• 花輪 公雄, 2017: 海洋の物理学 (現代地球科学入門シリーズ 4)。共立出版, 210 pp. ISBN 978-4-320-04712-9.

2017年4月の新刊。わたしは6月に買った。

「海洋学」のうち、海底に関する分野を別にして、海水からなる海洋に関する分野を、観点・手法の面から、海洋物理学・海洋化学・海洋生物学と分ける。日本語では「海洋物理学」だが英語ではphysical oceanographyがふつうで、物理学の分野というよりも、物理的観点・手法による海洋学をさした分野名だ。

海洋物理学というと、わたしは、流体の運動方程式にもとづく海洋力学をおもに考えてしまうが、それはおそらく東京大学の地球物理で教育を受けたせいだ。本書では、運動方程式が出てくるのは、まんなかに近い第7章で、力学の話題はそこからあとに限られているが、それよりも前も、物理量に注目した海洋の話だ。

本書で話題が提示される順序は、必ずしも体系的ではないと思うが、体系的にするのはむずかしい。(基礎から述べようと思うと、はじめの部分がひどく抽象的なものになってしまうだろう。) 本書は、学部3年生向けの講義のノートをもとにしているそうなので、学生にとって新しい知識を提示していく順序としては、よいのだと思う。

ただ、わたしは本書の予告を見て、海洋の深層循環(熱塩循環)に関して、入門者にわかりやすい表現で書かれていることを期待したのだった。(海洋物理学者のうちには、黒潮やエルニーニョ現象などの表層の力学が専門の人が多いなかで、花輪さんは深いところをよく見ているにちがいないと思ったのだ。)

5.3節あたりに、深層にはどのような「水塊」がどこに分布しているかの話はある。また、6.4節で、深層循環に関する観測事実の要約として、Broeckerの「コンベアーベルト」や、Schmitzの「overturn」の図式が示されている。深層循環のメカニズムの説明は、8.4節にあるが、簡単すぎる。まず「先に、深層(熱塩)循環は密度差から起こる対流的な循環であることを述べた」(104ページ)とあるのだが「先」として参照された記述が見つからない。これはわたしが見落としている可能性もあるが、そうだとしても記述は短いものにちがいない。8.4節では、Stommelの1958年の理論(とその後の観測研究)にもとづく深層西岸境界流を含む構造が示されているだけである。

深層循環は、温度と塩分で決まる密度の不均一による広い意味の対流として説明されてきたが、密度を高くする原因も低くする原因も海面付近にある。深層に達する循環はこれだけではできず、風または潮汐によるかきまぜが必要だ、という話がある。(わたしの教材ページ[海洋の大循環]の「熱塩循環｣の部分の「注」として、2008年ごろ勉強したことを書きこんだ。) 本書にはその話も見あたらない。11.6節「内部潮汐と海洋混合」に、潮汐による鉛直混合の話はあるが、深層の大循環と関連づけられてはいない。

残念ではあるが、著者がおもに見てきたのが北太平洋であり、そこでは深層水が形成されず、海洋循環を表層と深層にきれいに分けることがむずかしいので、教科書的に書くのがむずかしいのだろうとも思う。

わたしは北太平洋の高緯度の表面付近で冷やされた水は中層水になるのだと思っていた。本書では5.3.2節に「北太平洋中層水」が出てくるが、これは低塩分を特徴としていて、表層で冷やされて沈んだ水だとも、そうでないとも書いてない。ただし、北大西洋深層水(NADW)の話のあとで、「太平洋にはNADWにあたる水塊はない。…北太平洋は…表層の水は低塩分であるため冷却されても高密度の水をつくれないためである。」とは書いてある。他方、5.3.3節で、表層の水塊のひとつとして「北太平洋亜熱帯モード水」(NPSTMW)というものが出てきて、「NPSTMWは、日本に近い海域で、冬季の冷却と混合により形成された厚い表層混合層で形成される。」とある(59ページ)。わたしは「モード水」ということばを聞いてはいたものの、中層水と混同していたのだが、別であることを認識した。

ここから、順を追って各章に書いてあったことのメモ。

「第1章 地球の海」。海水の話にはいるまえに、その いれもの としての海盆の大きさや形を説明している。

「第2章 海水の性質」。
2.2節「水の性質」では、水が、比熱容量、融解の潜熱、蒸発の潜熱、表面張力が、いずれも大きい物質であることを述べている。
2.3節「海水の組成」。そのうち2.3.2節「塩分」。「塩分」の定義の変遷の概略を述べている(厳密な定義は省略している)。質量比 → 滴定で塩素を計測 → 電気伝導度を計測 (実用塩分) → 質量比 (絶対塩分)。「しかしながら、絶対塩分を簡便に直接計測する手法は見出されておらず、これまでどおり実用塩分を計測して換算や補正をすることが行なわれている。」 また、「 “塩分濃度” という用語は誤りである。」と主張している。
2.4節「密度」。海水の状態方程式、ポテンシャル密度・ポテンシャル水温(温位)、結氷・融解点温度、最大密度温度、音速。

「第3章 地球の熱収支」。3.1-3.3節の話題は海洋学というよりも気候システム論で、おもに大気と地表面のエネルギー収支がどんな項から成り立っているか。3.4節で、海洋によるエネルギー(熱)の南北輸送 (そのグラフはHartmann 1994 Global Physical Climatology 初版[第2版の読書メモ]から引用)。

「第4章 海洋への強制力」。海面でのエネルギーフラックス、淡水フラックス、運動量フラックス=風応力について。4.2節では観測されている量から海面フラックスの数値を求める方法としての「バルク法」を紹介する。4.3-4.5節でフラックス各項の地理的分布を示す。

「第5章 海洋の成層構造」。5.1節「海洋の成層」では、水温躍層(thermocline)などの躍層、混合層などの話題を含む。5.2節で「水塊」という考えかたが示される。5.3節「水温と塩分の分布」では、数値の等値線をふくむ平面図と断面図を示しながら、深層水、底層水、中層水、モード水などと名まえがついた水塊を紹介する。5.4節「水塊の移動と変質」では、乱流による混合があることを指摘し、乱流を発生させるしくみを列挙し、そのひとつである「二重拡散対流」を説明している。

「第6章 海洋の大循環」。この章の話題は、海洋の大規模な循環についての、流れの数量を知る方法と、知られた現在の循環の記述である。
表層の循環の記述(6.2節)では、赤道循環、亜熱帯循環、亜寒帯循環、西岸境界流、そしてインド洋のモンスーンに伴う季節によって変わる海流などの話題がある。
中・深層の循環を知る方法(6.3節)については、流れの直接計測が少ないので密度場やトレーサーの分布からの推定がおもになっているという話がある。
深層の循環の記述(6.4節)については上に述べた。

「第7章 海水の運動方程式と地衡流」。流体のNavier-Stokes方程式が基本である。ただし座標系が慣性系ではなく回転系である。球面で考えるのが基本だが、接平面近似で得られる直交直線座標系の式をおもに紹介している。運動方程式の各項は、時間変化項、移流項、コリオリ力、圧力傾度力、粘性項である。運動方程式の各項の大きさを見積もる(「スケールアナリシス」という)。鉛直方向は静水圧近似、水平方向は地衡流近似が成り立つことが多い。

「第8章 海洋大循環論」。おもに、表層の亜熱帯循環系 (黒潮などを含む)の形成について順を追って論じている。風に対する海洋の応答としてEkman層ができる。Ekman輸送の収束・発散による質量移動がある。そして大規模で定常な流れの場は、海盆の内部でSverdrup balance (Sverdrup 1947)の状態になる。ただし海盆の西の端近くではこのつりあいが成り立たず西岸境界流ができる(Stommel 1948)。
深層循環に関する議論(8.4節)については上に述べた。

「第9章 海洋の短周期波動」「第10章 海洋の長周期波動」。
まず波動一般の基本的性質。
それから水の波の性質。復元力によって、重力波、表面張力波、惑星波がある。惑星波というのは、地球の自転の効果をあらわすコリオリのパラメータの緯度によるちがいを復元力とする波動である。
また、水の波には「外部モード」と「内部モード」がある。
第9章では、波浪(風波、うねり)、津波、境界面に生ずるKevin-Helmholtz不安定波、内部重力波、
第10章では、慣性重力波、ロスビー波、ケルビン波(沿岸、赤道)が扱われている。

「第11章 潮汐と潮流」。この主題の基礎知識を述べている。
細かいことだが、図11.6 「世界の海洋における主太陰半日周潮の等潮差図と等潮時図」は、表題の用語が少しちがうが、『理科年表』の地学の部に2017年の巻にはあって2018年の巻[読書メモ]からなくなった図と同じものである。
11.5節「潮位資料を用いた海洋変動の検出」は、「検潮所」は水位を継続観測しているので、その記録からは、潮汐だけでなく、たとえば黒潮の大蛇行などの海洋変動についても知ることができるという話。

「第12章 海洋の観測と監視」。
現場観測(船、係留系、漂流ブイ)とリモートセンシングにわたる、観測についての概説。船による観測のうちでは、WOCE (1990-2002年)で実施されその後もくりかえされている定線観測の話、漂流ブイについてはアルゴ(Argo)フロートの話がおもになっている。
12.6節「データの取り扱いポリシー」。IGY (国際地球観測年)を機会につくられたWDC (世界データセンター)というしくみがある。海洋に関するWDCは、アメリカ合衆国のNOAAのNODCが担当している。そして、WOCE以来、研究観測のデータは観測後2年以内にWDCから世界に公開されるというポリシーがある。【ただし、最近、WDCのしくみがWorld Data Systemに移行したこと、NOAAの中の改組でNODCがNational Centers for Environmental Informationの部分になったことにはふれていない。実質業務はあまり変わらず継続されているようだが。また、著者は「多くの分野でWDCは機能しなかったといわれている」が、海洋では機能してきたと言っている。わたしから見ると、WDCが機能してきた分野はほかにもいくつもある。ただし、日本の海上保安庁海洋情報部にあるJODCなど、各国にWDCではないがWDCと連携するデータセンターが整備され、それがデータを集めてWDCに送る体制ができているのは、おそらくほかの分野には見られない海洋分野の特徴なのだと思う。】

「第13章 気候変動と海洋」。
気候システムの中で、海洋の特徴(大気とのちがい)は、熱的慣性が大きく、移流、拡散、滞留のいずれの時間スケールも長いことと、可視光に対して不透明なことである。海洋は「記憶装置」として働く。
13.4節ではエルニーニョ、13.5節では太平洋数十年変動 (PDO)について、やや詳しく論じている。

「第14章 地球温暖化と海洋」。
地球温暖化にとって、海洋のおもな役割として、温室効果気体の吸収と、熱の吸収がある。また、地球温暖化のいわば「副作用」として、海水位の上昇と、海洋の酸性化がある。
最後の14.5節では、これまでにおきた水温・塩分・循環の変化について述べている。

折り返しのあとに詳しい目次をつける。
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• 日本海洋学会 編, 2017: 海の温暖化 — 変わりゆく海と人間活動の影響。朝倉書店, 154 pp. ISBN 978-4-254-16130-4.

