• Syukuro Manabe & Anthony J. Broccoli, 2020: Beyond Global Warming — How Numerical Models Revealed the Secrets of Climate Change. Princeton NJ USA: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-05886-3, 978-0-691-18516-3 (e-book). 出版者サイトのこの本のページ https://press.princeton.edu/books/hardcover/9780691058863/beyond-global-warming

読書メモ[その1]で概略と目次をしめし、[その2]で第1章から第5章までの要点(とわたしが思うこと)を紹介した。今回は第6章から終わりまでの要点を紹介する。

第6章。気候感度。話題は第5章からつづいている。二酸化炭素倍増への定常応答は、気候システムの感度の指標のひとつである。正のフィードバックがあれば感度がつよまり、負のフィードバックがあればよわまるという議論は簡単にできるが、どの効果が感度にどれだけきいているかを論じようとすると道具だてが必要だ。Wetherald & Manabe (1988 JAS)は、Hansen ほか (1984 Geophys. Monogr.)の方法にならい、gain factor という量を導入して、3次元の気候モデルでのフィードバックの効果を見積もった。

ただし、1988年の論文のときは、対象とするシステムは大気全層と地表面をあわせたものだった。(定常応答を考え、地表面がそこから下を代表していると考えられるならば、地表面から下にあるものの熱容量をあつかう必要はない。) しかし、成層圏と対流圏の応答のむすびつきは弱く、成層圏はほぼ放射平衡にある。そこで、ちかごろこの主題をあつかう研究では、対象とするシステムを対流圏および地表面とし、あたえられた放射強制に対してまず成層圏が放射平衡におちつくと考えて、その状態での対流圏上端での放射収支の変化を対象システムに対する強制と考えるようになってきた。

気候システムのフィードバックのうち、温度が高いほどStefan-Boltzmannの法則にしたがって出ていく地球放射が大きくなることによる負のフィードバック(本書ではPlanck feedbackとよんでいる)は当然のものとする。それにくわわるものとして、水蒸気の温室効果、地表面(おもに雪氷)アルベド、気温減率の変化の効果、雲の効果がある。気温減率の変化の効果というのは、地表の温暖化とともに気温減率が大きくなり、地表面温度のわりに出ていく地球放射が弱くなるので、気候感度が大きくなるというものだ。

その後、Colman (2003, Clim. Dyn.) が20世紀末までの10種類のモデル、Soden & Held (2006 JClim) がIPCC AR4でつかわれた19種類のモデルについて、gain factor を見積もっている。くらべてみると、水蒸気と地表面アルベドの効果の見積もりは落ち着いてきた。雲の効果と気温減率の効果は、モデル間のちがいがまだ大きい。

雲については、Wetherald & Manabe 1988では雲量を相対湿度できめたが、その分布の概略はCALIPSO衛星のライダー観測で得られたものとにている。このGFDLモデルで、二酸化炭素濃度の高い気候では、低緯度の自由大気の広い範囲で雲量が減る(境界層ではふえるが)。太陽放射反射は全体としては減り、正のフィードバックになる。また、低緯度・中緯度の上層雲が上にシフトする。出ていく地球放射が減り、これも正のフィードバックになる。

雲の放射特性の変化もありうるが、Soden & Vecchi (2011 GRL)によれば、(そのときまでの)モデル間の気候感度のちがいにきいているのはおもに下層雲量である。

気温減率については、Fu ほか (2011 GRL)、Po-Chedley & Fu (2012 ERL)によれば、マイクロ波観測のある最近数十年、低緯度の対流圏上層の成層は安定にむかう変化傾向があるが、AR4でつかわれたモデルはその変化を過大評価している。したがって、AR4のモデルの気温減率のフィードバックの評価は(負の方向に)過大評価されているだろう。

第7章。氷期と間氷期の気候のちがい。
CLIMAP (1976, 1981)による最終氷期極大期(LGM、約2万年前)の海面水温の復元推定がおこなわれてから、その海面水温を気候モデルにあたえたシミュレーションもおこなわれてきた。

Manabe & Broccoli (1985, JAS), Broccoli & Manabe (1987, Clim. Dyn.)は、境界条件としての大陸氷床と、二酸化炭素濃度と、氷のない地表面のアルベドについて、LGMの条件を与え、海洋は混合層の熱容量で表現して、海面水温はモデル内の変数として得られるような実験をした。(なお、Broccoli (2000, JClim)は、水平分解能を高くして、やりなおした。)

あたえた条件を変えた実験の結果、LGMと現在の気候のちがいをつくるおもな要因は、北半球の気候については氷床、南半球の気候についてはCO₂であることがわかった。

海面水温については、モデルの結果とCLIMAPの復元推定とのあいだにちがいがある。とくに、熱帯の海面水温は、CLIMAP では現在との差が小さく、モデルのほうが差が大きい。これは、CLIMAPで採用された、プランクトンの種類別組成から推定した海面水温に疑問がある。他の方法ではもっと大きな差があるとしたものもある。MARGO (Multiproxy Approach for the Reconstruction of the Glacial Ocean, 論文は 2009 Nature Geosci.)の復元推定は熱帯の海面水温のLGMと現在の差 1.7℃となって、モデルとだいぶ近くなった。

氷期の温度の推定と、気候感度の推定とは、一方の精度が高まれば他方の精度も高まるような相互関係になっている。

第8章。気候変化にとっての海洋の役わり。
Manabe & Bryan (1969)は、大気海洋結合大循環モデルによる気候のシミュレーションを最初におこなった。

Bryan ほか (1982 Science, 1988 JPO)は、大気海洋結合大循環モデルで二酸化炭素濃度を変えた実験をおこなった。海陸分布は単純化されていたが、南大洋は東西通じるようになっていた。CO₂濃度を突然倍増してから数十年のうちに、北半球は温暖化するが、南半球高緯度の温度はほとんどかわらない。(Hansen ほか 1988 JGR では、南北とも高緯度で大きな温暖化が見られたが、そのモデルでは海洋深層を拡散で表現していた。現実の南大洋の運動が単純な拡散で近似できないはたらきをしているにちがいない。)

現実的海陸分布の大気海洋結合大循環モデルで、二酸化炭素濃度を漸増させる(年1%の複利とした)実験をした (Stouffer ほか 1989 Nature, Manabe ほか 1991, 1992 JClim)。

初期条件は、大気は海面水温をあたえ、海洋も表層の水温を観測にもとづく値にむかって緩和(relax)させる方法でそれぞれつくったが、結合させるとその状態からずれていってしまった。そこで、海面での熱・水フラックスを、大気・海洋別々の計算でえられた値の差だけ修正する「flux adjustment」を導入した。修正量は場所と季節によるが、年々変動はない。その後、モデルの改良とともに flux adjustment の必要性は減ってきたが、本書の著者は今後もparameter tuning とともに flux adjustment もつかわれるだろうと考えている。

70年後にCO2濃度は当初の2倍になる。全球平均地上気温は、定常応答が +3.9℃であるのに対して、+2.5℃まであがっている。温度の上昇は定常応答よりも約30年おくれる。地理的分布をみると、世界の多くのところで定常応答と似た形の上昇がみられるが、南大洋では温度上昇分はゼロにちかく、Weddell海の北には負のところもある。

南大洋で地表の応答が小さいのは、海洋の力学的なしくみによって、深層まで影響が分配されるからである。

北太平洋のように東西に壁のある海盆では、表面の風に応じて、亜熱帯循環や亜寒帯循環という水平の循環が、地衡流のつりあいをたもって存在しうる。ところが、南大洋では壁がないので、西風がふくと、表層では、北向きの、地衡流のつりあいにしたがわない drift current ができ、その帰りの南向きの流れは深層にできる(こちらは地衡流になる)。このような循環は、Deacon (1937年) が存在を示唆したので、Deacon cellとよばれている。これによって、表面の熱的強制の影響は深層までおよぶので、表面温度の変化としては小さくなるのだ。物質の観測、たとえば Dixon ほか (1995 GRL)がしめしたクロロフルオロカーボンの濃度でも、南大洋では深層まで混合がすすんでいることが見られている。

深層循環の重要な部分として大西洋の南北鉛直循環がある。Manabeほか(1991)の実験では、70年間で北大西洋の南北鉛直循環はよわまった。そのおもな原因は北大西洋高緯度の表面海水密度低下であり、それは、大気中の気温の増加、比湿の増加、温帯の極向き水蒸気輸送の増加、高緯度の降水の増加、高緯度の海面塩分低下、という因果連鎖による。ただし、観測からは、近代的観測開始以来の南北鉛直循環の変化ははっきりしない。現実にもモデルにも数十年・数百年規模変動があり、温室効果強化の影響と分離して認識するのはむずかしい。

温室効果強化への応答は、陸上のほうが海上よりも大きい。そのうちには陸のほうが熱容量が小さいことによる過渡応答のちがいもあるが、定常応答にもちがいがある。それは、つぎのように説明できる(Manabe ほか 1992)。中緯度の冬は、アルベドフィードバックが陸のほうがおおきくきく。夏は、陸は蒸発がおこりにくいので温度が高めになる。

第9章。寒い気候のもとでの海洋深層水形成。
Stouffer & Manabe (2003, Clim. Dyn.)は、大気海洋モデルで、二酸化炭素を標準の値の 1/2倍、1倍、2倍、4倍と変えて、定常応答をみる実験をおこなった。地上気温は二酸化炭素濃度が高いほど高く、地上気温の南北温度勾配は、寒い気候ほど大きい (これは雪氷アルベドフィードバックで説明できる)。

