の高い白斑も多いからだ。ただし約11年周期の「太陽定数」の変化量は「太陽定数」自体の千分の一程度にすぎない。Maunder極小期の「明るさ」の推定もおこなわれてはいるが不確かさが大きい。【215ページの図5-7は2000年と2005年の論文にもとづいている。まだその根拠を追いかけていないが、もしそれが黒点数をつかっていたのならば、黒点数の見なおしによって、これも見なおしが必要だ。】

ただし太陽が気候に影響をおよぼすしくみはこれだけではない。紫外線やX線の部分が相対変化が大きい。紫外線がまず成層圏の状態(オゾン量や温度)に影響し、地上の気候にも影響する可能性がある(本書では気候への影響のしくみの説を明示してはいない)。

また、太陽活動が銀河宇宙線を変調することが気候に影響する可能性もあるとして、宇宙線が雲凝結核をふやすというSvensmarkの説を紹介しているが、MarshとSvensmarkの2003年の論文では宇宙線と雲量との時系列があっているというために雲量に補正をかけていることも指摘し、この説は「広く支持されているとまではいえない」としている。

気候変動の原因としては、太陽活動のほかに、温室効果ガスと、人為起源および火山起源のエアロゾルがある。IPCCの第5次評価報告書を引用して、「1750年以降に限れば、太陽よりも人為的影響のほうがはるかに大きいとされている」としている。【ただし1750年以降というのはそういう比較をしたからで、時系列的にみれば「人為的影響がはるかに大きい」といえるのは20世紀なかば以降だと思う。】

太陽活動の変動は、太陽の表面付近の層の対流とそれによるダイナモ作用だとわかってきた。その考えにもとづく予測型シミュレーションもはじまっている。まだ同様なモデルによる予測どうしでも活動が強まるか弱まるかが一致しないような状況だが、もう少し研究が進めば予測できるようになるかもしれない。ただし、かならずできるようになるとはまだいえない。

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高橋 正樹 編著 (2019) 火山のしくみ パーフェクトガイド

  • 高橋 正樹 編著, 2019: 火山のしくみ パーフェクトガイド。誠文堂新光社, 175 pp. ISBN 978-4-416-61817-2.

2019年1月の新刊。わたしは2019年4月、地学概論の授業で紹介する本をさがしていて、火山についてはこれがよさそうだと思って買った。(しかし、まだていねいに読んでいない。) 「パーフェクト」は誇大宣伝と感じるが、おもに日本の火山について学ぶのならば、思いつくかぎりの話題のそれぞれに的確な入門解説が用意されていると思う。

B5判のカラー印刷の本で、写真や地図・図解などの図が多い。紙面はちょっと雑誌ふうの感じもするが、記事が整数ページ単位でまとまっているうえに、章・節の番号が見開きごとに大きく書いてあって、辞書的な使いかたをしやすく考えられていると思う。

最初に日本地図に火山の分布がしめされ、火山の遠景写真と関連づけられている。

第1章「火山はどうしてそこにあるのだろう」は短い序論で、日本列島がプレートテクトニクスからみてどんなところであり、そのうちどんなところに火山ができているか。

第2章は「マグマはどのようにしてできるのか」。理屈の理解をたすける室内実験も紹介されている。

第3章は「火山はどのようにして噴火するのか」。ハワイ式、ストロンボリ式、ブルカノ式、プリニー式、水蒸気噴火などの噴火の類型が説明されている。

第4層は「噴出したマグマ」。溶岩、降下火砕物(火山灰など)、火砕流、火山ガスなどがそれぞれどのような物を残すか、どのような災害をもたらすかを、多数の事例で紹介している。

第5章は「火山のかたちはどのようにしてできたのか」。火砕丘、成層火山、カルデラなどを説明する。超巨大カルデラの破局噴火の話もある。

第6章は「火山の地下はどうなっているのか — マグマの通り道とマグマ溜りをさぐる」。

第7章は「噴火はどのように予知するのだろう」。この問いにはまとまった答えがあるわけではなく、複数の試みがそれぞれ紹介されている。

第8章「火山は恵みをもたらす」は、温泉、景観、地熱発電の話題。

第9章は、詳しい標高分布データをつかって地形の特徴を強調して表示する「赤色立体地形図」の考案者である千葉 達朗さんによる、その方法をつかった火山地形の事例紹介。

本文の大部分は編著者の高橋さんが書いている。トピックにそれぞれの話題の専門家を起用している。

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西山 忠男、吉田 茂生 編著 (2019) 新しい地球惑星科学

  • 西山 忠男、吉田 茂生[しげお] 編著, 2019: 新しい地球惑星科学。培風館, 287 pp. ISBN 978-4-563-02522-9.