2017年7月の新刊。わたしは9月に買った。装丁を見ると、同じ出版社から出た 日本気象学会 地球環境問題委員会 (2014) 『地球温暖化 — そのメカニズムと不確実性』[読書メモ]の続編のような気がする。執筆者にもなん人か共通の人がいる。気象学会の企画でも海洋の話題はあったものの、割り当てられたページ数が少なかったから、それをしっかり論じるために別の本が必要だ、というような動機があったのかもしれない。ところが、本書最後の第7章の話題は、海洋にかかわる環境問題ではあるが、地球温暖化と直接の関係はないものがならんでいる。おそらく、海洋学会の中では、温暖化にかぎらず環境問題を扱う本の構想があって、それも合流させたので、本の主題の明確さの面では妥協した出版になったのだと思う。

海洋学の初歩の知識のある読者を想定していると思う。ただし残念ながらわたしには予備知識を得るためにどの本がよいかを述べられない。

地球温暖化の科学にとっての海洋の役割としては、炭素循環(大気中の二酸化炭素濃度を変える原因ともなる)が第3章(3.1, 3.3節)で論じられている。第2章の内容(次にやや詳しく述べる)は、エネルギーをたくわえる働きや運ぶ働きに関する話題を含んでいる。

第2章では、海洋の温度、塩分、循環(風成循環と深層循環)、海面水位が、近代的観測が始まってからこれまでにどのように変わってきたか、また今後の変化はどのように予測(project)されているかを述べている。これまでの変化を述べた2.1節では、温度よりもむしろ「貯熱量」(海にたまっているエネルギーの量)の変化に注目している。また塩分よりもそれを変化させる原因である降水・蒸発の変化に注目している。しかし予測を述べた2.2節はそれに呼応する構成になっていない。2.3節では南大洋と北極海、コラム1ではオホーツク海について、これまでの(かなり複雑な)変化を紹介している。2.4節では海面水位変化について、理屈、これまでの事実、予測にわたって述べている。世界平均の海面水位を変化させる要因は海水の熱膨張と氷河(氷床を含む)の融解である。ローカルな水位の変化にはこれに加えて海洋循環の変化に伴う力学的な変化もある。

地球温暖化とは別のしくみだが、同じ二酸化炭素排出を原因とする現象である海洋酸性化について、そのしくみの科学の話が第3章(3.3.3節)、影響の話が第4章にある。

地球温暖化にともなって起こると専門家は考えているがまだ広く知られていない現象として、海洋の貧酸素化があり、3.2節で論じられている。温度上昇から溶存酸素減少にいたるしくみとしては、溶解度の低下、密度成層の強化、海氷形成(に伴う海水の鉛直混合)の減少がある。

第5章は、地球温暖化が生態系におよぼす影響という趣旨だが、おもな対象は水産資源となる魚類である。5.4節は海洋動物の感染症とその養殖・野生生物・ヒトの健康におよぼす害の可能性(リスク)を論じている。5.5節はサンゴ礁が受ける影響を論じている。

第6章では、地質学や同位体地球科学を背景とした古海洋学の立場から、地球史のなかのいろいろな時間スケールの気候変動・海洋環境変動を展望している。とくに6.3節では「過去の顕著な温暖化」として、5600万年前の「PETM」、330万年-300万年前の鮮新世中期、2万年-1万年前の「最終退氷期」(最終氷期の終わる時期)をとりあげている。6.4節では現代の人間活動の影響の大きさを話題にし、Anthropoceneということばも紹介しているがそれが地質時代名として認められていないこともことわっている。

第7章のうち、7.1節では、福島第一原子力発電所事故によって海洋に放出された放射性物質の動態を論じている。7.2節では、富栄養化とは逆に窒素などの栄養塩が少なくなって水産業につごうが悪くなっているという問題(事例の場所は瀬戸内海、原因は複合的)、7.3節では富栄養化していなくても起こる赤潮をとりあげている(事例の場所は豊後水道)。7.4節ではマイクロプラスチックによる汚染を論じている。ここまでは地球温暖化との関連は乏しい。ただし章末のコラム3では、メチル水銀の生成や、海洋生物に有害な重金属のイオンの溶出が、温暖化(とそれに伴う貧酸素化)によって強化される可能性が指摘されている。

折り返しのあとに詳しい目次をつける。執筆者を「/」のあとに氏名の形で示した。
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• 国立天文台, 2017: 理科年表 第91冊 平成30年 — Chronological Scientific Tables 2018. 丸善出版, 1118 pp. ISBN 978-4-621-30217-0.

今年も11月末に理科年表の来年の冊が出た。

このブログにはこれまでに[2012年の冊]、[2015年の冊]、[2016年の冊]、
[2017年の冊]の読書メモを書いた。

ひとまず、まえがきを読み、目次を前年(2017年)の冊のものと見くらべて、気になったところだけ本体を読みに行ったところまでで、気づいたことを書いておく。

当然ながら、天体の見える位置などの予測値は2018年のものに、最近1年間の地震・火山噴火などは2016年のものに、更新されている。気象の数値データのうち、平年値は変わらないが、日本の極値は対象期間を2016年までのばして決めなおされている。

そのほかの変更点は、わりあい少ない。ページ数が少しふえているのは、情報が累積でふえていく記事があるのと、小さな文字でつめこんでいた記事の割りつけを少しゆったりさせたことによるようだ。

暦の部では、「北極星の子午線通過、最大離角」が追加されている。また、トピックとして「火星の大接近と小接近」がある。(前年の「月齢について」はトピック扱いだったらしく、今回はなくなった。)

天文の部では、トピックスとして「太陽系に最も近い恒星を周回する地球型惑星の発見」と「氷衛星 EnceladusとEuropaの地下海の発見」がある。

気象の部は、目次には年の更新のほかは変化がない。
「世界の気象災害」のページ数がふえたが、累積で少し情報がふえたのと、レイアウトを少しゆったりさせただけのようだ。

物理・化学の部。
まえがきに述べられているのは、113, 115, 117, 118番元素の名まえが決まったのにともなって、「元素」の記事群(「原子量」「元素の周期表」「原子およびイオンの電子構造」の記事)が改訂されたことだ。
目次を見て、ページ数をかぞえてみたら、次の変化に気づいた。
「元素」の記事群では、「原子およびイオンの電子構造」が108番元素までから118番元素までになって、ページ数もふえた。
「機械的物性」の記事群では「密度」のうち「単体の密度」のページ数がふえ、紙面の文字の密度は減ったが、情報が少しふえたようだ。
「熱と温度」の記事群では、「熱電対の規準熱起電力」の数値の件数がふえた。また「膨張率」のうち「固体の線膨張率」のページ数がふえ、情報が少しふえたようだ。
「電気的・磁気的性質」の記事群では、「金属の電気抵抗」のページ数がふえ、情報が少しふえた。
「音」の記事群では、「固体中の音速」が、前は「種々の物質中における音速」の部分あつかいだったのが、目次に示される記事になった。
「熱化学」の記事群では、「デバイの特性温度」という記事がなくなった。

地学の部。
「地理」の記事群のうち、「世界の半日周潮の同時潮図」「世界の半日周潮の等振幅図」の記事がなくなった。このような情報を『理科年表』に頼る人があまりいないという判断なのだろう。
「地震」の記事群のうち、「日本付近のおもな被害地震年代表」(416年-現在)の改訂。これはまえがきに述べられていた。内容を見ると、たしかに改訂された項目はあるのだが、大部分の項目の記述は変わっていないようだ。
リード文は、最後に「被害情報は5年経過で確定」が追加されたが、そのほかは同じだ。したがって、出典として示された文献には変更がないのだが、内容が変わったところは、出典文献のうちの優先順位や、文献にある記述の解釈を変えたということなのだろう。
最初(番号1)の項目の西暦416年8月23日の地震については「疑わしきか?」という加筆がある。最近加筆したにしては古い文体だが、むかしの版にあった記述を復活したのだろうか?
番号72の1605年2月3日の『慶長地震』は「震害の記録は見当たらない」とある。前年の版で淡路島の報告が書かれていたのと変わっている。また最後に「いずれにしても “津波地震” の可能性が大きい」と加筆されている。新しい学術的検討に基づいてあらためられた認識を反映したのだろう。

生物の部。
「生物のかたちと系統」の記事群は、今年は「動物分類表」の番で、「植物分類表」その他はない。
「生殖・発生・成長」の記事群のうちでは、「寿命」が前年の冊では目次で1項目、本文1ページだったのが、今度は目次で3項目、本文2ページになった。そのうち「実験用マウス」の部分が「給餌制限と寿命」となったが、内容は同様のようだ。
トピックとして「ウイルスとウイルス感染症」がとりあげられている。

環境の部。
まえがきに「環境省第4次レッドリストの内容を反映、海洋生物レッドリストを追加」したと書かれているが、これは「陸域環境」の記事群のうちの「絶滅のおそれのある日本の野生生物の種数」の記事の内容のさしかえと追加だ。
「陸域環境」の記事群には、そのほか、次のような変化がある。
「世界のバイオーム分布」(WWF 2012)が、前年の「世界の生態系分布」 (大島 原図)に代わって収録された。
「県別土地利用面積」が追加された。
前年にあった「全国植生自然度」と「二次林の植生タイプ」が消えている。いずれも出典として 環境省 (2001)『新生物多様性国家戦略資料集』があげられているが、今ではそれをreferenceとして使いつづけるべきでないと判断されたのだろうか。

• 島津 康男, 岸保[がんぼ] 勘三郎, 高野 健三, 1975: 自然の数理 (数理科学シリーズ 12)。筑摩書房, 310 pp.