二酸化炭素濃度 1/2倍の海洋は、1倍以上の海洋とだいぶちがう。深層と同じ、海水の氷点に近い水温の水が、両半球高緯度にひろくあらわれている。深層の塩分は濃い。深層水はおもに南大洋の海氷がつくられるところでの深い対流でできている。南半球の海氷域のひろがりの季節変化は小さく、多年氷が多い。

LGMと現在とのCO₂濃度のちがいは1/2ほどではないが、LGMでも、南極のまわりでは氷点にちかい高塩分水がつくられていた証拠がある。厚い海氷があって、海洋と大気と交換をさまたげていただろう。そして、湧昇があったので、生物生産はさかんだっただろう。
それで、南大洋へのCO₂の吸収が多く、大気中のCO₂が少なかったのかもしれない。

Broccoli (2000) のLGMのシミュレーションは南大洋では復元推定とあまりよく合っていないが、そのモデルには深層循環の変化がふくまれていない(現在の気候で値をきめたflux adjustmentで近似してしまっている)からだろう。

第10章。水循環と水資源賦存量の変化。
温暖化すると、水循環は、降水量・蒸発量などの水の質量の単位時間あたりの流量がふえるという意味では、「加速する」。【わたしからの補足だが、大気中の水蒸気の「回転」が速まるという意味で加速するわけではない。わたしの見たかぎりのシミュレーション結果ではいずれも、温暖化とともに水蒸気の平均滞在時間は長くなる。】

Manabe & Wetherald (1975 JAS) の二酸化炭素倍増に対する定常応答では、世界平均降水量は7.4%の増加となった。地表面熱収支の各項を見ると、正味放射はその3.5%の増加(おもに地球放射の変化)、蒸発はその7.4%の増加、顕熱輸送はその7.7%の減少となった。温度と飽和水蒸気圧とのClausius-Clapeyronの関係式は指数関数型をしているので、温度あたりの飽和水蒸気圧の増加は、温度が高いほど大きくなる。それで、地表面がしめっているかぎりは、温度が高いほうが、乱流エネルギー輸送の潜熱と顕熱への分配が潜熱のほうにかたむくのだ。

しかし、水循環の変化は空間的に一様ではない。

Wetherald & Manabe (2002, JGR)は、格子間隔 約250 kmの大気海洋結合大循環モデルで、二酸化炭素を1990年から2090年まで年1%複利でふやすシナリオでアンサンブル実験をおこない、2050年を中心とした30年間のアンサンブル平均を、二酸化炭素濃度を固定したcontrol runの100年平均と比較した。Manabe ほか (2004, Clim. Change) では、そのつづきで、二酸化炭素濃度を controlの4倍にたもった実験をした。陸面水文はバケツモデルで表現されている。蒸発量は、地表面がしめっているとして計算した可能蒸発量と、土壌(バケツ)水分量からもとめる。

CO₂濃度4倍の気候の降水量・蒸発量の変化量の分布は、これまでの研究でのCO₂濃度2倍のばあいと同様で、大きさは約2倍だった。変化量の緯度に対する分布をみると、蒸発量はどの緯度でもふえるが、降水量は、赤道付近の降水帯と、温帯低気圧帯の高緯度側で、集中してふえ、亜熱帯ではふえない。降水量と蒸発量の差の変化には、”rich get richer” (Chou ほか 2009 JClim) の傾向がある。河川流出量や土壌水分は、熱帯と温帯低気圧帯ではふえるが、亜熱帯ではへるだろう。

Manabe ほか (2004 Hydrol. Sci. J.)は同じ実験での河川流量の変化を見た。温暖な気候では、河川流量は、高緯度では大きくふえる。赤道帯でもふえる。中緯度のうちヨーロッパやColumbia川などでもふえる。亜熱帯ではふえず、へるところもある。IPCC AR5 図12.24の multimodel average の結果もこれとにている。ただし、Amazon川の流量は、multimodel ではへるのだが、Manabeほかの結果ではふえている。multimodel average ではAmazon の雨量が観測よりも過小になっているので、本書の著者は、Amazonの流量はふえると予想する。

土壌水分は現実が複雑なので、観測との直接比較ができない。バケツモデルの土壌水分量は、control run で北アメリカの乾燥域が(南部で)東にひろがりすぎという難点はあるが、大陸規模の乾湿の指標としてはよいだろうと考えている。

Manabe ほか (2004, Clim. Change) の実験で、温暖な気候では、オーストラリア西・南部、アフリカ南部、ヨーロッパ南部、中国東北部、北アメリカ南西部で土壌水分が減った (北アメリカ南東部でも減っているが、バイアスのせいかもしれない)。季節別に見ると、乾燥・半乾燥地域の乾季の減少が大きい。IPCC AR5 図12.23の multimodel average の結果もこれとにている。ただしAmazon川流域の状況はちがう。こうなるしくみは、地表面に達する下向き地球放射がふえて、蒸発に利用可能なエネルギーはふえるが、亜熱帯陸上では降水量がふえないので実際の蒸発量はふえることができず、土壌水分がへってつりあう、と考えられる。さらに、大気中で水蒸気が水平発散しているところでは、温度があがれば、水蒸気発散もふえるだろう。

土壌水分には年々変動や十年規模変動もある。たとえば、北アメリカ南西部では、温暖化が進行すると、土壌水分が異常に低い値をとる年の頻度がふえる。かんばつがふえると予想される。

北アメリカやユーラシアの内陸部では、夏に土壌水分がへる(冬にはふえる)。このことは、Manabe & Stouffer (1980, JGR)で論じた【わたしが聞いた1983年の講義では強調された論点のひとつだった】。Manabe & Wetherald (1987, JAS)で、 大気+海洋混合層のモデルによって、さらに検討した。
北緯60度付近のシベリアやカナダのばあいは、融雪時期の早まりがきいている。
中緯度のばあいは、冬は温帯低気圧帯の高緯度側に位置するので降水量がふえる(蒸発量は冬なので少ない)が、夏は温帯低気圧帯の低緯度側に位置するので、降水量がふえず、蒸発量はふえる。
なお、亜熱帯では、通年で土壌水分がへるが、とくに降水量のすくない冬から春にへる。

まとめると、温暖化が進行すると、乾燥・半乾燥地域では土壌水分も河川流量もへり、かんばつの頻度がふえるだろう。他方、水の多い高緯度と熱帯でますます水がふえ、洪水の頻度がふえるだろう。これは水資源需給をむずかしくする。(Milly ほか 2002 Nature 数値実験の論文、Milly ほか 2008 Science 評論)。

あとがき。
大循環モデルは、物理法則による部分と、parameterization とをふくむ。かつて、計算機の能力がかぎられていたので、parameterization は単純だった。それでも、気候の平均状態や、気候の変化の特徴を、かなりよく再現できた(Stouffer & Manabe 2017 Nature Climate Change)。簡単な parameterization と 低い分解能ならば、たくさんのシミュレーションができ、結果の診断もしやすい virtual laboratory にできる。簡単な parameterization による気候モデルは、今後も、現在だけでなく過去の地質時代の気候をexploreするためのpowerful toolsであるだろう。【Shackley 2001 ([別ブログ 2013-07-05の記事])が “Scientist C” の意見として伝えたのと同じ主張。】

• 国立天文台, 2020: 理科年表 2021 (令和3年 第94冊)。丸善出版, 1174 pp. ISBN 978-4-621-30560-7.

『理科年表』は毎年11月末ごろに次の年のものが発行される。

このブログにはこれまでに [2012年の冊]の読書メモで、わたしがどの記事に注目しているかを書き、それから[2015年の冊]、[2016年の冊]、[2017年の冊]、[2018年の冊]、[2019年の冊]、[2020年の冊]でそれぞれ変化したところについて書いてきた。

いつものように、暦の部に天体の見かけの位置の2021年の予測位置がしめされている。地学の部や気象の部の一部が最近(多くは2019年まで)の観測によって更新されている。気象の平年値の更新は2020年の観測値が出そろってからだから、つぎの「2022」の冊でおこなわれるはずだ。

目次を昨年と見くらべ(ただし書きぬきまではしていないので見落としがあるかもしれない)、「序」を読んで、改訂箇所を知る。

暦部は、今年はトピックがない。目次にはほかの変更は見あたらない。

天文部は、目次に見られる改訂は、トピック更新だけのようだ。トピックにはつぎの3つがある。

• 銀河の距離の改訂について
• 地球型系外惑星のための新装置稼働: … TESS と … IRD
• KAGRA観測開始

「序」を見ると、「銀河」「銀河団」を大幅に改訂しているとのことだ。とくに天体までの距離の数値に改訂があるので、トピックでも説明したのだそうだ。

気象部は、目次に変更がないようだ。

物理・化学部は、今年はトピックがない。
「序」によれば、「原子量」「安定同位体など」の数値を IUPAC 2019年勧告に基づいて改訂したそうだ。

地学部は、目次には実質変更がないもようだ(「おもな火成岩」の火山岩・深成岩が1項目になったが)。
「序」によれば「火山・地震関連を大幅改訂」したとある。
とくに「日本付近で起こった被害地震の年代表」を一から見なおしたとある。この表は、出典文献記載や凡例はほとんど変わっていないものの、表のあとに「2020年9月現在」とあり、内容を拾い読みしても、変更されているところがあちこちある。
しかし、そのほかの地震・火山関係の変更は一見ではわからない。火山については、前の2020年の冊で「日本のおもな火山」の全面的改訂があったがその冊の「序」ではふれられていなかったので、今回まとめてのべたのだろうと思う。