2019年3月の新刊。大学の地球惑星科学の入門教科書。おおぜいで分担して地球惑星科学を広くカバーしようとしている。熊本大学と九州大学の地球科学・惑星科学の教員が(ほんとうにそうかは確認していないが)総出で分担執筆し、愛媛、広島、岡山、金沢大学の人にも加勢してもらった、という感じだ。

まえがきに背景が書かれている。国際的に、大学でどの学問分野を学んだならば何を知っているべきであるかの標準化がもとめられるようになってきた。日本では、日本学術会議のもとで、専門分野別に「教育課程編成上の参照基準」の策定をしている。そのうち地球惑星科学委員会では2014年9月に「大学教育の分野別質保証のための教育課程編成上の参照基準 地球惑星分野」を策定した (http://www.scj.go.jp/ja/info/kohyo/pdf/kohyo-22-h140930-2.pdf )。本書は、その参照基準を意識した、大学初級の授業のための教科書として考えられたものだ。

前半が「基礎編」、後半が「応用編」とされている。
「基礎編」はたしかに基礎的なことが多いが、気象災害(第14章)など、学問からみれば応用的な話題もある。 むしろ、前半に全部の学生に学んでほしい必修的な題材をまとめ、そのうちには学問としての基礎のほかに社会からの要請が強いので入れた題材もあるのだと思う。(火山の第12章、地震の第13章の内容は理学的ではあるが、それを基礎編にもってきた動機は防災にあると思う。また人類にとっての地球環境・天然資源・持続可能性に関する総論の第15章もある。)

「応用編」に配置された題材にも、基礎的なこともあれば、社会とかかわる地球温暖化(第6章)や鉱物資源・エネルギー資源(第15章)の話題もあるが、「基礎編」の知識を前提としてそのさきにすすむ話題もあるようだ。ここに置かれたものは、なるべくみんな学んでほしいが、選択して学ぶことにしてもよい、という位置づけなのだろうと思う。実際には学生が選択できることはすくなく、教員が自信をもっておしえられる題材をえらぶことになりそうだが、学生からみて、運わるく初級の授業で学ぶ機会がなかった題材についても書かれた入門教材に出会えるのはよいことだと思う。

太陽系の外の宇宙・天文は、高校の「地学」にはふくまれるが、「地球惑星科学」というときにはふくまれないのがふつうだと思うが、本書では基礎編の第2章に「宇宙の始まりと進化」、第3章に「恒星としての太陽とその一生」がはいっている。地球・惑星を論じるうえで必要な背景と考えられているのだろう。ただし高校の地学にくらべれば宇宙・天文の重みは小さい。

(さらに内容を読んだら書きたそうと思いますが、ひとまずここまでにしておきます。)

折り返しのあとに目次をつける。各章の執筆者と所属をそえておく。
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Lee Hannah (2011, 2015) Climate Change Biology

  • Lee Hannah, (2011), 2015: Climate Change Biology (Second Edition). London: Academic Press (an imprint of Elsevier), 455 pp. ISBN 978-0-12-420218-4 (paperback).

2019年7月、人為起源気候変化(地球温暖化)の生物多様性への影響と対策をおもな話題にした Lovejoy & Hannah (2005) の本のなかまのどんなものが出版されているかしらべていて、同じ編者による2019年の本のほかに、編者のひとりによるこの本をみつけた。2011年初版、2015年第2版だ。2020年1月に第3版が出るという予告もみつけたのでまよったのだが、今学期の授業の学生に紹介したいので、すぐ注文した。

この本はあきらかに、アメリカの大学の初級の授業の教科書にすることを想定して書かれている。著者は climate change biology というdisciplineをつくろうとしているらしいが、わたしはそれがなりたつかはうたがわしいと思う。しかし、大学の授業科目としてはなりたちうるだろう。本書は、学生が(高校レベルの物理・化学・生物は前提としていると思うが) 気候変化についても生物についても大学でははじめて学ぶことを想定して提示のしかたをくふうしているようだ。いろいろな論文や解説から(大部分カラーで)図を引用していて、本書の入門的説明だけでそこにしめされたものを正確に理解することはむずかしいと思うが、事例によって専門家の感覚になじむ面ではよいのかもしれない。おもに図の引用もとをあげた巻末の参考文献リストのほかに、各章末に読書案内(further reading)がついているのもよい教育的配慮だと思う。ただし、日本の学生の感覚からすると値段が高すぎる。日本の通信販売で買って、ペーパーバックで1万1千円だった。そして第3版の予定価格は1万4千円以上だそうだ。アメリカの大学ならば、図書館を利用したり先輩からゆずりうけるなどして安くあげる学生もいるだろうが。