この本は、授業で話題にすることもあるので、読書ノートを書いておこうと、なん年も前から思っていたのだが、ようやく、いまとりかかっている。

わたしはこの本の影響を強く受けた。この本の議論をそのまま自分の主張と感じるようになったところもあると思う(全部の議論に賛同したわけではないが)。1977年に地球物理学コースへの進学を希望するきっかけのひとつだったかもしれない。あるいは、きっかけは別のもので、この本は専攻が決まってから読んだのだったかもしれない。

地球の現象を、なるべく物理法則にもとづいて、計算機上でシミュレーションする、という主題について、いろいろな事例をあげて紹介した本だ。

地球のシミュレーションがどのように発達してきたかをふりかえりたい人には、詳しく読むことをおすすめしたい。そのほかのかたには、細部にこだわって読んだり、直接のまねをしてみたりすることはおすすめしない。今では学問的認識が変わっていることもあちこちあるし、計算機の能力は大きく変わっている。しかし、地球の現象に対してシミュレーションという方法をどう適用するかの発想については、いま出ている本には必ずしも書いてないことが書いてあり、読者に刺激を与える本として、おすすめしたい。

全部で6章のうち、大気と海洋の数値モデリングを扱った第2章(長い章ではあるが)を岸保さんと高野さんが執筆し、そのほか全部を島津さんが執筆していて、両者の発想はかなりちがう。ちがいがある理由は地球科学のうちでも気象学・海洋学とその他の分科とで学問状況がちがうからだと思うが、どのようにちがうかには島津さんの個性が強くあらわれていると思う。

(もっとも、わたしは、最初に読んだ学部学生のときには、本の著者を意識する習慣がなく、この本についても第2章と他の部分のちがいをあまり意識せず、いわば現実には存在しない分野横断的な人の著書として受けとめていた。著者を分けて認識するようになったのは大学院に進んでからだった。)

第2章を執筆している岸保さんは、気象学者で、1950年代の東京大学助手のときにアメリカ合衆国プリンストンでの数値天気予報プロジェクトに参加している。帰国後は気象庁に移り、数値予報の現業化のリーダーのひとりだった。1970年代には東大教授になった。(本書よりあとのことだが)わたしの師匠のひとりだ。

高野さんは海洋物理学者で、UCLA (カリフォルニア大学ロサンジェルス校)のMintz・荒川の気候モデル研究プロジェクトで海洋大循環モデルをつくって動かしていた[注]。

• [注]そのことはあまり広く知られていない。それは高野さんにかぎらずMintz・荒川プロジェクトが少ししか研究論文を出さなかったからだ(大気モデルの要点は、technical reportという非公式出版物で同業者には伝わっていたが)。高野さんの海洋モデルについてわたしが読んだ論文は Takano (1979)だけで、これも短報なのだが、海洋による南北エネルギー輸送(熱輸送)の数値を出していて、1980年代なかばに博士論文でその主題を扱ったわたしにとっては重要な参考文献のひとつだった。

帰国後は理化学研究所、のち筑波大学(生物科学系)につとめた。わたしは直接面識はない。

第2章の大気の部分では、まず数値天気予報のしくみを説明している。学部生のころのわたしも、運動方程式をもとにした数値計算で、格子点ごとの気圧や風速の予報値が得られることはわかった。(当時はそれ以上はわからなかった。大学院生になって勉強してからふりかえると、1970年代当時としては標準的な数値予報の解説である。)

気候の問題については、次のようなことが話題になっている。1971年にストックホルムで開かれたSMIC (Study of Man’s Impact on Climate)会議。全球平均の量による気候モデル。大気の運動・放射などの経験的なパラメータ化を含むモデル(例、Budykoのもの。太陽放射の変化に応じて氷の面積が変化しエネルギー収支に影響を与える)。大気の運動方程式を具体的に表現した数値モデル(「大循環モデル」)とそれによるシミュレーション。運動のところを簡略化した統計的力学モデル。

当時、GARP (Global Atmospheric Research Program、当時の日本語名でなく直訳で「全球大気研究計画」)が進行中だったが、それに続く(仮称) Second GARPの企画が始まっていた。それは結局WCRP (World Climate Research Program、世界気候研究計画)になった。

海洋大循環モデルについての話題は、GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory)のBryanの仕事もあるが、高野さん自身の仕事もある。

• 海洋の南北熱輸送の話題(上記)もある。
• 南極と南アメリカの間が、いまは海があるが、陸でつながっていたら海洋循環はどうなるかの実験の話もある。これは古気候(6500万年前)にも関連するし、自然改造の夢にも関連する。この話題は樋口敬二さんが『地球からの発想』でとりあげている。
• 海洋のいわゆる「中規模渦」と、それが大循環にとってどんな働きをしているだろうかという話題もある。(この件は他の著書(高野, 1976)に詳しい。)

島津さんは、東京大学の地球物理の大学院で学び、名古屋大学の、地質と地球物理が共存する地球科学科の初期から地球物理を教えてきた。

島津さんは研究の主題を何度か大きく変えてきた。1984年の時点でのまとめは『国土学への道』にある。

若いころの研究分野は地球内部物理学だった。地球形成以来の熱の出入りや温度などの状態の変遷を物理法則に基づいて説明する研究をした。1967年に出た著書(わたしは読んでいないのだが)の題名になっている「地球の進化」はこれをさす。

島津さんは大学への計算機の導入とそれの利用にも熱心だった。地球のシミュレーションを推進した。研究室の標語をSMLESとしたが、これはseamless earth scienceでもありsimulation earth scienceでもあるとした。シミュレーションを推進した時期のうちでも初期は、おもに地球内部の自然現象を対象としていたようだ。

しかし、1970年ごろには、人間社会をとりまく環境に関心を移していた。ただしこのころはグローバル(全地球規模)の環境を問題にしていた。本書第6章第1節に出てくる「地球トータルシステム」([わたしの教材ページ]参照)は、自然、生物、人間の3つのサブシステムからなる複合システムだとされているが、この「自然システム」は大気・水圏・陸面であり、地球内部を含む全地球は意図されていない。

本書よりも新しい時期の島津さんは、もっとローカルな環境問題に注目し、「環境の現場監督」「市民による環境アセスメント」などを標語として活動してきた。

本書第1章第1節には、シミュレーションという方法に関する島津さんの思想が述べられている。うまく要約できるものではないが、いくらか書きぬいておく。自然科学には理論、実験とならんでシミュレーション(数値実験)という方法がある。それは既存の知識からの演繹におさまらず、「総合的発見法とサイバネティック方法論」「予測と計画」の意義がある。問題解決型の研究には、これまで真理探究型で発達してきた学問を応用するだけでなく発見志向の態度が必要だ。また【これまでの学問分科をこえた】「総合」が必要だがそれは羅列でなく手段の開発が必要だ。自然(や社会)の現象は、相関関係はわかっても因果を知りつくすことはできないことも多い。そのようなプロセスを扱う必要がある場合は回帰式などの経験式によってブラックボックス的なモデルを使うことになる。

第1章第2節では自然現象のモデル化・そのモデルによるシミュレーションの具体例として(常識的には固体である)「岩塩ドーム」の流体力学にもとづく数値(ディジタル)モデルによるシミュレーションが紹介されている。(人間が関与しない自然現象であり、ローカルであり、stochasticでない決定論的モデルなので、3, 4, 5, 6のいずれの章にもうまくあてはまらないようだ。)

第1章第3節では、おもに第4章や第6章で扱うグローバルな地球環境システムにふれながら、島津さんが「システム」という用語をどういう概念で使っているか、自然システムをどんなシステムだと考えているかを述べている。要約するのがむずかしい。自然システムの特徴として、質量保存、エネルギー保存が制約条件となることをあげている。これは今のわたしも主張したいところだ。

第3章は、地球全体にくらべればローカルな現象を、決定論的でなくstochasticなものとしてとらえてモデル化しシミュレーションする話。ただし章の終わりのほうではstochasticなものに限らずシミュレーション結果の可視化の重要性と方法の話になっている。対象としては、川の流系(木型構造)、三角州、砂嘴[さし]などの地形の形成と、岩石の破壊による地震の発生がとりあげられている。他の研究者の仕事にはかまわず自分たちの仕事を紹介しているらしい。また、確率的な現象の知識を人間社会がどう使うかという観点の例として地震災害にそなえた建築計画の例をあげ、数理計画の方法論にふれている。

第4章は、おもに地球全体を、質量保存やエネルギー保存で制約されたシステムとしてとらえ、モデル化しシミュレーションする話。質量やエネルギーのたまりをもつ箱のようなものを考え、箱どうしの間の質量やエネルギーの交換を考える、(本書の表現ではないが)ボックスモデルの考えによるものが多い。第1節は海の塩分がどのような物質の出入りと化学平衡で決まっているか。第2節は炭素循環(生物がからむ速い循環と岩石圏がからむ遅い循環を含む)。第3節は火山ガスの組成。第4節は(ローカルな話題になるが)陸にふった雨が川に流出するまでの過程。

第4章第5節では、物理的自然、生物、人間を含むグローバル地球環境をモデル化する著者のグループによる第一の仕事が紹介される。浦部達夫さんの博士論文になった仕事らしい。大気・海洋はボックスモデル型の扱いで、運動を直接的に扱うのではなく、物質やエネルギーの交換量は熱伝導や拡散のように両側の箱の状態量の差に比例すると仮定したところが多い。大気については温室効果を主要なプロセスとして入れている。

ここで温室効果の「高温暴走」の話がある。駒林誠さんの研究論文ではなく1967年に『自然』に出た解説が参考文献にあがっており、駒林さんの議論を、詳しく追うのではなく、はいってくる放射エネルギー流と地球が出す放射エネルギー流がつりあう定常問題の解があるか、その解が安定か不安定か、という構造の問題としてとらえたらしい(島津(1971)の教科書的な本『地球の物理』にも同様な議論がみられる)。

第5章は、島津さんによる生態系のとらえかた。重視しているプロセスには、食うものと食われるものの関係、競争関係、エネルギーの流れ、物質の流れ、がある。第1節は著者の思想をいろいろ論じているが要約しにくい。種の多様性を「エントロピー」とも言っているがこれは情報エントロピーだ。栗原康さんの仕事を『有限の生態学』[読書メモ]の本が出る前の研究発表原稿をもとに紹介しているところもある。第2節は、食う食われるの関係で個体数が変動する件で、有名なLotka-Volterraの微分方程式によるモデルを実際に動かしてみたうえで、そのモデルの仮定が生態系の現実とちがうところを現実に近づける修正をいろいろ試みたりしている。第3節は微量有害物質の生物濃縮について、物質収支のボックスモデルで考える。第4節は「数式化はできないが数量化しうる生態システムの問題として」害虫の発生予測・総合防除(捕食者を利用した防除)の例をあげる。これはそちらの専門家との共同研究だ。(たとえば Kiritani さんが参考文献の共著者にあがっている。)

第6章は、物理的自然・生物・人間を含む地球環境の、必ずしもグローバルには限らないがマクロ(巨視的)なシステムのモデル化の話題。第1節の「地球トータルシステム」は上に述べた。第2節「エネルギーシステム」では、人間社会の構造を、(有用な)エネルギーの流れに注目して図式化する。生態学者Odumの人間社会にふみこんだ話と似ており、Odumの影響を受けているにちがいないが著者独自のところもあり、その境目はいまのわたしにはよくわからない。第3節は、人間社会の扱いのうち数量化が進んでいる経済学を論評する。経済学では貨幣価値のあるものだけを扱っていることを批判し、産業連関表に似ているが質量などの物理量に注目した入出力分析をするべきだと主張する。

第6章第4節・第5節は、いわゆるsystems dynamicsの方法論とそれの人間を含む地球環境への適用。ここではMeadowsほか(1972)『成長の限界』が出てくるが、むしろそれの基礎になったForresterの方法論を重視し、それを自分なりに使おうとしているようだ。島津さんは『成長の限界』が出る前からForresterのWorld Dynamicsに注目していたのかもしれないがわたしにはまだわからない (1969-1971年ごろの著作をよく読めばわかるだろう)。

第6章第6節は、これからの政策を考えるうえで重要な課題は何か考える話。方法としては、複数の人が頭をつかって問題の構造を考える KJ法 (川喜田二郎氏に由来)と、統計学的に問題の構造をとらえる数量化理論 (林 知己夫氏に由来)が紹介されている。

第6章第7節の主題は環境アセスメント。人間の行動から環境への負荷、環境の変化、環境から人間へのインパクト、という因果関係をどう考えるかの発想を論じている。著者のこれよりあとの著作に発展する出発点なのだと思う。