生物部は、生物分類表が、今年は、植物、藻類、菌類、原核生物、ウイルスのばんだ。「序」によれば、このうち菌類、原核生物、ウイルスの分類表が改訂された。表のあとの出典記載は著者と発表年だが、発表年がいずれも「2020」になっている。
「細胞・組織・器官」の節の目次には、「G₂/M/G₁期におけるサイクリンB-CDK1 (M期統御キナーゼ) とホスファターゼの活性の拮抗」という長い名まえの項目が追加されている。
「生理」の節の目次では、「呼吸」「オオムギのRQ」「光呼吸の大きさ」がなくなり、「クロロフィルの光吸収」が「クロロフィル類の吸収スペクトル」になり「その他の光合成色素類の吸収スペクトル」が追加されている。
トピックは「新興感染症」。

環境部のトピックは「サバクトビバッタの大発生」。
そのほか、目次に見られる変更は見あたらない。
内容をたまたま見たところだが、「物質循環」の節の「地球表層 (生物圏) におけるリンの循環」の出典に2018年の文献がつけくわわり数値がいくつか変わっていた。数値が幅をもつ表現になったのは学問的には誠実なことだと思うのだが、数字がこみいって読みにくくなったという気もしないでもない。

• John C. Mutter, 2020: Climate Change Science — A Primer for Sustainabile Development. New York: Columbia University Press, 194 pp. ISBN 978-0-231-19223-1 (paperback)

2020年の新刊、わたしは2020年11月に日本の洋書店の店頭で見て、同じ書店の通信販売で買った。

気候変化に関する自然科学の入門書だ。最後の第6章で人間社会の持続可能な発展につなげているが、それは総論だけであり、社会科学の本ではない。

予備知識が高校の物理ぐらいの人に10時間ぐらいで気候の科学を理解してもらう入門書としてはよさそうだ。ただし、あとでのべるように、数量の分布図が読みにくいという欠点があり、また、大気や海洋の循環の説明はあまりうまくないので、ネットなり他の本なりから材料をおぎなえる教員か先輩がついていないとつらいかもしれない。

第1章。まず気候と植生の関係から気候への短い導入がある。ケッペンの気候区分を簡略化してつかおうとしているのはよいのだが、サハラと日本南部などをいっしょにしてsubtropical zoneというまとめかたはまずい。

それから、世界平均地上気温が15℃であることを因果関係を追って、太陽が出す放射、太陽と地球との位置関係、地球の太陽放射反射率、温室効果の4段階で説明する。温室効果は、まず大気を1枚のガラス板のようなもので近似したモデルで説明し、それから、どのような分子がどのように赤外線と相互作用するのかの説明がある。ここはしっかりした教材だと思う。(わたしの授業でもだいたい同じ流れになる。)

第2章。まず世界の地表付近の風、気圧、降水量の分布を見せている。

それから、それがどのようなしくみでできているかの説明がある。まず海陸風の模式がでてくる。それから、大気大循環は、赤道で上昇して極で下降するものになるかという考えを示し、地球の自転があるのでちがってくるのだと述べる。コリオリ効果の説明はしっかりしている。大気大循環の説明で、ハドレー循環と同等にフェレル循環と極循環を強調してしまっているのはうまくないと思う。しかし熱帯について積雲の分布、温帯についてジェット気流を示しているのは適切だろう。モンスーンは季節による降水帯の南北移動を基本とし、それに海陸風と同様なしくみと、地形性上昇による降水のしくみがくわわるという説明になっている。それから、海洋の大循環の簡単な説明がある。また、仮想的な大陸上で(海との関係で) ケッペン流の気候がどう分布するかという模式図がしめされている(これを出すのは20世紀なかばの気候学者の直観を重視しすぎという気もするのだが)。

著者はColumbia大学のEarth InstituteでSustainable Developmentの教育を担当しているのだが、ウェブサイトで経歴について見ると、もとの専門は固体地球物理なのだ。この第2章を見たわたしは、著者の気象学・気候学・海洋学の知識は何十年もまえに学んだままになっていて、著者はそれでよいと思っているのだろうという印象をもった。(コリオリ効果や海陸風の原理に関するかぎりはそれでかまわないのだが、モンスーンなどについては教えるならば勉強しなおしてほしいと感じる。)

第3章。自然の原因による気候の変動・変化。

はじめのわりあい短い部分で、第四紀の氷期サイクルを、Milankovitchの理論をふまえて論じている。フィードバック一般と雪氷アルベドフィードバックの概念も導入される。

章の大部分は、天候の年々変動や十年規模変動の話で、エルニーニョ・南方振動(ENSO)に重点がある。Columbia大学にはENSOの予測とその応用を専門とするIRIがあって、著者はそことつきあいがあるらしい。北大西洋振動(NAO)や、太平洋十年規模振動(PDO)にもふれている。

第4章。人為起源の気候変化(地球温暖化)の、いわゆる予測。厳密な意味での予測でないので projection という人が多くなっているが、本書では prediction と言ってしまっている。排出量シナリオから順を追って説明している。ただしこの章の範囲では、気候は世界平均地表温度にしぼっている。

第5章。地球温暖化の各論。

まず海面変化。とくに、氷床がとけるとどのような海面変化がおきるか。また、海面が上昇すると人間社会に困難をもたらす地域の例。

つぎに、温暖化がすすむと熱帯低気圧はどうなるか(ちょっと複雑な話)、

すこしだけ社会がらみの話で、気温の年々変動が大きくなると予測される国々とGDPの低い国々との重なりが大きいという図(Sebastian Bathiany, Wageningen University)が出てくる。この重なっているところはおもに熱帯の国であることを本書の著者が指摘している。そして著者は、地球温暖化はとくに熱帯の国に困難をもたらすのだという。しかしわたしは、その結論はもっともだとしても、気温の年々変動の振幅は熱帯ではもともと小さいのだから、それが大きくなるほうに変化して社会に困難をもたらす可能性は、なくはないとはいえ、少ないだろうと思う。熱帯で重要になるのは気温ではなく、乾湿だろうと思う。

最後に commited warming という話がある。温室効果気体排出をやめたとしても、大気中の温室効果気体のたまりと、気候システムのエネルギーのたまりがあるので、気温上昇はまだ続く、ということだ。

本書の図のうち、メカニズムを説明する模式図は著者のオリジナルらしいものもあるが、大部分の図は、あちこちのウェブサイトで公開されているものを使っている。表現対象の選択はよいと思うのだが、ものごとの地理的分布を示した図の多くが、情報読み取り困難になっている。本書は白黒印刷で、グレーの階調は表現されてはいるのだが、原図では色で区別されていたにちがいないものごとが区別できないのだ。

ただし図2.3は、等値線間の区間を、印刷技術の「網版」と同様に、規則的に分布する点で構成された模様で塗り分けていて、その点では、白黒の出版物を出す人に見ならってほしい表現方法だ。しかしこの地図には、緯度経度がわからないという大きな欠点がある。大陸の形からみて緯線も経線も直線でない地図投影方法を使っているにちがいないのだが緯線も経線もひいてないのだ。(なお、この図の出典は、日本の気象庁の JRA-55 Atlas となっている。しかし本書に書いてあるURLは 2020-11-27 現在、存在しなくなっている。JRA-55 Atlasは https://jra.kishou.go.jp/JRA-55/atlas/ にあるが、そこで作れる図の表現方法は本書にあるものとちがっている。)

ちかごろ、研究論文雑誌はカラーの図をわりあい安く出せるところがふえてきたが、教材や知識普及の出版をするときには、著者と出版社のすくなくともどちらかが、白黒で読みやすく図をつくる技術を持っている必要があると思う。(たとえば、わたしは、地図上に数量の分布を示すのに、カラーならばGrADSでよいが、白黒の図がほしいときは網版のようなドットパタンを使えるGMTでつくりなおすことを考える。)

折りかえしのあとに くわしい目次をつける。
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• Syukuro Manabe & Anthony J. Broccoli, 2020: Beyond Global Warming — How Numerical Models Revealed the Secrets of Climate Change. Princeton NJ USA: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-05886-3, 978-0-691-18516-3 (e-book). 出版者サイトのこの本のページ https://press.princeton.edu/books/hardcover/9780691058863/beyond-global-warming

本の概略と目次の書きぬきは[2020-02-04の読書メモ]に書いた。その後、紙の本も買って、2020年11月、なんとか読みとおした。今回の[メモ その2]では、全10章のうち第5章までの要点と思ったことを書いておく。第6章以後は、後日に追加する(この記事に書きたすか、別の記事にするかは未定)。

真鍋さんがながらくPrinceton大学の大学院でつづけてきた講義の資料をもとに、GFDLで部下だったBroccoliさんとともに本の形にまとめたものだ。わたしが1983年に東大できいた講義とおおすじは変わらないが、あたらしい材料がくわえられている。

内容にはいるまえに図について気づいたことを書いておく。本書の話題には、いろいろな数量の、北極から南極まで、あるいは赤道から極までの、南北分布の図が多いのだが、本書ではいつも図の左側を北にしている。わたしは左側を南にすることにしたので、比較するのには左右を反転しなければならない。この件に統一された標準はなく、著者ごとの習慣があるだけなのだ。

