松田 佳久 (2011) 惑星気象学入門

  • 松田 佳久, 2011: 惑星気象学入門 — 金星に吹く風の謎 (岩波科学ライブラリー 183)。 岩波書店, 112 pp. ISBN 978-4-00-029583-3.

まず章の題名を書きだしておく。

  1. 焦熱地獄の世界 — 金星
  2. 中庸を得た温暖な世界 — 地球
  3. 酷寒と乾燥の世界 — 火星
  4. 底なしの大気 – 木星
  5. 超高速回転する大気 — 金星の謎を解く「あかつき」

著者と同じ気象研究室の後輩であるわたしとしては、著者の大学院生時代の研究課題であった金星大気の基本の話(1章)と、予定した軌道に乗っていないがなお終わってはいない探査機「あかつき」による観測の意義の話(5章)とがつながった形で読めるのがありがたい。

「入門」としてはどうだろうか。 「惑星気象学」(松田, 2000)の本よりは初歩の段階を意図したことは確かだ。ところが、気象学としては必須とも言える用語がたくさん詰めこまれていて、それぞれが詳しく説明されているとは限らない。おそらく、小倉(1999)または浅井・新田・松野(2000)などの教科書で気象学への入門をすませた人にとっての惑星気象学入門が意図されているのだろう。逆に、まずこの本を手にとって、残った疑問を解決するところから気象学入門に進んでもよいのだが。

入門書と言っても何かの予備知識を想定するのは当然なのだ。ニュートンの運動方程式や熱力学第1法則から説明を始めると前置きが長くなりすぎる。理論物理学または応用数学としての流体力学を知っている人向けに書くこともできたと思うが、それでは本が売れるほどの読者数が期待できないかもしれない。

もし惑星形成論を背景として惑星の気象を論じるとすれば、金星・地球・火星の大気の質量や主成分の違いに注目し、その原因を考えることになっただろう。しかし本書は気象学的立場をとり、いま大気であるものを前提としてそこで起こることを考えている。(ただし、火星について、いま氷の形で地上・地中にある二酸化炭素が過去には大気であったらしいことにふれている。) まず大気中の放射(電磁波)の吸収・射出と対流によるエネルギー再配分によって温度あるいは加熱の鉛直分布がどうなるか。次に、加熱の不均一によって惑星規模の大気循環がどのように形成されるかだ。

金星は、地球から見て明るいことからもわかるように太陽放射を反射する割合が多い。(それは硫酸を主成分とする雲が多いからだ。) それで太陽から受け取っているエネルギー量は実は地球よりも少ないのだ。それにもかかわらず地上気温が700 Kをこえているのは、おもに二酸化炭素(それに加えて水蒸気)の温室効果が原因だ。このことを、惑星放射に対して黒体とみなせる複数の層からなる単純なモデルを使って説明している。onkimoさんの「厚着モデル」に相当するものだ。ただしこれは説明のためのモデルであって、次にもっと精密な計算の話がある。この計算の理屈をしっかり追うとすれば、地球の大気放射の教科書、たとえば浅野(2010)を参照したうえで、金星大気の状況(たとえば圧力が高いこと)によってどこがどう変わるかを考えるのがよいと思うが、短い入門書でそこまで書いていないのは当然だ。計算結果にとんでしまうことになるが、地球大気についてのManabe and Strickler (1964)の計算[増田 2010が引用した図を参照]と同様な、鉛直1次元の放射対流平衡の鉛直温度分布を示している。(この「平衡」は熱力学的平衡ではなく定常状態のことだ。) 大気の地表面に近い部分では上ほど温度が低くなるが、対流がないとすると鉛直温度勾配は断熱勾配よりもきつくなる。この場合は対流が起こるはずで、温度勾配は断熱勾配に近くなるはずだ。

本書では議論していないが、もし温室効果がなければ、放射で決まる鉛直温度勾配は断熱勾配よりもゆるいもの(等温に近いもの)になり、対流は起きず、したがって温度勾配は断熱勾配に近づかないだろう。したがって地上気温は有効放射温度と大差ないものになるだろう。

文献

  • 浅井 冨雄, 新田 尚(たかし), 松野 太郎, 2000: 基礎気象学。朝倉書店, 202 pp. ISBN 4-254-16114-X. [読書ノート(仮)]
  • 浅野 正二, 2010: 大気放射学の基礎。朝倉書店。[読書ノート]
  • S. Manabe and R.F. Strickler, 1964: Thermal equilibrium of the atmosphere with a convective adjustment. Journal of the Atmospheric Sciences, 21, 361-385.
  • 増田 耕一, 2010: 地球温暖化の考え方。化学, 65(6), 38-43.
  • 松田 佳久, 2000: 惑星気象学。東京大学出版会。
  • 小倉 義光, 1984 (初版), 1999 (第2版): 一般気象学 (第2版)。東京大学出版会, 308 pp. ISBN 4-13-062706-6. [読書ノート]

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