第6章第7節の続き(本文の最後)に、環境アセスメントの考えかたの具体例として、人間活動のある地域で自然植生が現存しているのはどのような条件によっているか、今後保全可能なのはどこかを、地図上に条件を示したマスクのかさねあわせ(おもに論理「AND」演算)で考える話がある。1970年代に読んだときは印象に残らなかったのだが、1990年代にいわゆる「地理情報システム」(GIS)の応用が広まりわたしも教える立場になったとき、これが先駆的だったことに気づいた。

付録としてFotranによるプログラム例がいくつかのっている。ラインプリンタ打ち出しの影印版で不鮮明な部分も少しあり、ローマ字大文字ばかりで、文法もFortran 66なので、いまから見るといかにも古い。わたしはこの例文を、文字列として読み、Fortranの文としてのそれぞれの意味を言うことはできるが(それができる最後の世代かもしれない)、プログラムとしてどんな仕事をしているか理解することや、いま使われるプログラム言語で書きかえることは、必要にせまられないかぎりやる気になれない。計算機を利用する仕事のスタイルの変化が速かったことを感じる。しかし、本文を読むと、発想にはいまも値うちがあることが多いと感じる。

文献

• 樋口 敬二, 1972: 地球からの発想 (新潮選書)。新潮社。(のち朝日文庫にも収録)。
• 駒林 誠, 1967: 大気圏と水圏が共存できる条件。自然, 1967年9月号, 24-31. [わたしは読んでいない。]
• 島津 康男, 1967: 地球の進化。岩波書店。[わたしは読んでいない。]
• 島津 康男, 1971: 地球の物理 (基礎物理学選書 11)。裳華房。
• 島津 康男, 1984: 国土学への道。名古屋大学出版会。
• 高野 健三, 1976: 海の大循環 — うずは何をしているか。海洋出版。[わたしは読んでいない。]
• Kenzo Takano, 1979: Comments on global models of the oceanic general circulation. Dynamics of Atmospheres and Oceans 3: 339-343. doi:10.1016/0377-0265(79)90017-4 .

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• 戸川 隼人, 1976: 数値解析とシミュレーション (共立全書 211 ΣΤΑΜΠ)。共立出版, 141+iii pp.

1990年代、同僚がこの本を学生に勧めていた。その人は、フィールド地球科学をやっていたが、この本を読んで計算機も使おうと思ったのだそうだ。

わたしはこの本をまだ読んでいなかったが、著者名は知っていた。わたしが店頭で内容を見て選んだ本がこの著者の著書だったことが何度もあった。その多くは、数値計算方法(本書でいう「数値解析の第1の意味」)の実用的教科書だった。「数値計算技法」「微分方程式の数値計算」「マトリクスの数値計算」などの書名を覚えている。とくべき問題に対して、複数の手法を提示し、精度や計算量(計算時間)・必要記憶容量などで手法の長所短所を比較していた。ソースプログラムそのものではないがそれにおきかえやすい形でアルゴリズムを示していた。また、「計算機のための誤差解析の基礎」など、近似のよさを数学的に評価する、本書でいう「数値解析の第2の意味」の本もあった。1990年代当時の新しい著書には、数値計算方法の教科書もあったが、Fortran, Cをはじめとするいろいろなプログラム言語によるプログラミング入門書をいくつも出していた。

1990年代に、この本は店になかったが(注文すれば買えたかどうかは知らない)、図書館で借りて読んだ。たしかにおもしろい本だった。ただし、技法の教科書としては、多くの項目をつめこみすぎで、各項目の記述が短く、理解するのにはほかの本も読まないといけないかもしれない。発想の本としても具体例がおもしろいのは初めのほうだけかもしれない。しかし、力学と電気など物理学的には違うが数学的には同じ問題があるという指摘は有意義だろう。

プログラム例の提示のしかたがうまいと思った。変な入力への対応などの配慮が乏しいのでそのまま実用になるかは疑問だが、最小限に近い行数で、動くプログラムを示していることが多い。著者はかつて個人ウェブサイトで著書の関連情報を提供しており、本書のページ http://nyan11.ciao.jp/B/NA/KZ211/ にはソースプログラムもあったと思う。しかしそのウェブサイトはもうなく、web.archive.org にはそのサイトのページがいくつかあるものの本書のページは見あたらない。

ただし、本書のプログラム例は、Fortranなのだが、言語仕様が 1960年代当時 FORTRAN IV，のちにFortran 66と呼ばれたものだ。わたしは、1990年代の教材としてこれではスタイルが古すぎると思ったので、Fortran 77 に DO … END DOを加えた構文で書きなおしてみた。[このウェブページ]にアクセス制限つきで置いてある。

2000年代になって、物質・エネルギー循環系でもありフィードバックシステムでもあるシステムの例としての、いわゆる「ふろおけモデル」[教材ページ]を説明しようとして、この本の最初の具体例がそれと同じものだったのを思い出した。3.1節のもので、「水時計」とされている。たまった水の質量と水位の関係と、水位と流出速度の関係を、いずれも任意の関数形として問題を定式化したあと、単純に比例する場合に限定してプログラムを提示している。この提示のしかたはうまいと思った。

ここまでわたし個人の本書との出会いを書いてしまったが、ここから本書に即して書いてみる。

あとがきで説明されているが、本書は共立出版から出ていた雑誌「bit」の1974年3月号から1975年2月号まで連載された「数値計算のフィロソフィー」という記事をもとにしている。ただし単行本にまとめなおすときに、プログラム例(日立製作所主催の講習会用に作成したもの)を加えたかわりに、「肩のこらないおもしろい話や「フィロソフィー」は影が薄くなった」そうだ。

本書の趣旨はまえがきにも説明されているが、2.1節「数値解析とは何か」のほうが明確だと思う。「数値解析」ということばは、だいたい次の3つの意味で使われてきた。

• 1. 計算機を使った数値計算で(応用)数学的問題の答えを得る方法
• 2. 数値計算に関する数学的理論、数値計算を題材とした解析学
• 3. (解析的方法に対して)数値的方法、シミュレーション(数値実験)

従来の数値解析の本は第1主題が多いのだが、本書では、第3主題を中心に、第1、第2を加味した。

著者は「計算機は「数学のあとしまつをする機械」ではない。実験の道具として使え!」という主張をもっている。ここでいう「実験」と「シミュレーション」とは同じ意味で使われているようだ。本書では、工学・理学の現場で現われる問題をとりあげ、プログラムを作り、計算機にかけてみる、というスタイルをとった。(読者からみると、第3章はそうなっているが、第4章以後は(おそらく連載記事はそうだったのだろうがプログラム例をふやした結果)「第1主題」の本に近づいてしまったと思う。)

第1章「計算機入門」。1.1節「計算機」では、小石、算木、ソロバン、パスカルの計算器、バベジの自動計算機、リレー(継電器)計算機、そして、電子計算機という歴史をたどる。電子計算機が広く使われるようになったのはアメリカで1955年ごろ、日本で1960年ごろだった。Fortranでプログラムを書いて計算センターにもっていくというスタイルが普及したのはアメリカで1960年ごろ、日本で1965年ごろだ (これを「ごく最近」と言っている。そのころに書かれた講習会教材の文章なのだろう)。1.2節「FORTRAN」ではプログラム言語Fortranが紹介される(文法の要約は巻末の付録3)。1.3節は「アルゴリズム」。

第2章「数値解析とシミュレーション」。2.1節についてはすでに述べた。2.2「シミュレーションとは何か」で具体的に取り上げられているのは地球物理の流体(大気・海洋・陸水)の話題だ。

まず、大西 行雄さん(京都大学 地球物理学教室。もとは数学を学んだ人だそうだ)による、琵琶湖の水温が急激に変わった現象を、湖面が風を受けたことによる「静振」で説明するシミュレーションの話。琵琶湖の断面を格子状に細分し、格子点における水圧、密度、流速などを未知数とする方程式をたて、振動解を仮定して解く。Computation and Analysis [Analysitとあるが誤植だろう] vol. 5 no. 1 (1973)に論文が出ているそうだ。

それから「黒潮のシミュレーション」の話があるが、途中から、「プリンストンのブライアンと真鍋の研究」(海洋大循環のシミュレーション)の話になっている。

そして気象のシミュレーションの話になる。Richardson (1922年)の本について「実用にならなかったが、当時の気象学者に夢と希望を与えた。」と言う。また脚注に

そればかりでなく、当時リチャードソンが考察した計算技法の数々は、今日でも広く使われている。特に、リチャードソンの補外と呼ばれる方法は、微分方程式の数値解の精度改善にきわめて有効である。

とある。それから次のように語っている。

1945年、計算機が誕生すると、気象学者たちは早速、大気の運動方程式の計算を試みた。… 解が非常に不安定で、異常に振動したり発散したりしてしまう。物理学者たちはここで、「単純な考えで構成した近似解法が100%成功するとは限らない」という教訓を得た。一方、数学者たちは、ここに新しい問題の宝庫を見出した。J. フォン・ノイマンをはじめとする数学者たちによって、計算が脱線する原因が解明され、安定性の理論が作られ、安定性が強くしかも効率のよい解法が続々と考案された。こうして、1955年ごろには、大気の運動がまともに計算できるようになったけれど、なんとそれまでに10年間を要しているのである。

大西さんの仕事以外の気象・海洋のシミュレーションについての参考文献は示されておらず、著者がどんな情報源によったかはわからない。

ここまではお話で、ここからが実習教材になる。

第3章「伝導、拡散のシミュレーション」。

3.1節はすでにふれた「水時計」。数値解法の考えかたを、まず次のように述べている。(細かいことだが、「Δt秒」という表現があり、次元のついた物理量と数値との区別があいまいだと思った。)

• 微小時間 Δt の間の変化に注目する
• その間の「自分自身への影響」は無視する [このように処理しても、Δtを十分に小さくとるならば十分に精度のよい結果が期待できる]
• まず「最初の状態」をもとにして、「そのΔt秒後の状態」を計算し、それをもとに「さらにそのΔt秒後の状態」を計算し、以下同様に計算を進める

次に、アルゴリズムの説明がある。【プログラム言語ではないのだが「GO TO i」という表現があり、これは(くりかえし回数の決まったDO文以外のループ構文がなかった) Fortran 66の話者らしい表現だと思った。】

演習3.2(図3.8)は、図3.2を見ると、水槽が2段直列になっていて、上の水槽の下の出口から出た水が下の水槽にはいる構造になっている。これは、水文学での流出過程(雨から川の水になるまで)の「タンクモデル」の基本構造そのものだ。ただ残念ながら、本文に図への参照以外の説明がないので、演習を実際にやってみようと思った読者以外には印象に残らないだろう。

3.2節以後、複数の水槽をつなぐ管があって相互に水が移動するような問題を想定しながら話が進むのだが、現実の水の問題との関連は薄くなっていく。

ひとつは、同じ「水槽」がたくさんならんでいる状況から、連続体の問題(の離散近似)の話になる。熱伝導、電気伝導、溶質の拡散などが同じ形になる。3.3節で1次元の問題、3.5節で2次元の問題を扱っている。

もうひとつは、「水槽」どうしの任意の対の相互作用があったりなかったりする状況で、相互作用はマトリクス[注]で表現される。「水槽」の問題としては現実的でないが、コンデンサと抵抗からなる電気回路の問題としては現実的なものらしい。

