• 近藤 純正 編著, 1994: 水環境の気象学 — 地表面の水収支・熱収支。朝倉書店 350 pp. ISBN 978-4-254-16110-6.

1994年に出た A5判 横書き の本。当初はハードカバーで出たと記憶しているが、手もとにある2017年の第18刷はペーパーバック。今も売られている。

気象学の専門がわかれていくうちの 境界層 (大気のうち地表面に近い部分) の気象学の教科書である。ただし、境界層の本は風に重点があるものが多いが、本書は 地表面 (地面や水面) でのエネルギーと水のやりとりに重点がある。(「熱収支」とはエネルギー保存の法則にもとづくエネルギー収支なのだが、運動エネルギーを明示的にあつかわないばあいをさしている。) 実際に熱収支や水収支を計算しようとする人を念頭において、必要な知識を提供するように構成されている。

第1章は序論で、ここだけは体系的でなく気候や水循環に関するトピックがならべられている。この部分は本書よりまえに構想されていた入門書の材料だそうだ。この部分を読んで本書の性格を判断しないようがよい。

第2章は、大気中の水蒸気、断熱過程、成層の対流に対する安定性など、第3章は雲と降水で、このあたりまでは背景としての気象学の基礎知識である。第4章の放射も気象学の基礎知識ではあるのだが、編著者の師匠である山本義一教授のスタイルをひきついでいるところがある。また、地上での放射自体の観測は豊富ではないなかで、気温、湿度、日照時間または雲量などの通常の地上気象観測にもとづいて、その制約のもとでなるべく正確な値をもとめるためのくふうが示されているのが本書の特徴といえる。

第5章で境界層の風と乱流、第6章で地表面の熱収支の基礎、第7章で地表面が水面であるばあいの熱収支をあつかっている。ここまで編著者自身が執筆している。

陸面の熱収支については、第8章は土壌 (三枝信子氏)、第9章は植物群落 (渡辺力氏)、第10章は積雪 (山崎剛氏)、第11章は複雑地形 (桑形恒男氏) とわけて、それぞれ編著者のもとで博士をとった当時若手の研究者が分担執筆している。

第12章は本書執筆当時は著者と同じ学科の助教授であり、局地気象のシミュレーションをしていた木村富士男氏による、シミュレーションの考えかたと、均一でない地表面の上の境界層でおこることの話題がある。

第13章は世界、第14章は日本について、編著者による、水収支項の長期平均値にもとづく水文気候のレビューである。

本書が出版されたとき、わたしは地表面の水収支・熱収支を自分の専門と考えていたから、すぐ買ったのだが、あまりよく読まなかった。第13章のような話題を期待していて、その面ではものたりなかったのだ。しかし、当時近くにいた研究者や大学院生が本書を重視していた。自分の観測にせよ、気象庁の観測にせよ、その地点での水収支項や熱収支項の数量を知ろうとする人にとって、本書はたよりになるのだった。

2021年からわたしは気象学をおしえるたちばになった。同じ著者の『地表面に近い大気の科学』[読書ノート] を演習の教材にしてみたのだが、その本の記述は詳細を省略しているところがときどきあり、両方にふくまれている話題は本書のほうがきっちり書かれていることがわかってきた。来年度に同様な演習をするならば本書を基本にしようと思っている。

気づいた一例として、放射の件だが、「可照時間」 (雲などにさえぎられなければ日照があるはずの時間) と、大気上端に入射する太陽放射の日平均値を求める方法については、『地表面に近い大気の科学』の「付録 D」に (1990年代のパソコンでつかわれていた) BASIC 言語のプログラムがしめされているが、そのアルゴリズムや変数についての説明はじゅうぶんでない。それと同じことが本書の 4.2節では数式をつかって説明されていて、プログラムはないが、各変数の説明があるのだ。