序文で、数理モデルは、予測だけでなく、(地質学的過去の気候をもふくむ)気候の基本的物理過程の理解にやくだつ、と言っている。

第1章。序論。話を世界平均地表温度がすでに上昇しているという事実からはじめている (この点は今ふうだ)。

温室効果を、外向き地球放射の代表温度と地上気温の差として導入している。そして、外向き地球放射をひとつの代表高さの温度の黒体放射で近似する模式図が、まず図1.5に出てきて、何度も変形してつかわれる。図1.7では地表面に達する下向き地球放射の代表高さを上向きとは区別してとりあげている。

第2章。大気中の温室効果気体(とくに二酸化炭素)が気候変化の原因になることについての、真鍋さんがとりかかるまでの研究の歴史。

Fourier (1827)が、温室効果にあたる理屈をのべた (de Saussure によるガラス板をはめた道具を参考にした)。ただし原因物質は特定しなかった。Tyndall (1859, 1861)が、実験で、どんな気体が赤外線を吸収しているかをしめした。そしてArrhenius (1896)が、二酸化炭素濃度の変化にともなう気温の変化の定量的みつもりをした。二酸化炭素倍増への定常応答[これはわたしの表現だが]は 5～6℃となった。大気は1層モデルで考えていた。二酸化炭素の赤外線吸収率は、Langley (1889)によったが、Ramanathan & Vogelmann (1997 Ambio)によれば、これは現代の知見の 2.5倍 ぐらいだ。これを修正してやりなおすと定常応答は約2℃になる。

つぎの発展は、E. O. Hulbert (1931, Physical Review 38: 1876-1890) が、多層モデルで、放射対流平衡[これは真鍋さんの表現]を計算したことだ。二酸化炭素倍増への定常応答は 4℃となった。ただし、水蒸気と雪氷のフィードバックを入れていないので、現代の知見によればそれは 1.2℃ となるところだ。この研究はながらくわすれられていた。【Archer & Pierrehumbert 編 (2011) Warming Papers [読書メモ]の編者が気づいていたら収録していたはずだから、それ以後に再発見されたのだろう。】

よく知られたのは Callendar (1938)で、二酸化炭素倍増への定常応答 2℃という数値を得ていたが、地表面熱収支を基本に考えたものだった。多くの人が同様な考えかたをしたが、それはうまくなかった。【Warming Papersの本でPierrehumbertが “The Surface Budget Fallacy” として論評している。】Möller (1963) が放射過程を改訂してやりなおしたら 1℃ になったが、水蒸気フィードバックをいれたら計算結果はあばれて「-6℃」となることもあった。Newell & Dopplick (1979)は、地表面・大気の熱交換をくわえて、0.25℃という小さな定常応答をえたが、これは、気温と絶対湿度を固定して地表面温度の変化を見ようとしたからだった (R. G. Watts, 1981, Journal of Applied Meteorology)。

第3章。鉛直1次元モデルによる「放射対流平衡」。Manabe & Strickler (1964) が鉛直1次元モデルで現実的な鉛直温度分布を再現した。Manabe & Wetherald (1967)が二酸化炭素濃度を変えた実験をした。水蒸気のフィードバックを相対湿度一定という形でとりこんだばあいの二酸化炭素倍増への定常応答は2.4℃となった。

二酸化炭素濃度が高いほうが地上と対流圏の気温は高くなるが、成層圏の気温は低くなる。(定常応答ではないが)すでに起こっている気候の変化として、1958-2005年のあいだに、対流圏下部の気温が上がるとともに、成層圏下部の気温は下がっていることがしめされている(図はIPCC第4次評価報告書から)。

第4章。大気大循環モデル。大気大循環モデルは GFDL, LLNL, UCLA, NCARで並行して開発された。Edwards (2010) A Vast Machine [読書ノート]の第7章で整理されている。

GFDLではSmagorinsky が2層モデルを開発していた(論文 1958年)。真鍋は1958年の秋にくわわり、おもに、放射、対流、地表面 熱・水収支を担当した。放射についてはドイツから Möller をまねいて学んだ。

最初に成果を出したモデル(Manabe et al. 1965 MWR, Smagorinsky et al. 1965 MWR)は、季節変化のないもので、年平均の太陽放射を与えた。格子間隔は約 500 km だった。深い湿潤対流 (Riehl & Malkus 1958 の giant hot tower) を 湿潤対流調節 で表現した。地表面は、熱容量がなく水が自由に蒸発できる表面(“swamp”)とした。150日ぐらいで気温の南北鉛直分布はほぼ定常になった。熱帯の降水帯 (ITCZ)もできた。ただし実際よりせまい。温帯低気圧帯、亜熱帯乾燥帯もできた。ただし、熱帯圏界面が中緯度までひろがってしまう。(季節変化のないことの影響)。

それから、 全球の現実的地形のモデルをつくり、まず1月に固定した実験(Holloway & Manabe 1971 MWR)、それから季節変化のある実験(Manabe & Holloway 1975 JGR, Manabe et al. 1974 JAS)をした。年降水量の分布、赤道をこえてモンスーンにつながる熱帯対流圏下層の風の分布などがうまく表現された。ただし、観測にもとづく海面水温をあたえて計算したものである。

第5章。大気大循環モデルで、二酸化炭素濃度あるいは太陽放射をかえて、定常応答をみる実験。

まず、経度幅 60度の陸と60度の海(ただし高緯度は全部陸)という理想化した海陸分布で、季節変化なしのモデルをつくった。陸も海も熱容量がない。海氷は温度できまり、陸の土壌水分と積雪は質量収支によって変化する。

二酸化炭素倍増への定常応答をみた (Manabe & Wetherald 1975 JAS)。温度上昇(ここでは定常状態どうしで2xCO2 (600 ppm)のほうが1xCO2 (300 ppm)よりも温度が高いことをこう表現しておく)は、高緯度の対流圏下層(から中層)で大きい (polar amplification。すでにおきた気候変化でも同様な特徴がみられる)。この原因としては雪氷アルベドフィードバックがあるが、それにくわえて大規模な循環の効果による気温減率の変化(Held 1978 JAS)がある。他方、熱帯の温度上昇は対流圏上層のほうが大きい(この特徴も、マイクロ波リモートセンシングの観測値が得られるようになってからすでにおきた気候変化でもみられる)。これは、深い湿潤対流の結果である。湿潤断熱減率が温度が高いほうが小さいので、気温減率がちいさくなる。高緯度と低緯度の変化がうちけしあって、全球平均の気温減率の変化はちいさい。(鉛直1次元モデルでつかった気温減率固定の近似は悪くなかった。) 全球平均地上気温の定常応答は 2.9℃となった。鉛直1次元モデルより大きい理由としては雪氷アルベドがある。相対湿度は、300-700 hPa ではへり、700 hPaから下層ではふえるが、その全球平均地上気温への影響は 0.1℃以下だ (鉛直1次元モデルでの相対湿度固定の近似も悪くなかった)。

「太陽定数」を+2%, -2%, -4% とかえて定常応答をみた (Wetherald & Manabe 1975 JAS)。+2%の対流圏の気温の南北分布は 2xCO2のものとよくにている。GISSモデルでもよくにていた (Hansenほか 1984 Geophysical Monograph)。放射強制の南北分布がちがうにもかかわらず、応答がにてくるのは、南北温度勾配をある値以下にたもつしくみがあるのだろうか。傾圧不安定のおこる条件によって調節されるという説 (Smagorinsky 1963 MWR が示唆していたが Stone 1978 JAS が明確にのべた)がある。

太陽放射の一定比率の変化に対する全球平均地上気温の変化は、寒い気候ほど大きい。これには雪氷アルベドフィードバックがきいている。雪氷アルベドフィードバックをとりだすには、エネルギー収支モデルが有効だ。BudykoやSellersのエネルギー収支モデルでは、「太陽定数」 -2% で、全球が雪氷におおわれた状態にむかう不安定がおこりうるとされていた。大循環モデルでそのような不安定をおこすには、もっとおおきくへらす必要がある。Held, Linder, Suarez (1981 JAS) が大気2層の力学モデルで検討した。雪氷限界が緯度60度あたりにくるとモデルの気候は敏感になるが、不安定にはならず、雪氷限界がもうすこし赤道側にくるとモデルの気候は鈍感になる。雪氷が緯度20度までひろがると敏感になって不安定がおこる。拡散モデルでも、緯度によって拡散係数をかえると、このような特徴を表現できる。雪氷限界と南北混合が活発である温帯低気圧帯との位置関係が重要なのだ。

つぎに、季節変化のあるモデルによる定常応答実験をした(Manabe & Stouffer 1979 Nature, 1980 JGR)。海洋は混合層(深さ約70m)の熱容量として入れる。海氷も熱収支でできるようにする。等温静止から10年以上の計算をして、大気上端のエネルギー収支はほぼつりあった。

二酸化炭素濃度4倍(4xCO2)の実験をした。4xCO2と1xCO2の地上気温の差は、高緯度の冬に大きく、夏にはそれほど大きくない。(すでに起きている気温変化のトレンドもそうである。) 4xCO2では、海氷は薄くなり、夏にはなくなる。冬の海氷が薄いのは、冬の放射収支のちがいのせいではなく、夏の放射収支のちがいが、海洋混合層の熱容量によって影響をおよぼすのだ。なお、日射量の多い夏に海氷面積は小さいという負の共分散があるので、季節変化のあるモデルのほうがないモデルよりも、太陽放射の吸収が大きくなり、地表面温度は高めになる (Wetherald & Manabe 1981 JGR)。季節変化がアルベドフィードバックをつよめるのだ。

