• 保坂 直紀, 2023: 地球規模の気象学 — 大気の大循環から理解する新しい気象学 (ブルーバックス B2245)。講談社, 257 pp. ISBN 978-4-06-530092-3.

2023年11月の新刊、縦書きの新書本。著者は、地球物理学のうちの気象のとなりの分野である海洋物理学で修士をとったあと、新聞記者をつとめ、現在は大学の特任教授 (知識普及のような役割らしい)。同じブルーバックスで 2003年に『謎解き 海洋と大気の物理』[読書メモ]、2015年に『謎解き 津波と波浪の物理』[読書メモ] を出している。

本書は、まえがきにもあるように、『謎解き 海洋と大気の物理』の大気の部分について、もうすこしくわしく解説する本である。

気象学の全部ではなく、水平方向の長さが数百キロメートル以上の大規模現象をあつかう。鉛直方向には「対流圏」(地表から高さ十数キロメートルまで) でおきていることをあつかう。熱帯については、話題をほぼ「ハドレー循環」という東西と時間について平均しても見られる南北・鉛直循環にかぎっている。温帯について、偏西風が蛇行していること、そこでおこる現象を説明するために「ロスビー波」と「傾圧不安定波」という考えかたがあることに、ふみこんで説明している。(同じ現象がロスビー波とも傾圧不安定波ともみられることが、わかりにくいと思う。これは、本書では最後に出てくる「線形と非線形」と関係がある。仮にわたしのことばで、つぎのように補足しておきたい。実際の大気現象は非線形なのだが、それを理解するために、その一部分をとりだして線形の現象で近似して考える。そのときの近似のしかたに、ロスビー波をとりだすものと傾圧不安定波をとりだすものがあるのだ。)

第1章では大規模な大気の流れを概観し、熱帯と中高緯度のちがいをのべている。
第2章では、大気の循環の原動力は「熱」であることが論じられる。太陽から受ける電磁波 (光) と地球が出す電磁波 (赤外線) の収支の緯度によるちがいによって、緯度による気温のちがい、したがって空気の密度のちがいができ、気圧のちがいもできる。地球大気では、これに水蒸気の凝結がくわわって話が複雑になる。(しかし本書のここからさきでは、凝結によってできる雲・降水の話題に深入りしない。中高緯度の大規模な現象では、まず第5章で説明されるしくみで温帯低気圧という構造ができ、雲・降水はそれに付随しておきるとみてよいことがおおいからだ。)
第3・4章では、大気の大規模な運動にきくおもな力である、気圧の空間的なちがいによる「気圧傾度力」と、地球の自転による「コリオリの力」が説明される。大気の大規模な現象ではこのふたつの力がほぼつりあって、準定常的な運動がおきている。
第5章では中緯度の西風 (「偏西風」) の蛇行を論じる。「ロスビー波」「傾圧不安定波」「ブロッキング」などがでてくる。
第6章では、地球上に海陸分布や山の地形があることによって大気の循環がどのように複雑になるかの話がある。渦が山をのぼるときどのように変形されるか (「ポテンシャル渦度の保存」) と、ロスビー波の水平2次元的な伝搬 (「位相速度」と「群速度」がちがうことに注意) の話題は力学の考えかたをもちだしているが、観測事実を紹介しているところもある。
第6章のつづきで、大気の動きはいわゆる「カオス」であり初期値依存性があるので予測困難だがその困難は「アンサンブル予報」という方法でいくらか克服される、という話がある。また、線形・非線形の話がある。(わたしは線形・非線形をさきにだしてカオスは非線形性のあらわれのひとつだと言ったほうがよかったと思う。)

副題に「新しい気象学」とある。第6章の「シルクロード テレコネクション」や「イベント アトリビューション」など、2010年代以後にでてきた話題もあるが、大部分は大学の地球物理学専攻の教育内容としては1980年代ごろからかわっていない内容である (「ロスビー波は真西でなくても伝わる」という認識は 1980年代には新しかったと思うが)。しかし、これまで、専門家にとっての基礎知識を一般の人につたえる努力がたりなかったのかもしれない。本書、あるいは 稲津 将 (2022) 『気象学の教科書』[読書メモ] のような本が、もっとおおくの人に知られる必要があるのかもしれない。

このような内容をつたえるのに、数式をつかうかどうかは、むずかしいところだ。本書は、数式をたててそれを変形しながら議論をすすめる本ではないが、数式をまったくつかわない本でもない。微分記号はさけているし、アルファベットの記号よりも日本語の単語で数量をあらわしているところがおおいけれども、運動方程式 [注] や、(そこで力が 0 であるばあいにあたる) 力のつりあいの式をしめして論じている。また、気圧傾度力とか、渦度とかいう概念は、おもに図解により、式を補助的につかって説明している。このような形にすることが、内容をゆがめずにおおくの人につたえるのには、たしかによさそうだと思う。