折りかえしのあとに目次をつける。章の題目のあとに「/」につづけて執筆者名を入れた。

===== 目次 =====
まえがき /近藤
主な単位と換算
1. 水の働き /近藤
– 1.1 エネルギーの循環
– 1.2 植物と積雪
– 1.3 都市温暖化
– 1.4 森林破壊
– 1.5 森林における雨水の循環
– 1.6 温室効果
– 1.7 地球上の水の量
2. 水蒸気と断熱変化 /近藤
– 2.1 大気組成
– 2.2 状態方程式
– – 2.2.1 乾燥空気
– – 2.2.2 湿潤空気
– 2.3 水蒸気含有量
– 2.4 断熱過程
– – 2.4.1 乾燥断熱過程
– – 2.4.2 飽和湿潤空気の断熱過程
– 2.5 断熱図
– 2.6 気圧と高度の関係
– 2.7 静力学不安定と鉛直流速
– – 2.7.1 無限小変位の不安定性
– – 2.7.2 潜在不安定
– – 2.7.3 非局所的な定義による不安定性
3. 雲と降水 /近藤
– 3.1 雲の生成機構による分類
– 3.2 凝結による微水滴の成長
– – 3.2.1 液滴半径と平衡蒸気圧の関係
– – 3.2.2 微水滴の成長速度
– – 3.2.3 雨滴の落下速度
– 3.3 衝突・併合による水滴の成長
– 3.4 降水機構
– – 3.4.1 氷晶雨
– – 3.4.2 暖かい雨
– – 3.4.3 対流雲と降水
– 3.5 集中豪雨
– 3.6 雨と雪の判別
– 3.7 降水継続時間
– 3.8 流域平均降水量
4．日射と大気放射 /近藤
– 4.1 黒体放射
– 4.2 大気上端における日射量
– 4.3 日射の減衰
– – 4.3.1 ベールの法則
– – 4.3.2 レイリー散乱とミー散乱
– – 4.3.3 日射の吸収
– 4.4 大気の混濁係数と日射量
– 4.5 長波放射と遠隔探査
– – 4.5.1 放射伝達の式
– – 4.5.2 大気の遠隔探査の原理
– – 4.5.3 放射のフラックス
– 4.6 放射図
– – 4.6.1 山本の放射図
– – 4.6.2 補正
– – 4.6.3 混合層内の放射の近似計算
– 4.7 大気の放射冷却
– – 4.7.1 計算例
– – 4.7.2 近似計算法
– 4.8 放射の観測
– – 4.8.1 代表的な放射計
– – 4.8.2 下向き長波放射量の観測
– – 4.8.3 全天日射量の観測
– – 4.8.4 日中の長波放射量の観測
– 4.9 放射量の推定式
– – 4.9.1 快晴時の全天日射の瞬間値
– – 4.9.2 直達日射の瞬間値
– – 4.9.3 快晴日の全天日射の日平均値
– – 4.9.4 雲があるときの全天日射の日平均値
– – – (a) 雲量から計算する場合
– – – (b) 日照率から計算する場合
– – 4.9.5 快晴日の下向き長波放射の日平均値
– – 4.9.6 雲があるときの下向き長波放射の日平均値
– – – (a) C を雲量の関数として表す場合
– – – (b) C を日照率の関数として表す場合
– – – (c) C を全天日射量の日平均値の関数として表す場合
5章 地表面付近の風と乱流 /近藤
– 5.1 自由大気中の風速
– – 5.1.1 運動方程式
– – 5.1.2 地衡風と傾度風
– 5.2 乱流輸送
– 5.3 接地境界層
– – 5.3.1 安定度が中立に近いとき
– – – (a) 対数則
– – – (b) 中立に近いときのフラックスの表示
– – 5.3.2 モニン – オブコフ の相似則
– 5.4 バルク式
– – 5.4.1 無次元抵抗の表示
– – – (a) 中立のときの無次元抵抗
– – – (b) 中立でないときの無次元抵抗
– – 5.4.2 自然対流の時の顕熱輸送
– – – (a) なめらかな地表面上の自然対流
– – – (b) 粗な地表面上の自然対流
– 5.5 大気の安定度
– – 5.5.1 乱流の運動エネルギー
– – 5.5.2 安定度
– 5.6 エクマン層
– 5.7 ロスビー数相似則
– – 5.7.1 境界層の高さのスケール
– – 5.7.2 抵抗則
– – 5.7.3 温度風の影響
– 5.8 地上風の推定
– – 5.8.1 乱流の強さ
– – 5.8.2 広域平均の粗度
– – 5.8.3 平野部における地上風