すでにおきた気候の変化を季節ごとにみる。地表温度(HadCRUT)の、1961-1990から1991-2009への変化(Manabe, Ploshay, Lau 2011 JClim)をみると、北半球では高緯度ほど大きい温度上昇があり、北極圏で大きいが、夏にはあまり大きくない。南半球でははっきりしたpolar amplification はなく、南緯55度付近のトレンドは小さい。南半球中高緯度の特徴は、海洋深層とのエネルギー交換(第8章の話題)によるので、大気と混合層だけのモデルでは表現されない。海氷域面積の1979-2009年の変化(Perovich et al. 2010 BAMS)をみると、9月の減少percentageが大きく、3月の減少percentageはそれほど大きくない。

GISSのHansenたち (1983 MWR, 1984 Geophys. Monogr.)も、大気+海洋混合層のモデルを開発した。polar amplificationはGISSモデルでも見られた。CO2濃度への応答は、GISSモデルでは2倍で4℃。GFDLモデルでは4倍で4.1℃だったので、2倍では2℃ぐらいで、モデルの感度がちがう。気候モデルの感度は第6章で論じる。

• Gerald R. North, 2020: The Rise of Climate Science — A Memoir (Kathy and Ed Cox Jr. books on conservation leadership). Collage Station TX USA: Texas A&M University Press, 306 pp. ISBN 978-1-62349-867-2. 出版者サイトのこの本のページ https://www.tamupress.com/book/9781623498672/

2020年の新刊。本自体には発行月日が見あたらないが、版元ウェブサイトによれば (14月10日はありえないので) 10月14日だ。わたしは2020年5月ごろ近刊情報をみた。そこでは、8月出版予定となっていたと思う。わたしにとってはいろいろ縁のある人の著書なので、10月はじめに日本の洋書通信販売で注文可能になってすぐ注文したら、11月19日にとどいた。

常勤職を引退して非常勤の名誉教授となっている学者の、自伝あるいは回顧録のような本だ。環境保全に功績のあった人についての本のシリーズを出すという趣旨で大学出版会に寄付があって、その一冊として出版されたらしい。

気候への物理的アプローチの発達を、当事者の目から知ることができるという点では、Manabe & Broccoli (2020) Beyond Global Warming [読書メモ]と同様なのだが、Manabe & Broccoli の本が気候科学の知識内容の教材としても有用なのに対して、本書はそうでもない。今後数十年の気候変化 (地球温暖化)のみとおしについての知識提供(第13章)はあるが、IPCC第5次評価報告書(2013-14年)の要点と、テキサス住民むけの補足だけで、その論拠についての議論はあまりない。

ソ連を訪問したときの経験など、興味深いエピソードはいろいろある。大学の学科経営についての経験も、科学アカデミーの下の委員長として報告をまとめた経験も、たまたまうまくいった面もあるので、かならずしも手本にはならないと思うが、それに関心のある人には参考になるかもしれない。

著者が気候を専門とするようになったきっかけは、1974年にサバティカルでNCARに1年間滞在したことだった。本書はだいたい時系列順にかかれているのだが、NCARでの経験は特別に序章でとりあげられている。【そのおおすじはわたしはまえに著者から直接きいていて、別ブログの[2012-11-23 各専門は、それを副専門にする人のための研修の場を]の記事で例にあげた。ただ、そのときは思いちがいをしていたところがあって、きょう訂正した。】

著者は1938年にTennessee州に生まれ、自宅からかよえたUniversity of Tennessee (Knoxville)に入学した。はじめは化学を専攻したが化学がすきになれず(その大学の先生のおしえかたがあわなかったようだが)、物理に専門をかえた。学生でありながら Oak Ridge 国立研究所で研究体験ができる制度があった。熱核融合の研究室で、その実験に関連する理論計算のコンピュータ プログラミングを(女性の技術者が担当していた仕事を分担する形で)した。

Univ. of Wisconsin の大学院、Penn State Univ.でのpost-doc研究員をへて、University of Missouri – St. Louis の物理の教員になった。これは Univ. of Missouri – Columbia とは同じ経営体の下ではあるが別のちいさな大学だった。著者たち若い物理教員たちは、物理の教育の幅をひろげるために勉強した。著者がNCARで研修しようと思ったのもそういう動機だった。

そのころ、NCARは、気象学から気候の科学に対象をひろげようとしているところだった。そして、ソ連のMikhail I. Budyko と アメリカのWilliam D. Sellers が、それぞれ、南北1次元エネルギー収支気候モデルによって、地球の気候は、複数の安定状態とその間の不安定状態をもち、激変する可能性のあるシステムだ、と論じていたことが話題になっていた。BudykoもSellersも、おもに、地表面(地面や海面)のエネルギー収支の各項について、観測データをつなぎあわせながら、全世界の分布をしめしてきた人だ。地表面のエネルギー収支を大きく変える要因として、雪氷(積雪・氷河・海氷)がある。雪氷の存在する条件は温度によって変化する。だから雪氷は気候にとって正のフィードバックをもたらしうる。

ところが、Budykoのモデルは直観的すぎるところ、Sellersのモデルはこの議論のためには必要以上に複雑なところがあって、そこから研究をすすめる道具としてはうまくなかった。Northは、物理数学(物理学でひろくつかわれる数学)の観点で、モデルをつくりなおし、システムの安定・不安定の議論ができるようにした。

わたしは 1983 年に東大に滞在中の真鍋淑郎さんの講義のなかでBudyko-Sellers型モデルの話をきいた。そこで参考文献にあげられていたのが、North, Cahalan, Coakley (1981)のレビュー論文、当時最近の研究例として紹介されたのが、North, Mengel, Short (1983)の水平2次元モデルの論文だった。わたしが教えるたちばになって、それを教材につかった。阿部・増田 (1993)の第2節「エネルギー収支モデルと雪氷アルベドフィードバック」は、おもに、真鍋さんの講義とNorthさんの著作の議論の要点を再現しようとしたものなのだ。

Northさんは、1978年に、MarylandにあるNASAのGoddard Space Flight CenterのLaboratory for Atmospheres にうつった。【当時は … Atmospheric Sciences で GLAS、のちに Atmospheres で GLA になったはずだが、本書では、Atmospheres, GLASという形でとおしている。】 所長は David Atlas だった。当時そこには、気象をふくむ地球科学の理学的研究者はすくなかったが、Milton (本書では Milt) Halemの modeling branch には、アメリカ全国で知られた気象力学や気候モデルの研究者たちが出入りしていて、専任にくわわった人もいた。また、マイクロ波リモートセンシングの研究室では、地球観測に役だつ技術研究がされていた。

著者はそこで、エネルギー収支気候モデルと、それによる氷期などの古気候についての理論的考察を、自分のプログラミング能力ではできなかった2次元モデルにひろげることができた。地質の証拠にもとづく古気候研究についての勉強にでかけたり、ソ連に行ってBudykoをふくむ研究者と議論したり、氷河を見学したりもした。

NASAの研究所だから、人工衛星ミッションにもかかわることになる。1984年にNASA内で地球観測の衛星ミッションの提案公募があった。マイクロ波リモートセンシング研究者の Otto Thiele, Tom Wilheit とともに、雨をはかる提案をつくった。それは日本の宇宙開発事業団(当時)・電波研究所(当時)と共同のTropical Rainfall Measuring Missionになった。【NASAの事業のうちでの地球観測の位置の変遷については、Conway (2014)が論じている。TRMMについての日本側からの概説は、寺門 和夫 (2015) 『宇宙から見た雨 — 熱帯降雨観測衛星TRMM物語』 [読書メモ]にある。わたしのかかわりもその読書メモに書いた。アメリカ側でTRMMの自然科学的知見を得る研究の代表者になったのは Joanne Simpson だった。Sarah Dry (2019, 日本語版2020) Waters of the World (『地球を支配する水の力』) [英語版の読書メモ][日本語版読書メモ]に出てくる。】

NASAは国の役所なので、研究職でも年長になると、管理職的業務がふえてくる。Northさんは、それをさけて大学にもどることにし、1986年(らしいのだが本書を見たかぎりではよくわからなかった)に Texas A&M (TAMU) の気象学科にくわわった。当時のTAMUの気象学科は、すぐれた学者がいたのだが、空軍軍人の学士レベルの技術研修をひきうけていたせいもあって、教育業務に追われ、研究や大学院教育がうまくいっていなかった。Northさんは、まず自分よりもうわての Ed Zipser を学科長にむかえ、1995年から8年間は自分で学科長をつとめ、研究と大学院教育がまわるように改造していった。学科名も Meteorology から Atmospheric Sciences にかえた。

Northさん自身のグループの研究としては、一方ではTRMM関連の仕事をつづけた。また、統計学の授業を担当しなければならなくなったことや、気象の授業を聴講にきていた数学の若手の客員教員【Sam Shin-Poo Shenとなっているが、2019年に出たClimate Mathematics [読書メモ]という教科書の著者のSamuel P. Shenと同じ人にちがいない】と共同研究できたことなどをきっかけに、気象・気候に関する統計の研究をした。経験的直交関数(EOF)のサンプリング誤差に関する研究をし、広く知られた。TRMMのサンプリングの研究もした。大学院生や若手だった共同研究者には、アジア系の名まえが多い。出身は韓国、香港、中国本土など多様だ。日本出身者としては、TAMUの海洋学で博士をとってpost-docになっていた中本 正一朗 さんの名まえが Sho Nakamoto として出てくるが、いっしょにやった研究の内容 (衛星観測の誤差に関するもの)の話題だけで、人物に関する話題はなかった。