• [注] 本書では「行列」でなく「マトリクス」という用語を使っている。(「行列」は「待ち行列」を思わせるから避けたのだろうか?) ただし「行列式」は出てくることがある。

3.6節「不安定現象とその対策」は、伝導・拡散型の問題について、Δtをじゅうぶん小さくとらないと、単に精度が悪いだけでなく、数値的不安定を起こす(振動の振幅が無限に増大してゆく)という話。Δtをどのようにとれば安定かという理論的解析の紹介と、台形公式を使う方法の紹介。(ここで連立方程式をとくことから、消去法と反復法、反復法のうち「ガウス・ザイデル法」と「SOR法」ということばが出てくるが、その実質的説明は第4章にある。)

第4章「平衡状態の計算法」。時間変化のあるシステムのシミュレーションでも、定常状態が知りたいことがある。この章は現象のシミュレーションの例は最初だけで、しかもあまり現実みがない。ほとんど計算技術の話。連立1次方程式をとく。それを利用して、偏微分方程式(ポアソン方程式)の境界値問題を差分法でとく。

【わたしが勉強した1970年代後半から1980年代前半は、連立方程式のときかたは、教科書にはどちらかというと反復(逐次近似)法が重視されていたが、大型計算機を使う人のあいだでは直接法である消去法が勧められていた。メモリー容量が従来よりも大きくなったことによる時代の変わりめだったのだろう。同時期にもパソコンでやろうとすると反復法が必要なこともあった。】

第5章「振動の問題」。振動の例は、(重力のもとでの)管の中の流体、バネ、コイルとコンデンサのある電気回路など。

まず、単振動になる問題。時間に関する2階微分(位置に対して加速度)を含む微分方程式になる。

次に、多自由度の問題。例としては複数の質点がバネで連結されているもの。マトリクス表現する。

それから、連続体にもっていく。振動が空間的に伝わる波動の問題。まず時間発展をすなおにシミュレーションする。プログラム例では、文字を打つプリンタでできる範囲でがんばったグラフ表現もしている。

サイン・コサイン(あるいは複素数の指数関数)型の解を想定すると、固有値問題になる。固有値を得る計算は専門家が書いた「ライブラリー・サブルーチン」(これは本書が出たころの計算機センターで通じた表現)に頼ればよいが、説明しやすい方法として、反復法のひとつのヤコビ法を紹介している。

(固有値問題の話題の途中にはさまれて、それとの関連が明示されていないが) 高次代数方程式の解きかたの話もあり、ベアストウ法が紹介されている。

第6章。章の題名は「有限要素法」だが、6.1節「近似式の作りかた」は有限要素法に関心のない人にも有意義だ。正確に計算できない関数の近似値を得るにはどうするか。テイラー展開を適当な次数で打ち切って使う方法もあるが、展開の中心付近と離れたところで精度がちがうという難点がある。精度がほぼ一定の近似式をつくることを考えたほうがよい。近似式を、基底関数の重みつき合計で表現し、重みの値を決定する、という問題にする。決定の基準には次のものがある。

• いくつかの点で合わせる (選点法)
• 残差の2乗和を最小にする (最小2乗法)
• 重みつき残差が最小になるようにする

区分多項式も出てくるが、「スプライン関数」ということばは出てこない。同じ著者の別の本では出てきたという記憶があるのだが、使うならば本来のsplineとは意味がずれていることも言うべきで、長くなるので避けたのかもしれない。

6.2節から、偏微分方程式の近似解法の話になる。(わたしは有限要素法を使わないので、ここはしっかり読んでいないのだが) やはり、選点法、最小2乗法があり、重みつき残差の積分が0になるようにする方法が「ガレルキン法」、「エネルギー原理」がなりたつ問題で「全ポテンシャルエネルギー」を最小にする方法が「レイレイ・リッツ法」と呼ばれている。ただし、実際の問題で、レイレイ・リッツ法で式をたてると、ガレルキン法と同様になるそうだ。

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• 新田 尚 [にった たかし] 監修, 酒井 重典, 鈴木 和史 [かずふみ], 饒村 曜 [にょうむら よう] 編, 2017: 気象災害の事典 — 日本の四季と猛威・防災。朝倉書店, 558 pp. ISBN 978-4-254-16127-4.

2015年8月に出た本。わたしは2017年9月に店頭で見つけた。自然災害の事典のような企画はほかに(複数)あるが、気象災害に限ったものはめずらしい。内容を見ると大部分が日本の気象災害で、最後の第8章だけが世界の気象災害を扱っている。

A5判550ページほどの本で、定価12000円 (税別)は高いと思う。図書館にはよいかもしれないが個人には勧めにくい。【ただ、わたしの需要にはたまたま合っていた。わたしにとって、気象学は専門だが、大雨などの気象災害は狭い意味の専門ではない。しかし「大雨と地球温暖化とはどんな関係にあるか」とか、「災害を減らすには気象に関するどのような知識を普及したらよいか」といった話題についてコメントすることはある。災害になりそうな気象現象の話で過去に災害になった事例が参照されることがある。そういうものにコメントする際には災害事例の概略をおさえておきたい。この「事典」はその役にたちそうだ。めくってみると、災害事例の多くは著書の多い饒村さんによるもので、すでに『台風物語』をはじめとする著書に出ている話題を書きなおしたものらしい。しかしわたしは饒村さんの著作に興味はあったがその災害関係の本を持っておらず、「事典」の形でまとまったのはありがたいと思った。ただしわたしがこの本を活用できるには、この本をたくさんの本のうちに埋もれさせず、何かきっかけがあったら1-2分のうちに取り出せるところに置いておかなければならない。できるだろうか。】

執筆者のかたがきは最近の所属だけを示しているので必ずしもあきらかでないが、執筆者の大部分は気象庁(気象研究所を含む)で仕事をした経験がある人だ。尾関俊浩さん(北海道教育大学)は雪氷、道本光一郎さん(もと防衛大学校、現在はウェザー・サービス)は雷、村山貢司さん(もと日本気象協会、現在は気象業務支援センター)は気象が人の健康におよぼす影響の専門家であり、編者が必要だと判断したが気象庁関係者ではまかなえなかった主題をカバーしている。筆保弘徳さん(横浜国立大学)が執筆している台風は気象庁関係者の専門と重なる主題だが、同じ出版社から出た『台風の正体』[読書メモ]の材料を再利用するのがよいという編者の判断で加わったのだろう。

気象庁関係者のうちでも、第7章の、「気象業務法」という法律と、警報そのほかの気象庁が出している情報とについての解説を分担執筆しているのは、気象庁現役の人で、気象庁の社会貢献業務として引き受けたのだと思う。そのほかの章の記事の執筆者は、業務関連ではあるが個人としても災害をもたらす現象を調査・研究してきて、学会発表などでも知られている人だ。

自然災害は、災害を起こしうるような自然現象(ハザード)と、社会がハザードの影響をどう受けるか(脆弱性)の組み合わせによって起こる。(「暴露」と「脆弱性」を分ける考えもあるがひとまず「脆弱性」でまとめておく)。気象庁の視点ならば当然ではあるのだが、本書は気象災害のハザードには詳しいが、起こった災害については役所によるまとめやマスメディアによる報道に従った事実の要約がおもであり、脆弱性に関する議論は少ない。

本書は、日本の気象災害に関する項目を、季節、しかも(本全体の副題に「四季」がはいっているにもかかわらず)「梅雨」と「秋雨」をかぞえた「六季」のそれぞれにあたる章に分配した形をとっている。項目を季節ごとに配分することは、おそらく編集の最初ではなく中途で、たぶん、いま経験している季節の災害について読みたい読者にとってこの形が便利だろうと思って、決めたのだろうと思う。ただし、日本の季節区分の解説も、本書で採用する各季節の定義も見あたらない。編者は季節区分について深く考えていないようだ。【季節区分についてのわたしの考えは[別ブログ2017-08-14の記事]を参照。】次に述べるようなことから、この編成は失敗であり、気象ハザードの類型別にまとめるべきだったと思う。わたし自身は、目次を書きぬいたパソコンのファイルを検索して項目にたどりつけるから、大きな不満にはならないが。

気象ハザードのうちには、季節に直接関係ないものもあるのだが、その解説は、それによる災害が比較的起こりがちな季節のところに置かれている。たとえば、海の波や高潮に関する項目は、秋雨の章にある。これは波や高潮による災害は台風にともなっておきることが多いという考えなのだろう。

台風は、夏と秋雨の2章に分配されている。「秋雨の季節」と「秋」を区別するのはむずかしいので(しかも本書としての標準の切りかたも示していないので)、台風による災害が9月ごろに多いことを考慮し、11月ごろの台風まで「秋雨」のほうの章に持ってきた、ということのようだ。それぞれの章のうちの配列は、さきに台風の特徴の分類、あとで個別の災害事例、そのあと補足的項目となっており、これはよいと思う。しかし2章に分けないほうがたどりやすかったと思う。

局地風の話題は、次のように細かく分割されてしまった。一般的な項目「局地風」は秋、「ボラ」「おろし」は冬にある。(そして、地域別の事例よりもあとにきてしまっている。「おろし」は局地風でない「大西風」をはさんだあとにきている。) 「フェーン」は夏の章にあり、風ではなく高温(のハザード)に分類されている。地域別の事例は、春の章に「日高しも風」から「羅臼風」まで、秋雨の章に「広戸風」、秋の章に「清川だし」から「宮島弥山おろし」まで、冬の章に「比良八荒」から「那須おろし」までがある。事例をそれが発生する季節に分配するのはよいとしても、総論的な記事は季節別でない章に置いて、そこに事例の各論を参照できる糸口があるような構造にするべきだったと思う。

第8章「世界の気象災害」は小柴厚さんがひとりで執筆している。饒村さんが編集担当している「付表2」にある災害の事例のうちで重要と考えられるものをそれぞれ解説したものだと言えるだろう。全部ではないが多くの項目で、「EM-DAT」(http://www.emdat.be )という、USA 国際開発庁 海外災害援助局 と ベルギーのルーベン カトリック大学 災害疫学研究所によるデータベースをおもな情報源にしている。このデータベースは、『理科年表』の2016年の冊[読書メモ]から気象の部に含まれるようになった「世界のおもな気象災害」の項目の材料でもある。おそらく本書と理科年表の情報は気象庁内の同じ作業の成果だろう。

折り返しのあとに詳しい目次をつける。「/」のあとに部分ごとの執筆者名を示す。
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• ブルース・バートン [Bruce Batten], 2000: 日本の「境界」 — 前近代の国家・民族・文化。青木書店, 348 pp. ISBN 4-250-20012-4.