まだとおして読んでいないのだが、目次を書きぬいた段階で、章・節の表題から内容を推測したメモを書いておく。

本の構成はLovejoy & Hannah 編の2冊の本それぞれの構成とだいたい対応しているが第5部をふたつにわけたものにあたる。ただし、その2冊の本よりも、気候変化そのものの話題が多い。

第1部は序論で、第1章には本書の主題の説明、第2章には気候変化、とくに地球温暖化のしくみと予測型シミュレーションについての説明がある。

第2部は、人為起源気候変化の影響が生物圏にどのようにあらわれているか。第3章では種[しゅ]ごとの生育地域がずれること、第4章では季節的タイミングがずれること、第5章では生態系の変化をあつかう。

第3部は、地球史的過去の、気候変化の影響が生物圏にあたえた影響について。第6章では陸上、第7章では海洋、第8章では淡水の生態系を論じ、第9章では生物種の絶滅を論じる。

第4部は、近未来の気候変化が生物圏にどのような影響をあたえるか。第10章は実際の生物をつかった実験からわかること。第11章は計算機上に実現されたモデルのこと。第12章は気候変化によっておこりうる生物種絶滅のリスクを推定すること。第13章は「生態系サービス」について。

第5部は、気候変化の可能性をふまえて、野生生物保護はどのようにしたらよいか。第14章は保護地域をどのように設定し運営するか。第15章は保護地域の連続性を確保すること。第16章は絶滅危惧生物種の保護。

第6部は、地球温暖化の対策と生物圏とがどうかかわるか。ただし対策のうち適応策は第5部に出てくるのでここではくわしく論じていないばあいがおおい。第17章は国際政治の場で検討されている地球温暖化対策の概論。第18章は排出削減策(いわゆるジオエンジニアリングにもすこしふれている)と、そのいろいろな方法が生態系・生物多様性におよぼすリスク (再生可能エネルギー利用のための土地利用改変の影響など)。第19章は炭素循環の基本と、二酸化炭素吸収源としての生態系について。第20章は、対策を立案する際には生物圏へのインパクトを含めたリスクアセスメントが必要であること。

文献

  • Thomas E. Lovejoy & Lee Hannah eds., 2005: Climate Change and Biodiversity. New Haven CT USA: Yale University Press. [読書ノート]
  • Thomas E. Lovejoy & Lee Hannah eds., 2019: Biodiversity and Climate Change — Transforming the Biosphere. New Haven CT USA: Yale University Press, 387 pp. ISBN 978-0-300-20611-1 (paperback).[読書メモ]

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Thomas E. Lovejoy & Lee Hannah (2019) Biodiversity and Climate Change [生物多様性と気候変化] (仮のメモ)

  • Thomas E. Lovejoy & Lee Hannah eds., 2019: Biodiversity and Climate Change — Transforming the Biosphere. New Haven CT USA: Yale University Press, 387 pp. ISBN 978-0-300-20611-1 (paperback).

人為起源気候変化(地球温暖化)の野生生物への影響とその対策については、まえにLovejoy & Hannah (2005)の本を読んだが、そのあと知識をあまり更新してこなかった。2019年7月、英語での授業で参考文献を紹介したいと思ったので、出版情報を検索したら、同じ編者たちによるあたらしい本が今年(1月らしい)に出たことを知ったので、注文した。

まだ内容を読んでいないが、目次を書きぬいて本の構成をだいたい理解したところでメモを書いておく。

本の趣旨は、前の本と同じく、入門教材として使うことが考慮された論文集だ。章の構成も基本的に前の本と同じで、第1部が問題設定、第2部が(近代科学的な調査によって)観察された生物の変化の事実、第3部が(科学的な調査がはじまるまえについて化石などによってさかのぼった)過去の生物の変化、第4部が今後1世紀ほどのうちにみこまれる気候変化による生物の変化、第5部が対策の話。第5部の話題のうちには、野生生物保護(いわゆる自然保護)をどうしたらよいかという問題もふくまれる。外来種問題の話もある。地球温暖化の「緩和策」(とくに炭素の吸収源)、あるいは人間社会が適応する手段として生態系が利用されることと、その生態系への影響の話題もある。