古気候の研究もつづけた。地質学出身の Tom Crowley を(当初はNASAなどから研究費をもらう受け皿としてつくった会社の人として、のちにはTAMUの教員として)むかえて、いっしょに本 (Crowley & North 1981 Paleoclimatology, Oxford U.P.)を書いた(おもに書いたのはCrowleyで、Northは気象学の概念との調整を担当した)。

学科長の任期をおえたあと、2014年までは教授にとどまったが、研究活動のはばは縮小した。しかし、さまざまな組織運営の役員としての仕事をたのまれた。

2006年に、科学アカデミー (NAS)会長のCiceroneから電話がかかってきた。(会長本人からだったのは、学者としてのCiceroneの専門にわりあい近い分野の話題だったせいもあると思うが。) 最近千年間の気候変動の実態に関する、いわゆる「ホッケースティック曲線」についての議論について、科学の観点からのレビューをする委員会の委員長をしてほしいということだった。アカデミー会員で委員会にくわわった J. M. (Mike) Wallace と Robert (Bob) Dickinson、おそらく Wallace による人選だったにちがいない。【たしかに、大気の力学に基づくデータ解析が専門の Wallace よりも、古気候と統計で実績のある North のほうがこの問題を整理する仕事にふさわしい。】【ところで、本書序章によれば、Wallaceは、著者と同じ時期にサバティカルでNCARに滞在し、(本書には文献情報がないが) のちに Wallace & Hobbs (1977, 2006) Atmospheric Science — An Introductory Survey となる本の原稿を書いていた。著者はその原稿を読ませてもらって、気象学に早くなじむことができたのだった。】

著者は、温暖化懐疑論者として知られる人のうちから、科学的な話が通じそうな人として、John Christy をえらび、くわわってもらった。統計学者にも、堆積物や年輪や氷河や数値モデルによって古気候を研究している人にもくわわってもらった。そして、その年の6月の国会でのヒアリングにまにあうように報告書 (NRC, 2006)をまとめた。短期間で書かれたものだから、わりあい簡単な内容ではあるが、「ホッケースティック曲線」とよばれた Mann ほかの研究だけを論じるのではなく、それをふくむ問題領域の(当時の)学術知識をレビューするものになっている。

【いわゆる「ホッケースティック曲線」の件についてのわたしの認識は、[2018-04-06 「ホッケースティック曲線」をめぐる話題の整理]、[2010-02-27 ホッケースティック幻想、反ホッケースティック幻想]、[2005-07-12 (その後たびたび部分的改訂) ホッケースティック論争]のページに書いた。】

文献 (上の本文中から読書メモにリンクしたものは省略した)

• 阿部 彩子, 増田 耕一, 1993: 氷床と気候感度 — モデルによる研究のレビュー。 気象研究ノート, 177号, 183 — 222. [著者(増田)によるHTML版]
• Erik M. Conway, 2014: Bringing NASA back to Earth: A search for relevance during the Cold War. Science and Technology in the Global Cold War (Naomi Oreskes & John Krige eds., The MIT Press), Chapter 8. [読書メモ]
• National Research Council (NRC), 2006: Surface Temperature Reconstructions for the Last 2,000 Years. Washington DC: National Academy Press, 180 pp. NRCの中のBoard on Atmospheric Sciences and Climateのもとにつくられた Committee on Surface Temperature Reconstructions for the Last 2,000 Years の報告書。https://www.nap.edu/catalog/11676/ に PDFファイルがある。
• G. R. North, R.F. Cahalan and J.A. Coakley Jr., 1981: Energy balance climate models. Reviews of Geophysics and Space Physics, 19, 91 – 121. doi: 10.1029/RG019i001p00091
• G. R. North, J.G. Mengel and D.A. Short, 1983: Simple energy balance model resolving the seasons and the continents: Application to the astronomical theory of the ice ages. Journal of Geophysical Research, 88: 6576 – 6586. doi: 10.1029/JC088iC11p06576

折りかえしのあとに くわしい目次をつける。
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• 三隅 良平, 2020: 47都道府県 知っておきたい 気象・気象災害がわかる事典。ベレ出版, 217 pp. ISBN 978-4-86064-633-2.

2020年10月の新刊。A5判横書きのペーパーバックだ。同じ三隅さんによる『気象災害を科学する』[読書メモ]と『雨はどのような一生を送るのか』[読書メモ]をふくめて、これまでのベレ出版の気象・水文関係の本の多くが、「四六判」(ほぼB6判)縦書きのペーパーバックだったのにくらべて、ひとまわり大きい本だ。しかし外見は「事典」という感じではない。

なかみは、はじめに「用語の説明」と「日本の気候」という総論的な資料集があるが、本の大部分は各都道府県別に4ページずつわりあてられた資料集だ。

各都道府県の内容として共通に、「土砂災害が起こりやすいところ」と「浸水が起こりやすいところ」をしめした地図、主な地点の気温と降水量(月ごとの平年値)のグラフ、日最高気温(8月の平均)と日最低気温(1月の平均)と季節(3-4-5月、6-7-8月、9-10-11月、12-1-2月)ごとの降水量の分布地図、気象災害の歴史年表をふくんでいる。最後の1ページはそれぞれの都道府県ごとにちがった気象災害の事例の記述で、古いものは古代、新しいものは2013年のものもあるが、近代的気象観測が普及した1880年代から1970年代ごろまでの事例がわりあい多い。

気象学者であり防災科学技術研究所の水・土砂防災研究部門の長である著者が、多くの人に洪水・暴風・大雪などの災害にあらかじめそなえるようになってほしいと考えて企画したものにちがいない。順に読んだのでは単調な本だが、読者がそれぞれ自分や知り合いの人が住んでいるところを読むことを想定しているだろう。用語集はあるものの、気象現象から災害になるまでの理屈の説明はほとんどない。『気象災害を科学する』やその他の本をあわせて読むとよいと思う。

折りかえしのあとに くわしい目次をつける。(全都道府県に共通な定型項目は、北海道のところに「=」印つきでしめし、あとは省略した。)
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• 淑徳大学アーカイブズ 編, 2018: 浄土宗 関東十八檀林 大念寺日鑑 一 (淑徳大学 アーカイブズ叢書 7)。淑徳大学アーカイブズ; 取扱: 株式会社 ディーエスサービス。出版元サイトのこの本のページ https://www.shukutoku.ac.jp/shisetsu/archives/publish/no7.html
• 淑徳大学アーカイブズ 編, 2019: 浄土宗 関東十八檀林 大念寺日鑑 二 (淑徳大学 アーカイブズ叢書 8)。淑徳大学アーカイブズ; 取扱: 株式会社 ディーエスサービス。出版元サイトのこの本のページ https://www.shukutoku.ac.jp/shisetsu/archives/publish/no8.html
• 淑徳大学アーカイブズ 編, 2020: 浄土宗 関東十八檀林 大念寺日鑑 三 (淑徳大学 アーカイブズ叢書 9)。淑徳大学アーカイブズ; 取扱: 株式会社 ディーエスサービス, 189 pp. ISBN 978-4-906818-16-7. 出版元サイトのこの本のページ https://www.shukutoku.ac.jp/shisetsu/archives/news/archives%e3%80%80dainennji.html

『門屋養安日記』[読書メモ]を借りた大学図書館の出口に、不要図書が置いてあった。前回に行ったときは、つかいふるされた除籍本が数十冊あったのだが、今回は、寄付されて不要とされたにちがいない新本が数冊あった。そのうちに、翻刻された日記があった。めくってみると、1857 (安政 4)年の毎日の天気がふくまれている。それ以外の内容は、お寺の業務に関することなので興味がわかないが、天気の資料として見のがせないと思って、もらってきた。

この大学の図書目録をみると、同じシリーズの第1巻だけがある。第3巻が登録準備中でもう1冊もらったのであまったのならよいのだが、1冊めから不要と判断されたのだとすると、わたしがもらうよりも登録してもらったほうがよいような気もする。

第3巻を見たかぎりでは、大念寺の所在地がわからない。「浄土宗 関東十八檀林」をてがかりにウェブ検索してみたら、茨城県 稲敷市 江戸崎であることがわかった。霞ヶ浦の南側だ。

淑徳大学のウェブサイトで、アーカイブズ関連の出版物紹介をさがした。ちかごろの大学のウェブサイトにありがちなのだが、トップページのメニューをみてもどこにあるかわからない。どこかにあるはずだという信念をもってあちこち探索すると見つかる。知らなければ知らないままになるだろう。

ウェブページの情報をもとに、3巻のうちわけを列挙しておく。

• 第1巻
  • 解説 /長谷川 匡俊 (アーカイブズ所長、淑徳大学 名誉教授)
  • 享保11年～14年 (1726～1729)
  • 天明2年～9年 (1782～1786)
  • 寛政10年～文化2年 (1798～1805)
  • 文化6年～10年 (1809～1813) [ウェブページには 1822～1827とあるが、わたしの判断で修正]
• 第2巻
  • 文政3年～8年 (1820～1825)
  • 文政9年～13年 (1826～1830)
  • 天保11年～弘化2年 (1840～1845)
  • 嘉永元年～3年（1848～1851）
  • 大念寺所蔵資料目録
• 第3巻
  • 安政3年～4年 (1856～1857)
  • 安政5年～慶応2年 (1858～1866)
  • 慶応3年～明治3年 (1867～1870)
  • 明治4年～5年 (1871～1872) [ウェブページにも本自体にも 1872～1873 とあるが、わたしの判断で修正]