Battenさんによる、気候と人間社会の歴史との関係に関するレビューの話を聞く機会があった([別ブログ2017-05-19の記事]で紹介した)。Battenさんは今はそのような課題を専門にしているが、そのまえは別の問題に取り組んでいたそうだ。著書のひとつを大学の図書館で見つけたので借りて読んでみた。

著者は桜美林大学教授で、日本語でも仕事をしている。本書の原稿は、まず英語で書いて、村田勝幸氏(当時、東京大学の院生)に日本語訳してもらい、著者自身が改訂して完成させたものなのだそうだ。本書はまず日本語で出版されている。2003年に同様な主題の英語の本が出ている。確認していないが、本書の英語版なのかもしれない。

著者はStanford大学の日本史で1989年4月に博士号をとった。その主題は古代の大宰府の役割だったそうだ。そのとき考えていたことを一般化した問いに答えようとしたのが本書だそうだ。なお、大宰府の話は本書よりあとで別の著書にしている(2001年のNHKブックスと、2006年の英語の学術書)。

本書は歴史の理論的論考だ。歴史の理論書というと、わたしは、人間社会の変化のしくみを説明する理論を提唱したり批判したりするものを思うが、本書はそういうものではなく、過去と現在の社会を共通に説明できる枠組みを考えようとするものだ(とわたしは理解した)。ただし、もし歴史の変化の理論をつくりたいのならば、その準備として枠組みを考える必要があるだろうとも思う。

本書の前半では、日本の「境界」について、boundaryなのか幅をもつfrontierなのかという観点で考えている。後半では、Wallersteinの近代世界システム論を近代よりもまえの世界に拡張した議論をひきついで、近代になるまえの日本はどんなシステムだったかを考えている。

第1章「政治的境界」。(この部分は、1996年、『現代思想』24巻9号236-252ページに出たものをもとにしているそうだ。)

われわれが知っている国境(boundary)は近代のものだ。日本では1855年にロシアとの国境を決めた(日露通好条約で、エトロフとウルップの間を境界とする)がはじまりだ。

近代になるまえ【著者は「前近代」という用語を当然のように使っているが、わたしは漢語の「前」を前置詞的接頭語として使うことに納得がいかないので「先近代」としたい】にも国家はあったが、その境界は幅のあるfrontierが基本だ。

先近代から近代への境界の変化を、タイの場合について示したものとして、本書25-26ページで「Winichakul (1994)」という文献を参照しているが、参考文献リストからぬけている。運よく、わたしはその本を知っている。Thongchai Winichakul (1994) Siam Mapped [読書ノート]だ。【Thongchaiが個人名でWinichakulがfamily nameだが、タイ人はfamily nameをあまり使わない。引用者は、どちらを著者名キーにするか迷って、どちらも入れそこなったのだろうか、と想像した。】

本書では、日本のfrontierのうちで、南西諸島を詳しく扱わないことにした。そこの国境の状況は、北九州と東北・北海道の中間的だろうと見積もっている。【それはそうかもしれない。しかし、Winichakulの本で論じられた先近代の体制には、同時に複数の宗主国をもつ国(のようなもの)がある、という特徴がある。本書でも、もし近世の琉球を具体的に扱えばそのような話題が含まれたはずだが、実際には見あたらない(見落としたかもしれないが)。】

第1章の結論としては、先近代の日本の国境(政治的境界)は基本的にはfrontierであった。しかし、近代的国境ではないが、boundaryもあった。近世(江戸時代)の松前藩の支配地とアイヌの土地とのあいだには明確な境界があった。古代の律令国家とエミシの領域との境界は変遷したが、各時期にはboundaryだったようだ。また、古代や近世の対馬海峡は、海上なので明確な線ではないが、機能の面ではboundary的だったと考えられる。

第2章「その他の境界」。人種、文化、民族性についての日本のfrontierとその変遷を考える。

「人種」概念は不適切だが、ヒトの生物的形質による分類を人びとが意識することは実際にある。いまの日本人の形質の分布は、大きく東西に分かれるのが基本だが、次に文化について述べるのと同様な「中」と「北・南」の構造も見られる。

ここでいう「文化」は文化人類学や考古学でいう文化だ。行動や産物を外の人(現代の学者)が見て分類する。日本列島には、かつては全体に縄文文化が広がっていた。そのうち「中」の地方に稲作(弥生)文化がやってきた。「北」(続縄文文化、擦文文化)と「南」にはそれに同化されない文化が続いた。

言語にも「中」と「北」「南」の構造が見られる。ここで、弥生文化をになったのはアルタイ系の言語を話す人だった、アイヌ語話者はそれ以前から住んでいた人の子孫だ、という推論はもっともだと思うが、アイヌ語をマライ・ポリネシア語とみなしているところは無理があると思う。

東北では、文化的フロンティアに遅れて政治的境界が北上することがおこりがちだったが、奈良・平安時代には政治的境界(城)がさきに北上した。

ここでいう「民族性」は、当事者が主観的にもつidentityだ。奈良時代には日本民族としての自覚はエリートに限られ、江戸時代までかかって百姓に広がっただろう、と著者は考えている。

古代のエミシ、中世のエゾについては「アイヌか和人(日本人)か」という論争がある。著者は、近代の「アイヌ」「和人」概念を過去の時代に持ちこんだ議論は意味がないとする。【わたしは、遺伝的形質なり、言語なりで定義しなおせば意味があるだろうと思う。】

奈良時代、日本人は「エミシ」を異民族として認識していたが、エミシ自身にはエミシ民族の同一性の認識は継続的にはなく、戦闘なり儀式なりで日本国家と向かいあったときだけあったようだ(と著者は見ている)。

第3章「世界システム論から見た前近代日本」。
Wallersteinの近代世界システム論を発想の手がかりにする。先近代に世界システムがあったとは、Wallersteinは言わないが、ユーラシア規模の世界システムがあったと言う人もいる。Chase-DunnとHallは、複数の「世界システム」があってよいという枠組みを考えた。本書の議論はそれに従う。システム内の交渉が活発で、システム境界を越えた交渉は不活発ならば、システムが認識できる。システム内は均質とは限らず、中心・周辺構造があるのがふつうだが、必ずしも搾取的ではない。【わたしはそういうものは「世界システム」というよりも「地域システム」と呼ぶのがふさわしいと思う。しかし「地域」ということばは現代の国家よりも大きいものも小さいものも含むさまざまな規模をさすので、使いにくい。】

先近代の日本は、日本という規模で自律的な「世界システム」だったのか、東アジアの(中国を中心とした)「世界システム」の部分だったのか、という問いがある。

これに答えようとして、日本(九州・四国・本州)に視点をおき、それと世界の他の部分との相互作用を、政治・軍事的交渉(外交や戦争など)、大量品の流通、威信品の流通、情報の流通にわけて考える。お金(硬貨や貴金属)の流通は威信品の流通に含めておく。検討の結果は266-267ページの表3-1にまとめられている。大量品の流通は政治・軍事的交渉よりも狭い。威信品と情報の流通は政治・軍事的交渉よりも広い。

第3章のまとめでの著者の総合は、(複数のシステムが重なりあって存在することもありうることを前提として)、先近代の日本は基本的に自立的システムだが、中国を中心とする東アジアのシステムのサブシステムとなっていた時期もあった、というようなものだ。

近代世界システムと日本との関係は、16-17世紀に統合に向けた試験的な動きがいくつかあったが、江戸時代終盤まで、独立した状態をたもっていた、と見られる。

順序が逆になるが、各論で印象に残ったところを書きぬいておく。

政治・軍事的交渉だけについてみると、日本は、奈良時代と、モンゴル襲来から室町時代を経て秀吉の時代は、東アジアシステムの部分であり、平安時代から鎌倉時代(モンゴル襲来の前)と江戸時代は独立システム的だったと見られる。この変遷には中国側の国家体制からの要因が大きい (唐、元は拡大的、宋、清は相対的には消極的)だが、日本側の要因もある。

大量品流通については、今の日本の領域をまとめてみれば、ほぼ独立システムで、その変化の要因はおもに国内にあった。

しかし、日本とアイヌ・琉球との関係には大きな変化があった。アイヌ経済は自給自足的だったが、17世紀から18世紀に日本の流通システムに包括された。琉球もそうである。アイヌと琉球に対する日本のかかわりには、搾取的な〈中心・周辺〉関係があった。

威信品の流通は、東アジアでは朝貢交易(などの国家間外交に伴う交易)が重要だが、時代によっては私的通商も重要だった。日本の場合、両者のバランスはおもに日本の国家権力の強さによって変動した。東アジアでの威信品の流通は、通商にせよ、朝貢にせよ、搾取的というよりは平等主義的だった。

奈良時代の日本にはアジア広域(おそらくアフリカも)の品が来ていた。ただし直接ではなく中国や朝鮮を経由したにちがいない。江戸時代の日本には中国産の織物がアイヌ経由(「蝦夷錦」)や琉球経由で来ていたものもあった。

日本の輸出品としては、金(平安時代から室町時代)、銀 (石見銀山: 16世紀なかばから1668年まで)が重要だった。銀の産出が減ったあと、輸出品は、銅、海産物干物(北海道原産)、硫黄、工芸品や武具(大量品ではなく威信品)などだった。また、江戸幕府は輸入代替政策を推進し、サトウキビ、絹、朝鮮人参、綿、タバコなどを国内でつくるようになった。

【つまらない件だが「硫黄島」についての日本語文は変だ。この名まえが九州の南の島にも小笠原諸島の島にもつけられたことをさすのだが同じ島であるように読める。】

日本に届く威信品を見るかぎり、Chase-Dunnのいうユーラシア規模の脈動や、Abu-Lughodのいう13世紀世界システムの崩壊(日本は戦国時代だったころ)の影響は認められない。

情報の流通には、外交のほか、聖職者の移動が重要だ。聖職者が商船にのってきても商人による情報流通とはちがうふるまいをすることがある。情報のうちでも知識とニュースで伝わりかたがちがうこともある。情報の流通は双方向で同様とはかぎらない。江戸時代の日本は受信が多く発信が少なかったという指摘(市村祐一氏など)もある。

第4章「境界の 力学[ダイナミックス]」
日本の境界のうち、西の海上の境界は変動が少なかった。東北と南西で、日本が拡大し、アイヌと琉球を包括し国内minorityにしてしまった。

Frontierで起こることは、侵入者が先住民と接触する。侵入者が勝つこともあるが、いつもそうとはかぎらない。(侵入が失敗に終わることもあるし、先住民が侵入者を包括することもある。)

境界が動く要因としては、勢力不均衡と、自然の障壁が弱いこと、動かない要因としては、勢力均衡と、自然の障壁が強いことがある。

境界で起こることは対立のこともあるが協調のこともある。利害の一致するエリートどうしの協調が起こることがある。そのうちには、拡大する国家が、周辺の住民にリーダーや組織をつくりだす場合がある。(これを「種族化」と言っている。) 古代日本がエミシにしたことがまさにこれだ。【「素晴らしい事例」というのは英語から日本語への訳語の選択の失敗だと思うが「典型例」のような意味だろう。】

奈良時代の国家は中央集権的構造をもっていた(公式記録はそれを強調するほうに偏っているかもしれないが)。 新羅、おそらく渤海国も同等の組織だった。ハヤトやエミシは種族社会で(戦闘では強かったかもしれないが)政治組織は弱かった。14世紀以後、アイヌ民族共同体ができてくるが、日本に比べればやはり弱い組織だった。

技術。力関係の不均衡の要因として技術の不均衡がある。日本のアイヌに対する優位はおもに製鉄と農業の技術の格差による。(それには、江戸時代の松前藩がアイヌに農業と鉄を禁止した、などの意図的につくられた部分もあるが。)