気候がかわると、生物のそれぞれの種の生息に適した地域の範囲がかわる。自然保護の基本である、生態系をまるごとその場で保護することができなくなり、移動の支援や移植が必要になるかもしれない。2005年の本を読んだときには、移動による適応をたすけるために、現在の生息地と将来の生息適地が空間的につながっていることを確実にする、という議論が印象にのこった。本書でも、すくなくとも Case Study 10 では主題になっているのだが、前の本のほどはこの件が重視されていないような気がする。

気候変動そのものについては、第1部の第2章で、McCrackenが、だいたいIPCC第5次評価報告書の第1作業部会の巻の要点を紹介する形で説明している。予測型シミュレーションの結果から、世界平均気温のほかに、大雨、高温、低温などがどう変わるかを、確率分布のパーセンタイル値で示している。2005年の本では、第2・3・4部のそれぞれにも気候変動そのものに関する章があったが、本書にはない。他の本を参照すればよいという判断なのだろう。

文献

  • Thomas E. Lovejoy & Lee Hannah eds., 2005: Climate Change and Biodiversity. New Haven CT USA: Yale University Press. [読書ノート]

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科学技術社会論学会『科学技術社会論研究』17号まで

科学技術社会論学会 (STS学会) の学会誌『科学技術社会論研究』の第17号がとどいた。

この雑誌は、学会の編集委員会が編集している学会誌なのだが、出版は、玉川大学出版部から、図書流通上は単行本のかたちで出している。ディジタル版はいまのところない。

2002年の学会設立・学会誌創刊のころは、広く読まれるために、図書流通のルートにのせるのが最適だと考えられたのだと思う。出版者の意向で、毎号それぞれ特集号とし、しかも、特集の表題が本の題名となるかたちで出版されてきた。しかし、学会誌だから、研究論文を査読をへて出版するという機能もあり、その対象は特集の主題にかぎられるわけではない。したがって、本の内容には書名とあまり関係ないものもふくまれる。また、査読をうける論文は査読と著者による改訂をくりかえして時間がかかることもある。特集として集める記事のうちにも、全部ではないが、査読をへた論文をふくめる努力がされてきた。その結果、当初のもくろみでは毎年定期的に出版する予定だったのが、遅れがちになっていた。最近はほぼ予定どおりのペースになっているということだが、編集委員に大きな負担がかかっているだろうと思う。

わたしは会員ではあるがこのところ学会運営にはかかわっていないのだが、かってな意見をのべれば、論文雑誌は、出版社ルートからきりはなして、学会自身が編集して、論文のディジタル版をネット上のサイト (たとえばJSTが運営するJ-Stage) に置くことを基本とし、紙版はつくるとしても仮製本の簡素なものにしたほうがよいと思う。他方、主題別の図書をだす企画をして、そちらで玉川大学出版部とのかかわりをつづけたらよいと思う。

【わたしは第9号の特集に査読をへた総説論文を出している。原稿依頼をうけたときは会員ではなかったのだが、発行されるまでに入会した。】

ひとまず、これまでの学会誌の各号の、番号、発行年月、書名(特集の題名)と、学会のウェブサイトにあるその号のページ、出版者のウェブサイトにあるその号のページ、わたしの読書メモ(これまでに書いたばあい)、のリンクをしめしておく。各号の目次はリンクさきのページにあるのでこのページに書きうつすことはしない。【なお、号の番号のあとの「*」印は、わたしが持っているというしるしだが、今後てばなすかもしれない。】

Andrew King (2012 / 中田 好一 訳 2013) 星

  • Andrew King, 2012: Stars (A Very Short Introduciton). Oxford University Press.
  • Andrew King 著, 中田 好一[よしかず] 訳, 2013: 星 — 巨大ガス球の生と死 (サイエンス・パレット SP-010)。丸善出版, 180 pp. ISBN 978-4-621-08735-0.

地学概論の授業で紹介できるような天体物理の入門書をさがしていた。ブラックホールなどの研究の先端的話題に特化したものではなく、太陽をふくむ主系列星を中心にあつかったものだ。わたしの天体物理の知識は、かなりのところ30年から40年まえに読んだ岩波新書やブルーバックスなどの新書本のおかげなのだけれど、それでは知識内容が古すぎるだろう。しかし同じシリーズの新しい本にうまいものが見あたらなかった。『西洋天文学史』を見たついでにその「サイエンス パレット」のシリーズを見たら、これがあった。読んでみると、前半はだいたいわたしがなんとなく知っていた(ただしおしえる自信がないところもあった)こと、後半にはわたしにとってあたらしい知識があった。わたしが授業であつかいたい内容によくあっている。白黒印刷で、図がすくないが、ちかごろの入門書は図がおおくて説明がすくないものもおおいので、もし図が同じ概念でできているのならば(それを確認するのは簡単ではないが)、くみあわせればよさそうだ。