第3巻の本の構成は、つぎのようになっている。

• [口絵] (白黒写真) 2ページ
• 凡例 2ページ
• [日記(4冊ぶん) 本文] 185ページ
• 図 (白黒写真) 5ページ

第3巻には4冊の日記帳が収録されているのだが、天気が記録されているかどうかは、冊子ごとにちがう。記録されているばあいも、記述は簡単だ。

1冊めは、安政3年9月23日 (1856年10月21日)からはじまり、9月27日 (10月25日)から、安政4年12月30日 (1858年2月23日)まで毎日の天気が、「晴天」「雨天」などの形で書かれている。

4冊めは、明治4年1月1日 (1871年2月19日)から、明治5年6月29日 (1872年8月3日)まで毎日の天気が、日の十二支につづけて、「卯晴」のような形で書かれている。

この中間の時期にあたる、2冊めと3冊めには、毎日の天気の記録は、基本的には、ない。ただし、3冊めのうち、明治2年1月1日から2月21日 (1869年2月11日から4月2日) にはある。

• 茶谷 十六、松岡 精 編, 1996: 近世庶民生活史料 未刊日記集成 第1巻 門屋養安日記 上。三一書房, 603 pp. ISBN 4-380-96500-7.
• 茶谷 十六、松岡 精 編, 1997: 近世庶民生活史料 未刊日記集成 第2巻 門屋養安日記 下。三一書房, 543+108 pp. ISBN 4-380-97500-2.

共同研究で、江戸時代に飢饉などをもたらした天候についてしらべている。おもに吉村 稔さんの歴史天候データベース (http://tk2-202-10627.vs.sakura.ne.jp/ ) に収録された日記の天気記録をつかってきた。天保のききんの期間のうち、とくに1836年の夏には東北でも冷夏だったと思われるのだがたしかにそうなのかが気になり、いくつかの日記の記録を見てみることにした。

本書は、いまの秋田県 湯沢市 (本書出版の時点では雄勝町) にあって秋田藩(佐竹氏)が経営していた院内銀山の医師であった門屋[かどや] 養安[ようあん] の、天保6年6月9日 (西暦1835年7月4日) から明治2年12月30日 (1870年1月31日) までの日記を翻刻し、編者による解説と資料をつけたものである。

この日記の天気記録は、歴史天候データベースにも地点名「雄勝」として収録されているので、天気の晴れ・くもり・雨・雪だけならばそれを見ればよいのだが、寒さ・暑さなどの記述も見たくて、2020年10月に、本をさがした。

わたしが非常勤講師をしている大学の図書館にあった。ただし、目録で分類番号をあたって本棚を見たとき、すぐには見つけられなかった。背表紙に大きく書いてあった文字は「未刊日記集成」というシリーズ名で、その6冊のうちの2冊に小さく「門屋養安日記」と書いてあった。B5判縦書きのハードカバーで、表紙は紺色の布張りで、題字は金文字で入れてある。

上巻に天保6年～嘉永4 (1651)年、下巻に嘉永5 (1652)年～明治2年の日記が収録されている。本体の前に「例言」2ページがある。それは2冊とも同じだ。それによれば、底本は、出版時には秋田県公文書館所蔵、そのまえのマイクロフィルム撮影時は秋田県立博物館所蔵だった。

下巻には、縦書きの「解説」(21ページ)と横書きの「資料編」(108ページ、ただし人名索引をのぞけば25ページ)がついている。茶谷氏が書いている「解説」の「おわりに」という部分に編集作業が説明されている。マイクロフィルム撮影は1990年5月、5人で5日間かかった。印画紙(A4)→電子コピー(B4)→朱インクで解説文を書きこむ→ワープロ入力→データベースとしてパーソナルコンピュータを使っての単語検索によって整理・分析する、という手順で、7年かかったそうだ。単語検索プログラムは たざわこ芸術村 の デジタル アート ファクトリー の チーフディレクター 長瀬 一男 氏によって作成された。松岡氏は、筆写作業の過半と人名一覧の作成を担当した。

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日記は、それぞれの日について、日付の下に、日の十二支が書かれ、それから天気が書かれている。それから改行して本文がある。本文は、どの項目も「一、」ではじまる(「二」にはすすまない) 箇条書きのことが多いが、そうでないこともある。

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当面の研究のつごうで、西暦1836年の毎日の天気を書きぬいてみた。

366日のうち、日記のない日が17日 (うち5日は旅行中、6日は編者が「1枚落丁か」と推測している)。日記はあるが天気記述のない日が13日(うち4日は旅行の帰り、3日は帰った後)あるが、その他の日には天気の情報がある。(「旅行」としたのは、4月(新暦5-6月)に14日間、新庄・尾花沢・瀬見湯元に滞在している。記録のない日があるので正確なところがわからないが、湯元に6日滞在したようだ。自分の湯治だったのか、湯治についての知識収集だったのだろうか?)

天気の欄に天気でないことがついでに書かれていることは少ないが、本人の行動が2回、洪水被害が1回あった。本文のほうに天気に関する情報が書かれていることは、雷鳴、大風など3回あった。人の行動だが天気や寒暖を示唆する情報は、新暦3月ごろの雪掘りがあったが、農家の日記で田植えや収穫の記述があるのとちがって、少ない。また、日本全国的に天保のききんの最悪の年だったといわれるのだが、ななめ読みしたかぎりでは、ききんの状況を示唆する記述は見あたらなかった。解説によれば この時期に院内銀山は経済的にとても栄えていた(坑内労働は過酷だったが)ので、ききんの影響をまぬかれたのだろうか。

期待した寒暖の情報の件数は少なかった。夏についてだけ書くと、6月1-2日 (新暦7月14-15日)にそれぞれ「東風 ことのほか寒し」とあった。また、6月22日 (新暦8月4日)に「是迄無覚暑」とある。これまでは暑くなかった、ということだと思うが、この年のはじめからこれまでまったく暑い日がなかったと解釈してよいかははっきりしない。7月7日 (新暦8月18日)にも「無覚暑気」とある。ところが翌7月8日(新暦8月19日)には「暑甚しく」とある。急に暑くなったらしい。(なお、その日の本文に「夜中雷鳴、大雨風」とある。その翌日の天気は「天気」なので、短時間のはげしい雷雨だったらしい。) これだけだと、この夏の寒暖について言えることはすくないが、他の地点の記録とあわせてみれば役にたつことはあると思う。

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解説は、日記の概要、門屋養安の経歴、院内銀山はどのように経営されていたか、それは秋田藩の藩政改革にどうかかわっていたか、日記からはどのようなことがらが読みとれるか、そして、この刊本ができあがるまでの編者たちの作業についての記述をふくむ。

日記から読みとられることとしては、天気・天文現象、銀山経営の姿、医療活動、季節の行事・祭り・芸能、食生活・食文化、人物があげられている。

この解説はおもしろいが、そのために本書を手に入れるのはたいへんだと思う。さいわい、茶谷氏による解説書『院内銀山の日々』が別に出ている (そちらもすでに版元品切れだが。)

• 茶谷 十六, 2011: 院内銀山の日々 — 「門屋養安日記」の世界。秋田魁新報社, 442 pp. ISBN 978-4-8702-0212-2.

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本書の出版もとの三一書房を、わたしは1970年代の少年時代に、「三一新書」の出版もととして知っていた。そのときは知らなかったのだが、図書目録を検索してみると、1960年代から「日本庶民生活史料集成」という資料集も出版していた。本書をふくむ「近世庶民生活史料」もそれにつづく企画なのだろう。

しかし、秋田藩につかえる医師であった養安は庶民とはいいがたい。日記には庶民の生活の記録がふくまれるとはいえるがそれが主な内容だとはいいがたい。「未刊日記集成」の第3-6巻は「鈴木修理日記」で、1670-1706年にそれを書いた鈴木 長常・長頼 親子は旗本であり、いわば徳川政権の建設官僚であって、ますます庶民から遠い。本書巻末の広告にあるが結局出なかったらしい第7-12巻も、幕臣や学者によるものが多い。

三一書房では1998年からはげしい労働争議がおき、2011年にいたって、労働者が設立した会社に業務をゆずる形で和解している (ひとまずWikipedia日本語版によった)。「近世庶民生活史料」の企画は経営者と労働者のおもわくがくいちがいながらおこなわれたものなのだろう。

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本書の記録は、ディジタル処理されているのだから、ディジタルのテキストデータとして使えるとありがたいと思う。

データ作成者は、いまどうしているだろうか、と思って、ウェブ検索してみた。

茶谷 十六 さん は、ながらく、財団法人 民族芸術研究所 の研究所長をしていたらしい。その研究所は、仙北市の「あきた芸術村」(旧名「たざわこ芸術村」)にあったらしい。研究所のウェブサイトは、ウェブ検索でみつかった「わらび座ポータル」の2006年の記事 https://www.warabi.gr.jp/?1151545932 によれば http://www.hana.or.jp/~mingei/ とあるのだが、そのリンクをたどると、プロバイダである「きたうら花ねっと」のサイトのトップに行ってしまう。研究所の活動がとまってしまったのだろうか。