[注] 図3-2 の表題が「ニュートンの運動方程式」となっている。ニュートン自身がたてた式だと思われるのはうまくないが、ニュートンが (ことばで) のべた運動の法則を (のちの人が) 数式の形にしたものとわかっていれば、こうよぶのはさしつかえないだろう。

折りかえしのあとに 目次をつける。

== 目次 ==
まえがき
[目次]
第1章 大循環はパーツに分かれている
– 地球にはいつもきまった風が吹いている
– 大気は上昇し、下降する
– 地球の大気は層に分かれている
– さまざまなスケールの流れ
– 対流圏の中緯度は西風の世界
– 低緯度では南北の循環が主役
– 中緯度の西風は蛇行する
– これからお話しすること
第2章 暖まった空気は上昇する — 熱の話
– 「熱」は大気を動かす原動力
– 太陽から受けるエネルギーは巨大だ
– 太陽は赤道付近を強く照らす
– 電磁波がエネルギーを運んでくる
– 長波放射と短波放射
– 太陽エネルギーの半分が地表に届く
– 大気の動きを理解するコツ
– 電子レンジの原理で大気が暖まる
– 大気の「静水圧平衡」
– 「不安定」な大気
– 「温位」という便利な考え方
– 水蒸気も「熱源」だ
– 熱源に変身するスイッチは突然に
– 気圧の差が空気を水平に動かす
– コリオリの力で流れは中緯度どまり
– フェレル循環は見かけの循環
第3章 隣どうしの空気は押し合う — 気圧の話
– たしかに空気は上昇するが … …
– 気圧の構造をリアルに感じる
– 「気圧傾度力」が空気を動かす
– 台風のような「猛烈な高気圧」は存在しない
– 風は等圧線に沿って流れる
– 高層天気図は「等高度線」で描かれる
– 等高度線がわかれば上空の流れが読める
第4章 地球は丸くて自転している — コリオリの力
– コリオリの力は横綱級の主役
– 静止衛星は静止していない
– 座標系の違いで別の見方になる
– 物体の動きの原理
– 「慣性力」は見かけの力
– 加速度をもった座標系
– 慣性力で地球の回転を忘れよう
– 遠心力も慣性力
– 円板の外の慣性系からみると … …
– 円板に乗ると現れるコリオリの力
– 優勢な力をみつけるスケール解析
– 大切なのは「オーダー」
– まずは気圧傾度力
– コリオリの力は大きく、遠心力は小さい
– 大規模な風の流れが地衡風になるワケ
– 台風だったら … …
– 偏西風は上空ほど強くなる
– 上空ほど南北の気圧差が大きくなる
– 大きな気圧差とつりあう風は … …
第5章 偏西風が多彩な天気をつくる — ロスビー波
– 偏西風の妙味は「蛇行」
– 蛇行がはっきり見えるのは上空の流れ
– 蛇行の正体は大きな渦の列
– 「波」とはパターンの移動のこと
– 地球上で流体が南北に移動すると … …
– 流体は南北に移動すると渦的な成分を得る
– 「渦度」は流体の回転成分
– 「絶対渦度」が保存する
– 渦でなくても渦度はある
– ロスビー波は西に進む
– 偏西風の蛇行が東に進む?
– 蛇行とブロッキング
– ブロッキングが異常気象をよびこむ
– ロスビー波の波長を決めるもの
– 傾圧不安定波と移動性高低気圧
– 傾圧不安定とロスビー波
– 熱の輸送とフェレル循環
第6章 地球には山もあれば海もある
– 大循環は地形の影響をうける
– ジェット気流の蛇行を生む山岳地帯
– 「大気の柱」が伸び縮みする
– ポテンシャル渦度の保存
– 南北に動かなくても相対渦度は変化する
– 山を登る偏西風は南に下がる
– シルクロード テレコネクション
– 豪雨も猛暑もシルクロード テレコネクション
– ジェット気流の蛇行と異常気象
– チベット高原がなければ梅雨もない
– フィリピンと日本をつなぐ PJパターン
– ロスビー波は真西でなくても伝わる
– エルニーニョの影響も遠くにおよぶ
– 気象予測とカオス
– 「初期値依存性」という大問題
– カオスを逆手にとるアンサンブル予報
– この猛暑は地球温暖化のせいか?
– 線形と非線形
あとがき
参考図書
さくいん
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