アイヌは17世紀ごろから日本の漆器を必需品とするようになった。(衣服についてはアイヌの産物のほうが北海道の環境に適していたかもしれない。) 他方、日本が求めた北海道製品は、毛皮や羽毛などの威信品か、日本人の指揮下で生産された大量品だった。

自然環境要因。感染症を含む。ユーラシア人が南北アメリカ先住民に対して優位になったことについては、W. McNeill や J. Diamondの議論がある。

先近代の日本は、この面でのユーラシア世界への統合は部分的だった。天然痘や はしか は7-8世紀にはいってきて大量死をもたらしたが、慢性化は13世紀以後だ。腺ペストや発疹チフスなどは先近代のあいだにはこなかった。(意図的な隔離の効果があったかは要検討。) 平安時代以降、日本には、伝染病は外からやってくるという認識ができた。

しかし、感染症(天然痘、はしか、梅毒など)は、江戸時代の日本がアイヌに対して優位になった要因である。

人間と自然との関係には、人間活動による自然改変もある。

ここで「社会環境的なフィードバックシステム」の模式(図4-1、321ページ)を示す。「政策・行動など」「社会組織の度合い」「技術の水準」「自然環境や生態系」が全部の組み合わせで相互作用する。その外から「社会的な力」が加わる。【これが、本書でいう(複数ありうる)「世界システム」、わたしが仮に「地域システム」と呼んだもの、の内わけを示したものなのだろうか? 示されたシステムの構成要素間で相互作用があることはあたりまえともいえる。どんな相互作用かにふみこまないとおもしろくないと思うが、それはこれからの探求の課題だろう。】

歴史には偶然もある。北海道は天然資源にはめぐまれている(鉱物、材木、水産資源)。気候も、イネに限らなければ農業に適していた。しかしそれがアイヌに力を与えず、むしろ天然資源は搾取の対象となった。

日本は、近代世界システムに対して、周辺化せず、中核に加わることができた。それには、後進性の利点を利用したといえる。それは近隣諸国に大きな影響を与えた。それはまず帝国主義的支配の形をとり、それが崩れたあと、領土の拡大(国境の変化)を伴わない経済的な拡大の形をとった。

いま、国家勢力や社会的な力と、領土の境界との関係は不明確になっている。この状況が一時的なものなのかこれから続くのかはわからない。

文献 (いずれもわたしは読んでいない。)

• ブルース・バートン, 2001: 国境の誕生 — 大宰府から見た日本の原形 (NHKブックス 922)。日本放送出版協会。
• Bruce L. Batten, 2003: To the ends of Japan : Premodern frontiers, boundaries, and interactions. University of Hawaii Press.
• Bruce L. Batten, 2006: Gateway to Japan : Hakata in war and peace, 500-1300. University of Hawaii Press.

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• 田中 博, 2017: 地球大気の科学 (現代地球科学入門シリーズ 3)。共立出版, 305 pp. ISBN 978-4-320-04711-2.

2017年6月の新刊。地球科学の大学学部上級くらいの教科書のシリーズ。同じシリーズの第5巻として、中澤 高清ほか(2015) 『地球環境システム — 温室効果気体と地球温暖化』 [読書メモ]が出ている。(なお、第5巻の近刊予告では第3巻の著者は別の人が予定されていたのだが変更になった。シリーズと別に田中さんが教科書を書く構想を持っていて、組みこまれたのだろう。) 大気の成分に関しては第5巻で扱ったからだと思うが、本書は、大気の物理、言いかえれば気象学にしぼった教科書になっている。気象学のうちでも気象力学(dynamic meteorology)あるいは大気力学(atmospheric dynamics)と呼ばれる分野に、そのうちでも、対流圏の、大規模(水平スケールが千km以上)現象、しかも中・高緯度の現象に重点が置かれた教科書だ。序文で、小倉義光(1978)『気象力学通論』を参考にしたとある(序文では「学」の字がぬけ、巻末の文献リストでは痛い誤字があるが)。

第1章から第5章までは導入的部分だと言えるだろう。

第1章は、話題を気象学にしぼる前の「地球大気の科学」の展望を示したかったようで、太陽系の惑星の形成から地球大気の形成、生命の進化と大気中の二酸化炭素・酸素の濃度の変遷、時間スケール億年の気候変化、第四紀の氷期サイクルやそのあいだの急激な変化を概観している。

同じ著者の放送大学テキスト[読書メモ]の場合と同様、著者があまり詳しくない分野をがんばって書いているのはわかるのだが、いくつか残念なところがある。図1.3の「二酸化炭素と酸素の濃度変化」の出典が「大学入試センター」となっていて、読者が根拠にさかのぼることがむずかしい。図1.4の「過去5.42億年の気温変化」はVeizerほかの論文を出典としていて、図に示されたのは酸素同位体比だが、何の酸素同位体比かも、温度にどう読みかえられるのかも説明不足だ。また、1.4節の本文で、第四紀の氷期の名まえにギュンツ、ミンデル、リス、ヴュルムを「ドイツ表記」としてあげているが、この固有名は、学説史上の意義はあるものの、今の学問では適切でないとされていると思う。(「最終氷期」を「ウィスコンシン氷期」とするアメリカ名ならば今も使われているが。)

また、第四紀のうちのYounger Dryas事件の説明で「海洋大循環が停止した」という説をそういう表現で紹介して、単純に「本シリーズ第4巻『海洋の物理学』参照」としたのはまずかった。第4巻『海洋の物理学』[読書メモ]で「海洋大循環」はもっと広い対象をさしている。第4巻の深層循環のところで「ブロッカーのコンベアーベルト」と呼ばれているものが止まったという説だとすれば話はつながるのだが、そのような説明がほしかった。また、第4巻の深層循環の話題はメカニズムの話が簡単すぎるので、むしろ別の本を参照したほうがよいと思う(ただしわたしはすぐによい本を紹介できない)。

「近年の数十年から数百年のタイムスケールの気候変動については、このような自然変動と人為起源の地球温暖化を分離する必要がある。(本シリーズ第5巻『地球環境システム』参照。)」とある。ページ数の限られた気象学の教科書で気候の変動・変化の話題をこれだけですませたのはひとつの見識だと思う。しかし第5巻は、温室効果気体の動態には詳しいが、地球温暖化の物理やそれによる温度変化については、論じてはいるもののあまり詳しくない。これも別の本を参照したほうがよいと思う (まず思いあたるのは日本気象学会(2014)の『地球温暖化』[読書メモ]だが、本書よりはやや専門的だ)。

第2章は「地球大気の鉛直構造」で、対流圏・成層圏などの層構造、大気の組成、気圧の鉛直分布(静水圧のつりあいを前提としているがその概念の説明は第6章で)、気温の鉛直分布(断熱減率を簡単に導入しているがその説明も第6章で)、オゾン層を紹介し、地球と他の惑星の大気の鉛直構造を比較する図をのせている。

第3章では、地球の放射収支について0次元的・鉛直1次元的に論じ、温室効果を説明している。また放射収支の季節変化と南北分布の事実を示している。

第4章では、地球大気に関する観測事実を、ひとまず東西には平均し、南北・鉛直分布の形で、気温、東西風、南北・鉛直循環(子午面循環)、水蒸気量、水収支について見ている。

第5章では雲と降水を扱う。水の相変化の熱力学や湿度の表現についてはわりあい詳しいが、雲物理(雲から雨になるプロセスなど)については概論的だ。

第6章から第10章が、気象力学の基礎概念で、教科書としてしっかり書いてあると思う。第6章では、大気を連続流体とみなし、それが従う、質量保存、運動方程式(運動量保存則)、熱力学第1法則、理想気体の状態方程式などの法則をそれぞれ定式化する。回転座標系とコリオリの力、粘性摩擦やレイノルズ応力、近似的になりたつ静力学(静水圧)のつりあいも説明する。それをまとめた方程式系は第7章で「プリミティブ方程式系」として提示される。それを前提として、地衡風そのほかの概念も紹介される。第8章では流れの場を渦度(あるいはそれを積分した量である「循環」)と発散とに分けてとらえ、中高緯度で有効な近似である「準地衡風方程式系」も紹介している。第9章では、基本方程式系を線形化したものの解として、大気の波動(音波、重力波[gravity wave]、ロスビー波、混合ロスビー重力波、ケルビン波)が出てくる。第10章はエネルギー保存則にもとづく大気のエネルギー収支の話なのだが、重点は運動エネルギーの生成にある。

第11章は、基本方程式をハミルトニアンの形で定式化する話。(わたしは勉強したことがない。) 断熱の場合に限っているようだ。なお、177ページに太字で「凡関数」とあるが、読み進んでふりかえるとこれは「汎関数」の誤植にちがいない。

第12章、前半は数値天気予報モデル・大気大循環モデルの構成。V. BjerknesやRichardsonから最近のNICAMまでの流れをがんばって短くまとめている。ただし「3次元スペクトルモデル」は実用に至らなかった技法でほかの教科書類では見ない話だが、そこで使われる大気の場の3次元ノーマルモード展開は著者自身が取り組んだ方法であり第13章でも話題になる。第12章の後半は(E. N. Lorenzの意味での)カオスとそれを扱う手法。「アンサンブル予報」の話もある。

第13章は「大気大循環」と題しているが、惑星規模の大循環だけでなく、それよりは小さい総観規模の低気圧なども扱っていて、相互の位置づけはわかりにくいような気がする。もっとも、温帯の大循環の主役は温帯低気圧だから、両者がまざるのはしかたないかもしれない。温帯低気圧ができるしくみである傾圧不安定については体系的に論じていると思う。そして傾圧不安定に伴うエネルギー収支(運動エネルギー生成など)については、著者が博士論文でやったノーマルモード展開による方法を紹介している。

熱帯の大循環については、ハドレー循環、ウォーカー循環、モンスーン循環に分けて論じている。対流圏の下端と上端で発散・収束が逆になるような循環を、軸対称(東西全経度一様)の部分をハドレー循環、軸対称でないが年平均場で表現できる部分をウォーカー循環、夏と冬で逆向きになる部分をモンスーン循環と分けたようなのだが、そう分けて見た観測事実が述べられているものの、全体としては力学に重点をおいた教科書なのに、この部分にはあまり力学的な議論がない。熱帯に関心のある読者としてはこの部分はものたりない。(もっとも、わたしがこれよりよいものを書けるとも言えない。)

大循環というよりも総観規模だが、熱帯低気圧(台風を含む)については、かなり重点をおいて扱っていて、その中の積乱雲群の構造の話題もある。

なお、序文で、気象学の目的として、現象の把握、メカニズムの解明、将来予測、気象制御(control)のさらに先に、大気の創造(creation)をあげている。気象制御には、人工降雨のほかに、地球温暖化の抑制なども含まれると言っている。(「地球温暖化の抑制」が、温室効果気体排出削減をさすのか、意図的気候改変をさすのか、これだけではわからない。) 「大気の創造」は、テラフォーミングとも呼ばれる、他の惑星を人が住めるように改造することをさしている。著者は科学・技術が人の望む結果をもたらすことに楽観的であるとともに、それをもたらすために働くべきだという使命感のようなものを持っているのだろう。わたしの知るかぎりの日本の学者にはめずらしい態度だと思うのだが、アメリカ合衆国の学者ならばめずらしくないかとも思う。(著者はアメリカの博士課程で学び大学教職にもついている。)

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• 三隅 良平, 2017: 雨はどのような一生を送るのか — 降る前から降った後までのメカニズム。ベレ出版, 307 pp. ISBN 978-4-86064-512-0.