しかし、茶谷さんの名まえは、大仙市のウェブサイトのページhttps://www.city.daisen.lg.jp/docs/2020050800021/ , https://www.city.daisen.lg.jp/docs/2020050800038/ にも見つかった。茶谷さんは、大仙市アーカイブズ運営審議会の委員となり、2019年3月25日と10月3日に開かれた会議に出席して発言している。(あとのほうの会議の記録で、かたがきは「元財団法人民族芸術研究所所長」となっている。)

「デジタル・アート・ファクトリー」は、「株式会社 わらび座」の一部として、https://www.warabi.or.jp/daf/ というウェブサイトをもっている。そのおもな業務は、踊りの教材のDVDや、「舞台とCGの融合」らしいが、業務内容のリストには「歴史日記のテキストデジタルアーカイブへの取り組み」もある。また、「これまでの経緯」というリンクをたどると1997年に発表された文章があって、その中に 長瀬 一男 さんの名まえが出てくる。ただし、長瀬さんの名まえはそのほかのページには見あたらず、いまも勤務されているかどうかはわからなかった。

もし、データが残っていて、公共財となるテキストディジタルアーカイブに収録されることに作成者が賛同してくださるならば、そうできるように協力したいと思う。(商品化を期待されているとすると、むずかしい。本書のような紙の図書としての出版も、いまではむずかしくなっていると思う。)

折りかえしのあとに、「解説」と「資料集」のうちわけだけくわしくした目次をつける。
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• 纐纈 一起 [こうけつ かずき], 2020: 地震 — どのように起きるのか (サイエンスパレット SP-036)。丸善出版, 135 pp. ISBN 978-4-621-30509-6.

丸善出版がだしている新書判のシリーズ「サイエンス パレット」は、Oxford University Press の Very Short Introduction からの翻訳が多いのだが、はじめから日本語で書かれたものもあり、本書ははじめから日本語で書かれたほうの1冊だ。

「サイエンス パレット」はVery Short Introductionと同様にそれぞれの専門分野への入門書であり、数式をつかう専門分野であっても数式をつかわない解説であるものが多い。しかし、本書は数式が多い本だ。しかも偏微分や多重積分をふくむ式がたくさん出てくる (その方程式をとけと言っているわけではないのだが)。【わたしは著者よりすこし後輩だが同じ理学部 地球物理コースの教育をうけているので、ここに出てくる数式は、学生のときいろいろな授業に出てきて見おぼえのあるものだ。わたしはその操作のしかたを身につけたとはかぎらず、いまでも にが手に感じるものもあるのだが。】著者はまえがきで、中学の理科や数学を前提として、それよりさきの物理や数学の概念はくわしく説明するようにしたとのべている。しかし、初心者には本書の説明はみじかすぎるだろう。物理学科か工学系の学部2～3年程度の物理数学(物理のための数学)の教科書・入門書をあわせて読むのがよいと思う。地震という応用を意識したほうが、ただ専門の基礎だからという理由で操作だけの物理数学を勉強するよりもやる気になる人もいるだろう。

しかし、数式を読む元気の出ない人にとっても、地震のしくみである double couple を理解するうえで、本書は参考になると思う。そのばあいは第3章から読むとよいかもしれない。

いまでは、大部分の地震は、震源で、断層の両側の岩盤がずれる動きをすることによって生じることがわかっている。

断層が動くまでには、まず、断層の両側に逆向きの力がかかり、岩盤にひずみが生じている。このひずみに岩盤がたえきれなくなると(擬人的表現になってしまったが)、両側の岩盤がずれ動いて、地震を生じさせる。このような考えを「弾性反発説」という。

震源付近の岩盤が一方向に動いてしまうわけではないので、そこには、空間的にすこしはなれたところにかかる 向きが反対で大きさが同じ力のくみあわせである「偶力」(couple of force)がはたらいている。断層面にそった方向の偶力だけを考える single couple 説もあった。しかし、single couple では震源付近の岩盤が全体として回転してしまう。実際には大きな回転は起きていない。これを説明するには、この第一の偶力にくわえて、それと直交する面にそい、第一の偶力とは回転させるむきが逆の偶力が同時にはたらいているとすればよい。これが double couple 説で、1930年代に本多 弘吉が提唱し、1960年代に定説となった。

本書は、この double couple の概念を理解するとともに、それがどのような地震動をひきおこすかを、物理法則にもとづいて定量的に計算できるようになることを到達点として書かれている。

ひとつの震源による地震波(P波)の押しと引きの領域が、震源を中心として2本の線でわけられた4象限で分布することが、1917年に志田 順によってしめされた。実際には押しと引きの象限は3次元空間に分布する。それを知ると震源でどちらむきの2組の偶力がはたらいたかわかる、これがその地震の「メカニズム解」とよばれることがある。メカニズム解の下側投影図を、球面をビーチボールのように4象限にぬりわけた図でしめす習慣ができている。本書を読んだだけではビーチボール図をどのように地図上の押しひきの分布に読みかえたらよいかがつかめないのだが、両方をしめした具体例でおぎなえばわかるだろうと思う。

折りかえしのあとに くわしい目次をつける。
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• [初版] 中央気象台 盛岡支台 編, 1938: 岩手県災異年表 (凶冷調査資料 第2号)。中央気象台 盛岡支台, 130 pp.
• [第2版] 盛岡測候所 編, 1954: 岩手県災異年表。日本積雪連合 岩手県本部, 143 pp.
• [第3版] 盛岡地方気象台 [奥付では「盛岡気象台]] ・岩手県 編, 1979: 岩手県災異年表 [表紙・背表紙には副題のように「昭和54年6月」]。日本気象協会 盛岡支部, 401 pp.

近代的気象観測がはじまるまえ、飢饉などをもたらした天候はどんなものかを知りたくて、資料を集めはじめている。岩手県については、盛岡地方気象台 (1966) 『岩手県気候誌』[読書メモ]を見たのだが、それには先近代の冷害の総論はあるものの、それぞれの冷害年についての記述はなかった。その総論の材料として『岩手県災異年表』(第2版)がつかわれていたので、その本を古本屋でとりよせることにした。3つの版があったうちのいちばんあたらしいものにした。

第3版は、最初に、岩手県 農政部長 兼 異常気象対策本部長による「序」と、盛岡地方気象台長 (「気」の字がぬける誤植があるが) による「増補第3版にあたって」という文章が1ページずつついている。「増補第3版にあたって」には、「本誌の作成には、当台 防災業務課長 村上三郎 技官 指導のもとに全課員があたり、全稿の執筆には防災気象官 工藤敏雄 技官があたった。」とある。

そのあとに、「はしがき (初版)」が2ページついている。署名のような形で「二宮 三郎 編」と書かれている。これによれば、(廃藩置県以前の記事については) 南部藩、八戸藩、一関藩の記録から、原則として岩手県内にかぎった。ただし、南部藩全体についての統計値などはそのままふくめたこともある。また、改暦前の災異月日は陽暦をかっこ内に示した。月のみのばあい、朔日の陽暦月日を示した。ここに、引用文献35件のリストがある。

第2版編集の際の事情を説明する記事はふくまれていない。

年表本体のまえに、ふつうの目次のかわりに「年号目次」というものがある。西暦年、干支、日本の年号に対して、年表本体のページがしめされている。

年表本体は、「気象災害」という黄色い紙のはいったあと、「参考資料編」という黄色い紙の前までである。途中に「明治時代」「大正時代」「昭和時代」という黄色い紙がはいっている。

盛岡地方気象台のウェブサイト https://www.jma-net.go.jp/morioka (2020-10-16 に見た) によれば、気象庁の前身による気象観測は、宮古測候所で 1883年3月から、盛岡測候所では 1923年9月から始まっている。

年表本体の最初の項目は 742 (天平14)年のものである。1901 (明治 34)年に記述の態度がかわり、それ以後は気象台内の資料によったらしい。それ以前は文献資料の出典が、初版はしがきの引用文献の番号、または「(北上川上流水害年表資料)」のように文献名でしめされている。1900年以前の部分は、おそらく、大部分が初版の記述のままであり、『北上川上流水害年表資料』による記録だけが第2版または第3版で追加されたのだろう。

年表本体は、「年号」「月日」「干支」「災害現象」「災害記録」という列からなっている。年号は西暦が優先され、日本の年号はかっこ内に書かれている。「月日」は陽暦の日付がかかれている。「災害記録」の本文中の日付は、改暦前は陰暦が優先され、陽暦はかっこ内に書かれている。

「災害現象」は「災害記録」の特徴をあらわすキーワードで、あとにつけられた「災害別目次」にあげられている。ただし「災害別目次」の項目としては、同類と思われるキーワードをまとめている。この記事の折りかえしのあとの目次に、「災害別目次」の項目をあげておいた。

年表のあとに「参考資料」として気象観測値の月ごとの値がつけられている。盛岡と宮古の、月平均気温、月降水量、月日照時間である。毎年毎月の値の期間は、1926年1月から、1979年6月まで、ただし盛岡の日照時間は 1931年からである。平年値は1941-1970年の平均である。

それから「災害別目次」がある。災害の種類別に、年月日 (年月だけ、年だけのものもある)と年表本文のページがしめされている。

最後にある「文献・資料」は、23件があげられているが、近代についての情報源だけのようだ。

折りかえしのあとに、わたしが仮につくった目次をつける。
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