– – 5.8.4 内陸部における地上風
– – 5.8.5 台風内の海上風速
6章 地表面の熱収支の基礎 /近藤
– 6.1 空気と水蒸気の特性値
– 6.2 エネルギー配分の原理
– – 6.2.1 熱収支式
– – 6.2.2 放射平衡のときの熱収支式
– – 6.2.3 風速が非常に大きいときの熱収支式
– – 6.2.4 蒸発がないときの熱収支
– – 6.2.5 乾湿計定数
– 6.3 地表面熱収支の特徴
– – 6.3.1 地表面の蒸発効率と熱収支
– – 6.3.2 植生地や裸地
– – 6.3.3 融雪
– 6.4 平衡蒸発量と飽和時の熱収支
– – 6.4.1 平衡蒸発量
– – 6.4.2 飽和時の熱収支とボーエン比
– 6.5 放射冷却
– – 6.5.1 平坦地
– – 6.5.2 盆地
– – 6.5.3 傾斜地
– – 6.5.4 人工熱の効果
– 6.6 地表層の熱物理係数
– – 6.6.1 地中温度の微分方程式
– – 6.6.2 地中伝導熱
– – 6.6.3 地域平均の熱物理係数
– 6.7 地表面温度の日変化
第7章 水面の熱収支 /近藤
– 7.1 水の物理的特性
– – 7.1.1 水面アルベード
– – 7.1.2 光の透過
– – 7.1.3 海面の飽和比湿
– 7.2 海洋表層
– – 7.2.1 表皮層と流速
– – 7.2.2 表皮水温
– – 7.2.3 海洋混合層
– 7.3 バルク輸送係数
– – 7.3.1 広い水面
– – – (a) 安定度が中立のとき
– – – (b) 微風で不安定のとき
– – – (c) 中立でないとき
– – 7.3.2 有限水面
– – – (a) 一様風速のとき
– – – (b) 対数分布の風速のとき
– – – (c) フラックスを観測する際の適切な観測高度と広さとの関係
– 7.4 水温と熱収支の日変化
– – 7.4.1 混合層と水温日変化
– – 7.4.2 熱収支
– – 7.4.3 海上気象の日変化
– 7.5 定常時の熱収支特性
– 7.6 海の熱収支
– – 7.6.1 貯熱量
– – 7.6.2 蒸発量の季節変化
– 7.7 海洋の運搬熱
8章 土壌面の熱収支 /三枝 信子
– 8.1 土壌と含水率
– – 8.1.1 土壌の粒径組成
– – 8.1.2 含水率
– – 8.1.3 土壌の水分ポテンシャル
– – – (a) 重力ポテンシャル
– – – (b) 毛管ポテンシャル
– – – (c) 吸湿水のポテンシャル
– 8.2 土壌のアルベードと含水率
– 8.3 蒸発量と土壌表層の含水率の関係
– – 8.3.1 蒸発量と含水率
– – 8.3.2 表層土壌の蒸発モデル
– 8.4 土壌中の水分輸送
– – 8.4.1 液体水の輸送
– – 8.4.2 水蒸気の輸送
– – 8.4.3 土壌中での水の蒸発
– 8.5 土壌の数値計算モデル
– – 8.5.1 方程式系
– – – (a) 液体水の水分拡散方程式
– – – (b) 水蒸気の水分拡散方程式
– – – (c) 熱伝導方程式
– – 8.5.2 土壌パラメータ
– – – (a) 不飽和透水係数
– – – (b) 土壌の間隙率とねじれ度ファクター
– – – (c) 土壌の体積熱容量 (単位体積当たりの熱容量)
– – – (d) 土壌の熱伝導率
– – 8.5.3 境界条件
– – 8.5.4 乾燥過程における蒸発量の時間変化
– – 8.5.5 土壌の簡単化モデル
– – – (a) バケツモデル
– – – (b) 強制復元法 (FR法、Force Restore 法)
– – – (c) 3層モデル
9章 植物と大気 /渡辺 力
– 9.1 グローバル大気と植生
– 9.2 蒸発しやすさの表現方法
– 9.3 森林内部の気象
– – 9.3.1 日射
– – 9.3.2 長波放射
– – 9.3.3 葉面の熱収支
– – 9.3.4 乱流
– – 9.3.5 風速分布
– – – (a) K-理論
– – – (b) クロージャーモデル
– – 9.3.6 気温・湿度分布
– 9.4 植物群落のモデル化
– – 9.4.1 多層モデル
– – 9.4.2 植物群落のバルク輸送係数
– – 9.4.3 輸送パラメータの実験式
– – 9.4.4 植生地の蒸発効率
– – 9.4.5 フラックスの評価法