2017年6月の新刊。地球上の水循環、つまり、雨が陸上にふれば、その水の一部分はその場から蒸発してまた大気中の水蒸気になるが、残りは土壌を経て川を流れて海に達しそこから蒸発する、という一連のものごとについての、入門的な読みものだ。それぞれの部分についての主要な知見を得た学者の業績にふれながら説明している。

著者の狭い意味の専門は気象学のうちの雲物理なので、雲ができ、その中で雨ができるしくみを詳しく述べているだろうと期待した。確かに、第2章では、雲粒のできかたを論じている。そこで凝結核となるエーロゾル粒子が重要であることを、エイトケン(Aitken)の研究にふれながら述べている。第3章では、雲から雨になるしくみについて、氷の結晶が成長して雪ができてからとけるしくみと、液体の雲粒が併合するしくみの両方の説があったが、結局どちらも重要なのだという話がある。

しかし、積乱雲ということばは出てくるものの、激しい雨がふる際に、積乱雲がどのように発達するかの詳しい話はない。その話題は、同じ出版社から出ている 荒木 健太郎 (2014) 『雲の中では何が起こっているのか』[読書メモ]や、三隅さん自身(2014)の『気象災害を科学する』[読書メモ (2020-09-27)]とかさなるので省略したのだと思う。

むしろ本書の重点は、陸上にふった雨がどうなるかという、水文学[すいもんがく]の話題にある。著者は現在、防災科学技術研究所の「水・土砂防災研究部門」にいるので、このあたりまで本業のうちなのかもしれない。また、原稿を、水文学を専門とする浅沼 順さん(筑波大学)に見てもらったそうだ。

第1章では水循環の認識がどのようにできてきたか。とくに17世紀のマリオットとハレーによる定量的な見積もりが重視されている。

第4章は水循環にとっての森林の働き。降水の遮断蒸発、蒸散など。「森林は洪水を防ぐのか」という問いへの答えは単純でない。

第5章は雨が土壌中に浸透していき、地下水として動くこと。浸透についてペロー、地下水の動きについてダルシーの業績が出てくる。また現代ではトリチウムが地下水の動きのトレーサーとなることも紹介される。

第6章は地面に落ちた雨が川にたどりつくまでの流出過程。地中を流れるのがふつうで、地表を流れるのはまれだとされているが、最近、荒廃したヒノキ林では地表流が起こっていることが観察されている。この章では流出量を求める計算方法も紹介される。

第7章は蒸発について。まず水の蒸発過程の基礎的認識をドルトンの業績にそって述べる。なおドルトンは個人で毎日気象観測もしていた。それから陸上の蒸発の定量的見積もりの考えかたについて、ソーンスウェイト、ボウエン、ペンマン、また海上に適用されるバルク法を考えたジェイコブズの業績にそって述べる。

第8章は地球と他の天体の水循環の比較。ここでいう他の天体とは土星の衛星のタイタンで、窒素を主成分とする大気の中で、水ではなくメタンが雨になったり蒸発したりするのだ。探査機によって大気成分や温度は観測されたが、雲や雨はまだ直接観察されてはいない。しかし理論的根拠をもって、雨粒は地球のものよりも大きいだろう、などと推測されている。現代の惑星大気研究者(わたしは大気の非平衡熱力学的エントロピー論の研究者として知っている)ラルフ・ローレンツ(本書参考文献リストにはLorentzとあるが、Lorenzが正しい)、そのほかの人の研究成果を参照している。

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• Michael Weisberg, 2013 (paperback 2015): Simulation and Similarity — Using Models to Understanding the World. New York: Oxford University Press, 190 pp. ISBN 978-0-19-026512-0.
• マイケル・ワイスバーグ 著, 松王 政浩 訳 (2017): 科学とモデル — シミュレーションの哲学入門。名古屋大学出版会, 290+22 pp. ISBN 978-4-8158-0872-3.

英語版は2013年に出た本で、わたしは2016年に店頭でペーパーバックを見つけて買った。科学の知識のうちで、シミュレーションによって得られた知見は(理論や実験とくらべて)どのような位置にあるかを考えたかったので、参考になると期待したのだ。読みはじめたが第3章の初めのあたりで止まっていた。2017年4月に日本語版が出たのでそちらをおもに読むことにした。この本については読書会に参加しているのでそこでわかったこともあるが、この読書メモにはおもに読書会に参加する前からわたしが気にかけていたことを書く(その表現は読書会からの影響も受けているが)。

主題であるはずの「シミュレーション」についてはあまり詳しく論じておらず、それに使う「モデル」をおもに論じている。日本語版の題名もそれを反映している。

著者はモデルを、物体によるモデル(physical model、日本語版では「具象モデル」)、数理モデル、数値計算モデルの3つに分類しようとする。それぞれの代表例は次のようなものだ。

• 物体によるモデル: 実際の水底地形と相似の形に作られた実験用水槽。サンフランシスコ湾の開発に伴う水質変化を予測するための実験に使われた。【同様なものを、わたしは1979年ごろ、筑波研究学園都市に移転したばかりの工業技術院公害資源研究所(いまは産総研の部分)を見学したときに見せてもらった記憶がある。実際に研究に使われていたかは知らない。】
• 数理モデル: 生態学の食うもの・食われるものの個体数の変化をあらわす Lotka – Volterraモデル。個体数は(本来は整数のはずだが)実数値をとり、時間も実数の連続時間で、変化は2元連立常微分方程式で表現される。
• 数値計算モデル: Schellingのsegregation (日本語版では「人種分離」としているが人種に限ることはない)のモデル。各人が近くに自分と同じ属性の人がいるのを好むとし、移動できるとしたとき、人の属性の空間分布はどうなるか。時間を離散で扱い、時間ステップごとにあらかじめ与えられた確率に従ってランダムに移動が起こるような表現にした。

シミュレーションに使われるモデルを広く展望するために代表的な類型としてこの3つをとりあげるのはもっともだと思う。しかし著者はすべてのモデルをこの3つに分類しようとするが、それには無理があるとわたしは思う。数理モデルと数値計算モデルは連続した概念だと思う (気候モデルのうち雲物理や生物化学過程まで入れようとしたものはここでいう数値計算モデル的だが、力学と熱力学だけに注目すれば数理モデル的だ。) さらに、著者は「モデル」の概念を広くとらえて、わたしならば(ほかの人の本を参考に)「概念モデル」(conceptual model)とか「図式」(schema)とか呼ぶようなもの、あるいは動かないが実物に似た模型なども含めるのだが、それを3つの類のどれかに(わたしから見るとむりやり)含めようとする(第2章末)。わたしの考えでは、まず「シミュレーション」を、モデルの世界の中で時間とともに変化がおこる、その変化が(なんらかの意味で)現実の世界で起こる変化と似ている、そして、モデルの中で起こる変化は、あらかじめ変化の規則と最初の時点(「初期」)での状態とを与えれば、進行中には人の判断が介入しないで進む(人が介入するとしてもプログラムどおりのものに限る)、という特徴をもつものに限定したうえで、議論の対象を「シミュレーションに使われるモデル」に限定する、としたほうが、本書の議論が有効な範囲が明確になると思う。(著者はわざと限定しなかったのだが、それは成功していないと思う。)

(なお、同じモデルで初期状態だけを変えて何度も時間変化を進行させたとき、複数のシミュレーションをしたというべきか、複数のrunを含むひとつのシミュレーションをしたというべきか、わたしは表現になやむことがあるのだが、この点も本書ではどういう態度をとっているのかよくわからなかった。)

第4章は、哲学の存在論の立場から、シミュレーション(という表現はしていないが)はフィクションと同類なのか、という議論をしているようだが、わたしはまだしっかり読んでいない。

第5章から第7章で、モデルをつくる活動を見る立場から、モデルと現実世界の対象との関係を分類して論じる。表現したい対象が明確にある場合、対象を理想化(一般化というべきかもしれない)したものを扱う場合、現実世界には直接の対応物がない場合、と分けて、それぞれ論じている。

第6章の「理想化」の3類型のうち、「ガリレイ型」と「ミニマリスト」はいずれも、現実にはあるプロセスであっても、論じたい因果メカニズムにとって重要でないものは省略する、という態度を示しているようだ。ちがいは、「ガリレイ型」は省略したものも学問の進展のなかでは含めていくことを指向するが「ミニマリスト」はそうではないということだろうか? 「多重モデルによる理想化」と呼ばれているものはむしろ第9章でいうrobustnessを確保するためのモデリング研究の態度だと思う。

第8章もモデルと現実世界の関係だが、とくにシミュレーションの結果と現実世界のものごととの類似性を問題にする。ここには記号論理と同類と思われる数式のような表現がたびたび出てくるが、わたしはまだそれを追いかけて読んでいない。

第9章はシミュレーションで得られた知見の頑健性(robustness)を問題にする。シミュレーションでは(たいてい)現実世界についての知見を証明することはできない。しかしシミュレーションによって現実世界について(相対的に)頑健な知見を得ることができる。

日本語版の「ロバスト条件」と「ロバスト分析」という用語はわかりにくい。「ロバスト条件」となっているのは robust theoremだ。Theoremは、「定理」と直訳してもわかりにくいが、知見(知識の断片)のうちでも汎用性のある形で定式化されているものをさすのだと思う。それがrobustだというのは、Wimsattの議論に従って、多数の思考経路によってささえられていることをさすのだと思う。「ロバスト分析」となっているのはrobustness analysisで、ある知見がrobustであるかどうかを評価すること(その手続きや評価基準を含む)をさしていると思う。【[2018-12-11補足] わたしの用語としては「頑健な知見」と「頑健性分析」としておきたい。】

Robustness analysisのうち、しかけが小さいもの(得られるrobustnessも小さいだろう)は、モデルのパラメータ値を変えてみるものだ。その次が、モデルの構造をいくらか変化させる(たとえばプロセスを追加したり取り除いたりしてみる)ものだ。さらに大きいのが、まったくちがう組み立てのモデルで同じ因果メカニズムの表現を試みることだ。(Lotka-Volterraモデルで起こることをSchellingモデルと似たしかけでシミュレートした例が紹介されている。) この議論は、気候モデル関係者が実際にやっていることと同じだと思う。別の専門の用語で表現してくれたのは参考になると思ったが、わたしにとってとくに新しい知識が得られたわけでもないと思った。

折り返しのあとに目次をつける。章・節・小節それぞれについて、まず日本語版の題目、そのあとに英語版の題目をあげた。ただし節・小節の番号の示しかたは、英語版にならって小数点のようにピリオドを使って示す方式をとった (日本語版は節・小節番号だけで、小節番号はカッコつきで示す形になっている。)
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