以下、わたしが理解したかぎりでの要点。わたしの理解が正確でないかもしれない。

第1章「科学と星々」
星は、光度(電磁波として出しているエネルギーの量)と温度の2軸に表示した「HR図」によって、主系列星、赤色巨星、白色矮星に分類できる。光度は、みかけの明るさと距離がわかればわかる。距離は(わりあい近い星のばあい)年周視差でわかる。

星の光のスペクトルの吸収線あるいは輝線から、元素の存在がわかる。セシリア ペインが1925年に、星に多い元素は水素、ついでヘリウムであることを示した(それがうけいれられるまでに4年かかった)。

第2章「太陽の生き方」
太陽をふくむ恒星のような天体では、重力が主要な力となる。距離がとおくなるにつれてのよわまりかたは、重力は核力などよりはゆるい。電磁力は重力と同じ距離の2乗に反比例だけれど、引力と反発力があり、遠方への効果はうちけしあう。重力は引力だけなので、遠方でもきく。

太陽などの星では、ガスの圧力が重力とつりあっている。圧力・密度・温度の関係があるから、中心では圧力が高いとともに温度が高くなっている(太陽の中心温度は1千万K)。

太陽がエネルギーを放出すれば太陽のもつエネルギーは減るのだが、太陽の内部の温度は上がる。それは、太陽には、熱エネルギーのほかに、重力エネルギーがあるからだ。(ここで、単純化したモデルだが、定量的な議論をして、「virial定理」の式をしめしている。)

太陽が、いまの rate でエネルギーをうしなっていくと、その寿命はあと2千万年ということになる。これは(19世紀の知識でも)みじかすぎる。ほかにエネルギー源があるはずだ。

第3章「表通りの日々」(この題名は主系列星をさす)。
太陽をふくむ恒星のエネルギーは、陽子・中性子をむすびつける核力(強い相互作用)からくる。原子核を再構成すれば、エネルギーを放出できる。エネルギーが出ていけば、そのぶんの質量が減る。ヘリウム原子核の質量は、陽子と中性子の合計質量よりも 0.7% すくない。もし太陽の水素を全部ヘリウムに変えることができたとし、いまのrateで放射したとすれば、10の11乗年ぶんある。

陽子のあいだの電気的反発力をのりこえて核融合反応をおこさせるには、高い温度が必要だ。4つの水素原子の同時衝突はまれで、2種類の、2個の粒子の反応の連鎖による反応がおこっている。

温度が「エディントン限界」をこえてあがると、星が爆発する。安定した星は、エディントン限界ぎりぎりの状態にある。中心温度 は 重力定数 かける 質量 わる 半径 に比例する。したがって、半径は質量にほぼ比例する。

核反応がおこっているコアのまわりに、envelopeがある。そこでは、熱伝導と対流で熱がはこばれる。

質量が小さい星(太陽の0.1倍くらい以下)では、電子縮退圧が重力につりあい、水素燃焼がおこらない「褐色矮星」になる。
主系列星の質量の大きいほうの限界は明確ではないが、質量が太陽の100倍以上の星はあるものの、まれであり、寿命が短い。

第4章「元素のクッキング」
水素からヘリウムへの核融合反応がすすむとともに、星のヘリウムコアが形成されるが、ヘリウム核反応は(この段階では)おこらない。ヘリウムコアの質量がふえると、その中心での密度と圧力は、へってしまう。

ヘリウムコアが星の質量の約10%以上になると、しくみがかわる。
そこまでいく時間は、太陽の場合で百億年、太陽の10倍の質量ならば太陽の100分の1、太陽の10分の1の質量ならば太陽の約千倍だ。
しくみの変化にかかる時間は、力学の静水圧平衡にいたるのは数時間、熱力学的平衡には数千万年だ。
星のコアが収縮する。全重力エネルギーをたもつように、envelopeが膨張する。星の体積が大きくなり、表面温度は低くなる。ヘリウムコアのまわりの水素の核反応がすすむので、光度は大きくなる。赤色巨星である。HR図上で赤色巨星と主系列星のあいだにギャップがあるのは、この変化が速く進行するからだ。巨星は光度が大きいので、実際の数のわりあいよりも、見える数のわりあいが多い。