– – – (a) 単層モデル法
– – – (b) 2層モデル法
– – 9.4.6 ペンマン – モンティース (Penman – Monteith) の 式
– – 9.4.7 遮断蒸発のモデル
– 9.5 水収支法による蒸発散量の評価
– – 9.5.1 水収支法
– – 9.5.2 流域内貯留のモデル化
– – – (a) 短期水収支法
– – – (b) タンクモデル
10章 積雪と大気 /山崎 剛
– 10.1 積雪の特徴
– 10.2 積雪の熱収支と融雪
– – 10.2.1 基本式
– – 10.2.2 バルク輸送係数
– – 10.2.3 底面融雪と雨による熱量
– – 10.2.4 融雪係数
– – 10.2.5 流域からの流出
– 10.3 積雪の性質変化
– – 10.3.1 アルベード
– – 10.3.2 性質変化を記述する式
– – 10.3.3 積雪の物理量とそのパラメータ化
– – 10.3.4 汚れの問題
– – 10.3.5 アルベードの実験式
– 10.4 森林地の積雪面熱収支
– – 10.4.1 樹木のまわりの融雪
– – 10.4.2 積雪面の熱収支
– 10.5 積雪地の森林と大気加熱
11章 複雑地形と大気 /桑形 恒男
– 11.1 大気循環の実例
– 11.2 斜面風と盆地循環
– – 11.2.1 斜面風
– – – (a) 夜間の斜面下降風
– – – (b) 日中の斜面上昇風
– – 11.2.2 盆地の冷却と昇温過程
– – 11.2.3 盆地の熱収支
– 11.3 海風循環と熱収支
– – 11.3.1 観測
– – 11.3.2 シミュレーション
– 11.4 中部日本域における熱的局地循環
– – 11.4.1 広域局地風と熱収支
– – 11.4.2 熱的高・低気圧
12章 都市大気のシミュレーション /木村 富士男
– 12.1 乱流境界層の支配方程式
– – 12.1.1 支配方程式
– – 12.1.2 地表面の境界条件
– – 12.1.3 地表面温度の予報式
– – – (a) 解析解
– – – (b) 単層法
– – – (c) 強制復元法 (FR法、Force Restore 法)
– – 12.1.4 乱流拡散のパラメータ化
– 12.2 水平一様な大気境界層
– – 12.2.1 顕熱輸送と混合層高度
– – 12.2.2 風の日変化と慣性振動
– 12.3 一様でない地表面上の境界層
– – 12.3.1 粗度の急変による内部境界層
– – 12.3.2 地表面温度の急変による内部境界層
– 12.4 都市の境界層
– 12.5 複雑地形上の混合層
13章 世界の水文気候 /近藤
– 13.1 水収支と気候型
– 13.2 蒸発量の気候学的評価法
– – 13.2.1 広域陸面の蒸発量
– – 13.2.2 海洋からの蒸発量
– 13.3 蒸発と降水と流出
– – – (a) アジア
– – – (b) オーストラリア
– – – (c) アフリカ
– – – (d) ヨーロッパ
– – – (e) 北米
– – – (f) 南米
– 13.4 極域
– – – (a) 南極大陸
– – – (b) 北極海周辺
14章 日本の水文気候 /近藤
– 14.1 日本の気候
– – 14.1.1 四季の変化
– – – (a) 冬
– – – (b) 春
– – – (c) 夏
– – – (d) 秋
– – 14.1.2 降水
– 14.2 地域代表風速
– 14.3 放射量
– 14.4 蒸発散量
– – 14.4.1 湖面蒸発と森林蒸発散量の比較
– – 14.4.2 浅い水面からの蒸発量
– – 14.4.3 水面蒸発の敏感度
– – 14.4.4 森林蒸発散量
– – – (a) 降水日の遮断蒸発量
– – – (b) 蒸散量
– – – (c) 蒸発散量
– 14.5 顕熱輸送量
– 付表
– – 地域代表風速
– – 日射量
– – 有効放射射出量
– – 浅い水面からの蒸発量
– – 森林における蒸発量
– – 浅い水面における顕熱輸送量
– – 森林における顕熱輸送量
あとがき /近藤
索引
エマグラム (演習用の白図)
放射図 (演習用の白図)
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