それから、ヘリウムが核融合して炭素や酸素にかわる。ヘリウムコアが膨張する。envelopeは収束する。星の体積は小さく、表面温度は高くなる。脈動することもある。そのつぎには、炭素や酸素が反応し、Mg, Na, Ne, Siをつくる。しかし、鉄までいくと、核エネルギーがあまらないので、反応はすすまない。鉄より重い元素は、中性子を捕獲して電子(と反ニュートリノ)を放出する反応でできる。

質量の大きい星は、ヘリウムが使いつくされると、コアが収縮、envelopeが膨張し、超巨星となる。元素組成のちがう複数の層からなる。

第5章「星々が亡くなる日」
超巨星では、envelopeは巨大で、その重力は小さいので、envelopeの質量のほとんどが放出されてしまう。コアの核反応は短時間で終わり、コアは収縮する。

ここで、星の質量によって、なりゆきがちがう。
太陽の1.4倍の質量(チャンドラセカール限界)以下ならば、質量放出を考慮すると もともと太陽の7倍以下の質量の星ならば、重力とつりあうのは電子縮退圧で、白色矮星になる。

それより質量が大きいと、陽子が電子を捕獲して、中性子ガスになる。中性子の縮退圧でつりあって、中性子星になる。ただし、そうなるまでに、捕獲反応で発生するニュートリノが、エネルギーを持って出る。それが envelope 物質をふきとばし、超新星爆発をおこす。重い元素はこの爆発によって星の外に出てくる。

さらに質量が大きいと(太陽の3倍以上か?)、中性子の縮退圧でもささえられず、重力崩壊がつづく。光が出てくることができない、ブラックホールになる。質量と、回転の角運動量はあるが、そのほかの特徴のない天体だ。

第6章「亡きがらを求めて」
ブラックホールは光を出さないし、中性子星は表面積が小さいので光で検出は困難だ。しかし、光を出す星(「伴星」とよんでおく)と連星になっていれば、その星の動きから質量の存在がわかることがある。さらに、伴星から中性子星やブラックホールの表面にガスが落ちて、降着円盤を形成する。これは小さい空間に集中した電磁波源なので、X線源になる。また、【わたしはまだ条件をおいきれていないのだが】中性子星が電波のパルスを一定時間間隔で出す「パルサー」になることがある。

銀河の中心には(個々の恒星よりも巨大な、たとえば10億太陽質量の)ブラックホールがあるだろう。物質がブラックホールに降着する際に放出するエネルギーは静止エネルギーの約10%ある。銀河の性質に影響をあたえているにちがいない。

第7章「宇宙を測る」
銀河系でもっとも古い星の年齢は125億年± 15億年とみつもられている。

セファイド(Cepheid)変光星(名まえはケフェウス座δ星に由来)は周期から絶対光度がわかるので、あかるさから距離がわかる。(その変光のしくみは、ヘリウムの2回電離層による、膨張収縮の振動で説明されている。) これを使って、宇宙の膨張速度がわかる。そこから単純に宇宙の年齢をもとめると、136億年となる。

しかし、宇宙の膨張速度は変化しているかもしれない。Ia型超新星は、チャンドラセカール限界の質量をもつので、光度がだいたい一定だ。これを標準光源とすると、宇宙の膨張は加速している。

第8章「はじまり」
ここまでの話は、星がすでにあるところからはじめた。星の誕生がわからなくても、星の質量さえわかれば、星の進化はだいたいきまる。ただし化学組成もいくらかきく。

星の誕生の理解はむずかしい。星間空間の分子雲のなかで、高密度の部分が出現する必要がある。(自己重力か? 超新星などの外からの圧力変化か?) ある臨界質量(ジーンズ質量)以上のかたまりが収縮をはじめれば、重力崩壊がはじまる。天の川銀河のばあい、臨界質量は太陽質量の数千倍だ。収縮がはじまると、断片化がおこる。自分の輻射に対して不透明になると断片化がとまる。熱的時間スケール(太陽の場合2千万年)で収縮がおこり、核融合がはじまれば、恒星になる。(たくさんの恒星をふくむ銀河が形成されていくシミュレーションがおこなわれている、という話になる。)

星 – ガス – 星 の輪廻がくりかえされ、重い元素がふえていく。その結末は、すべての物質が鉄になり、ブラックホールの中にとじこめられることになるだろう。それでもブラックホールからの熱放射(ホーキング放射)はあるだろう。

折りかえしのあとにくわしい目次をつける。
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Michael Hoskin (2003 / 中村 士 訳 2013) 西洋天文学史 [The History of Astronomy]

  • Michael Hoskin, 2003: The History of Astronomy (A Very Short Introduction). Oxford University Press.
  • Michael Hoskin 著, 中村 士[つこう] 訳, 2013: 西洋天文学史 (サイエンス・パレット SP-005)。丸善出版, 158 pp. ISBN 978-4-621-08667-4.

日本の新書判と同じ大きさの入門書シリーズの日本語訳で、日本語版も新書判(ただし横書き)だ。著者はイギリスの科学史家、訳者は長く天文台につとめ天文学から天文学史に専門をうつした人だ。

わたしは地学概論の授業で、地球中心説(天動説)から太陽中心説(地動説)への発想の転換と、ニュートン力学を説明する際に、どの時代に、おもにだれの考えによって、この主題の科学的認識がすすんだかを話すことがある。それは科学史ではなく、いま生きのこっている認識わくぐみの由来の説明なのだが、科学史を確認できるようにしておきたいと思った。山本 義隆『世界の見方の転換』『磁力と重力の発見』などの厚い本もあるが、ここでは、自分が読む時間がとれて、他の専門の学部学生にすすめやすい本がほしかった。そこで、まえから存在だけは知っていた本書を手にとった。

訳者がまえがきでことわっているように、英語版の題名から想像されるような天文学史全体をカバーした本ではない。古代は、ヨーロッパだけで、中国やインドの天文学にはふれていない。(この訳者は、日本語版の同じシリーズで翌年に出た『東洋天文学史』の著者としてそこをカバーした。) 近代は、イギリスでおこなわれた研究の話題にかたよっている。そして、本文の話題は19世紀前半までで終わっている(その後の進展はエピローグで簡単にあつかっている)。

しかし、わたしがほしかった主題はよくあつかわれている。

  • コペルニクスは第3章「中世の天文学」の最後に位置づけられている。コペルニクスの体系はプトレマイオスの体系と同じく惑星の運動を複数の円運動のくみあわせで表現しており、簡単にいえば中心をうつしただけだからだ。
  • 理論面での大きな変化はケプラーによる楕円軌道だ。ティコ・ブラーエの、地球中心だが惑星は太陽をまわる体系は、まだ円運動のくみあわせだったが、ここから第4章「変容する天文学」に入れているのは、(ティコはまだ望遠鏡を使ってはいなかったのだが) 観測面の革新がはじまったという考えによるのだろう。それからガリレオの、望遠鏡を使った観測と、運動に関する概念の変革があり、そしてケプラーがくる。
  • 第5章「ニュートンの時代の天文学」の前半の主題はニュートンの力学による惑星の運動の説明だが、その前段としてデカルトとフックの貢献がとりあげられている。第5章後半は、ハレー彗星、経度の測定、天王星・小惑星・海王星の発見がとりあげられている。
  • 第6章「恒星宇宙を探求する」では、光行差、年周視差、星までの距離の測定、星の固有運動、変光星、そして、恒星がどのように分布するか(いまの「銀河」の概念へ)などの話題がとりあげられている。

なお、第2章「古代の天文学」では、エジプトとバビロニアに簡単にふれたあと、ギリシャの天文学をおもにあつかう。地球が球であることの認識につづいてエラトステネスによる地球全周の測定の話も出てくる。ユードソクス、アリストテレス、アポロニウス、ヒッパルコスの貢献にふれたあと、プトレマイオス(西暦127-141年をふくむ期間に生きた人、本書の表現では「トレミー」)の体系を論じている。

第3章「中世の天文学」では、惑星などの位置の予測計算をするための道具としてのプトレマイオスの体系が、イスラム圏にひきつがれ、14世紀ごろにヨーロッパでも復活したことにふれている。

わたしにとって新しかった知見は、第2章に出てくるプトレマイオスの「惑星仮説」だ。それぞれの惑星が地球を中心とする同心球殻を排他的にしめるというものだ。(他の科学史家の著書で見た用語づかいで)天文学と宇宙論を区別するとすればこれは宇宙論のほうになるだろう。プトレマイオスにとってこの体系と予測計算のための体系とは一連のものだったのだろう。しかし、イスラム圏をへてコペルニクスにひきつがれたのは、予測計算のための体系のほうだけだった。

折りかえしのあとにくわしい目次をつける。
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Grant W. Petty [ペティ] (2004, 2006/近藤 豊、茂木 信宏 訳 2019) 詳解 大気放射学 [A First Course in Atmospheric Radiation]

  • Grant W. Petty, (2004) 2006: A First Course in Atmospheric Radiation (Second Edition). Madison WI USA: Sundog Publishing.
  • グラント W. ペティ 著, 近藤 豊、茂木[もてき] 信宏 訳, 2019: 詳解 大気放射学 — 基礎と気象・気候学への応用。東京大学出版会, 419 pp. ISBN 978-4-13-062729-0.

英語第2版の日本語版が2019年1月に出た。わたしはまだ内容を読んでいないが、すこし見たところでは日本語訳はよくできているようだ。(ただし、初刷りの目次の 1.1.3 の「energy」は誤植で、3ページの「engine」が正しいのだと思う。)

ひとまず、[英語版の読書ノート] (2004年に出た英語版初版を読んで英語で書いたもので、2006年に英語第2版が出たときにすこし改訂した)を日本語になおしたものを、ここに置く。

大気放射とは、大気中の、電磁波(可視光、赤外線、マイクロ波をふくむ)の伝達、射出、吸収、散乱をさす。「放射能」はふくまない。

この本(英語初版)は、アメリカ地球物理学連合(AGU)の機関紙で紹介されていた(Pincus, 2004)。わたしはそれを見て注文した。そこで紹介されているとおりの本であり、おもしろかった。

この本は、大学の理科系の学生のための講義ノートである。大気放射の専門家向けではない。したがって、大気放射の専門家ではないが、大気放射の専門家のいうことを理解する必要がときどき生じるわたしのような者にとって有用だ。

大気放射については、本書よりももっときちんとした教科書がある。Goody and Yung (1989), Liou (2002), Thomas and Stamnes (1999)などだ。(ここで「きちんとした」というのは、数式表現のみちびきかたが比較的厳密であることをさす。数学者からみれば厳密でないだろうが。) わたしが大学院生のころ、先生からGoody (初版 1964年)やLiou (初版 1980年)の教科書の部分を読むように指示された。(先生の専門は大気力学だったが、放射も必須だと考えていた。わたしの表現で述べれば、大気の運動は熱機関のようなものであり、それを理解するためには熱源と熱の出口(あるいは負の熱源)を知らなければならないのだ。) その強制がおとろえると、わたしはそれらの教科書を読みつづけることができなかった。幸運なことに、われわれ(日本語をつかう大気科学の学生)には、それほど厳密でなくこの分野にみちびいてくれる会田(1982)の本があった。しかし、その著者が病気になりそして亡くなってしまったので、この本は未完成と思われるところがあるまま改訂されずにきてしまった。[のちに、浅野(2010)の本が出た。] わたしはこれまで、英語で書かれたそのような本を知らなかった。それはわたしのさがす範囲がせまかったからかもしれないが。

この本をおもしろいと感じるためには、読者は偏微分や多重積分をふくむ数式をおそれないようになる必要がある。もちろん、そのような記号の意味がわかったほうがよい。したがって、大学初級の「物理のための数学」(あるいは「電気工学のための数学」など)の知識を使えるようになっていたほうがよい。微分方程式のうち単純なもの(解が多項式、指数関数、三角関数になるもの)には慣れておいたほうがよい。しかしもっとむずかしいものを解くことは必要でない。もちろん、あたらしい理論的方法を開発したいのならば事情は別だ。

本書には教科書のリストはあるが、そのほかの参考文献はのっていない。おそらく著者は、さらに勉強したい読者はまずもうすこし専門的な教科書を読むべきだと考えているのだろう。

この本(英語版)に関する情報(正誤表をふくむ)は、出版社ウェブサイトのうちのページhttps://sundogpublishingstore.myshopify.com/products/a-first-course-in-atmospheric-radiation-g-w-pettyにある。

日本語版の情報は、出版社ウェブサイトのうちのページhttp://www.utp.or.jp/book/b383241.htmlにある。くわしい目次もそこにあるので、それが読めるあいだは、このブログ記事のあとに目次をつけることは省略する。

文献

  • 会田 勝[まさる], 1982: 大気と放射過程。東京堂出版。
  • 浅野 正二, 2010: 大気放射学の基礎。朝倉書店。[読書ノート]
  • Goody, R.M. and Yung, Y.L., 1989 (paperback 1995): Atmospheric Radiation: Theoretical Basis (2nd ed.). Oxford University Press, 544 pp.
  • Liou, K.-N., 2002: Introduction to Atmospheric Radiation (2nd ed.). Academic Press, 583 pp. [日本語版も出ている。]
  • Pincus, R., 2004: Book review: A First Course in Atmospheric Radiation. EOS, Transactions, American Geophysical Union, 85 (No. 36), p. 341.
    doi: 10.1029/2004EO360007
  • Thomas, G. and Stamnes, K., 1999 (paperback 2002): Radiative Transfer in the Atmosphere and Ocean. Cambridge University Press, 517 pp.