Richard L. Pfeffer 編 (1960) Dynamics of Climate

  • Richard L. PFEFFER ed., 1960: Dynamics of Climate. The Proceedings of a Conference on the Application of Numerical Integration Techniques to the Problem of the General Circulation Held October 26-28, 1955. Oxford, London, New York, Paris: Pergamon Press.
  • (とびらページには、会議の題目、日付に続いてSponsored jointly by Institute for Advanced Study and Geophysics Research Directorate, Air Force Cambridge Research Center, Air Research and Development Commandとある。どこまで副題に含めるか迷うが、Elsevier社のウェブページでの表記に合わせて日付までにしておいた。)
  • Pergamon Pressは現在はElsevier社の一部になっている。この本の電子版(有料)はwww.sciencedirect.com/science/book/9781483198903にある。

わたしが学生だった1980年ごろ、東京大学の地球物理(今の地球惑星科学の一部)の図書室で、「気候の力学」に関する本をさがしたがわずかしかなく、そのうち1冊がこれだった。教科書的なものを期待したのだがそうではなく、研究集会の記録だった。しかも(わたしが生まれる前の) 1955年に開かれたものだった。しかしそのわりには内容は古くなかった。1980年ごろまさに発達中だった気候シミュレーションの研究スタイルの発端がここにあったのだった。

数値天気予報を主要目標としていたプリンストンのInstitute of Advanced Study (IAS 高等研究所)のMeteorology Projectには、大気大循環あるいは気候のシミュレーションという課題もあり、Phillipsによる最初の重要な成果が出て(査読済みで出版されるのは1956年になったが)、そこからの発展としてWeather Bureauの中にSmagorinskyが中心となったGeneral Circulation Research Section (のちNOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratoryになる)ができたのが1955年だった。会議開催とGCRS設立の順序は確認していないが、GCRSでやろうとしていた大循環・気候のシミュレーション研究の方向を考えることがおもな動機だったにちがいない。回転水槽実験をしていたFultzや大気大循環の観測データの解析をしていたStarrも参加している。

会議から出版まで5年もかかった理由はよくわからない。その間に、von Neumannが1957年に亡くなり、IASのMeteorology Projectが終了してしまっている。出版資金を出してもらうのに苦労しただろうと思う。関係者が忙しくて編集がなかなか進まなかったのかもしれない。また、会議で話された内容のうちで公開してよいか判断がむずかしかったものがあったのかもしれない。(本に出た内容を見る限り、隠すべきことはないような気がするが、本にする際に何かが削られたことはありうると思う。)

2014年12月、この本に書いてあったことを確認したくなった。ウェブ検索してみると、電子版があるのだが、入り口の部分(次に示す目次のうちAcknowledgmentsまで)は無料なのだが、本体(Introductory Talksから)は章ごとのPDFファイルになっていて各US$31.50だ。研究発表や討論記録はそれだけの値うちが認められると思うが、1ページの出席者リストまでこの値段というのはあまりに割高だと思う。おそらく、研究所などの図書館でElsevier社の電子本を一括契約することを想定したもので、個別に買う人のことはあまりよく考えていないのだろう。

目次は次のとおり。なぜか目次ページが電子版に含まれていないので、電子版のPDFファイル一覧のHTMLページの情報をならべかえて示す。箇条書きの各項目(Contents以外)がそれぞれPDFファイルに対応する。
Front Matter, Page iii
Copyright, Page iv
Dedication, Page v
Contents
Editor’s Preface /R.L.P., Pages ix-xiii
Acknowledgments, Page xv
I. Introductory Talks
-Summary of the Welcoming Addresses /J. Robert OPPENHEIMER and Milton GREENBERG, Pages 3-4
-Purpose of the Conference /Robert M. WHITE, Pages 5-6
II. Numerical Methods and Related Topics
-Some Remarks on the Problem of Forecasting Climatic Fluctuations /John von NEUMANN, Pages 9-11
-Numerical Prediction and the General Circulation /Jule G. CHARNEY, Pages 12-17
-The General Circulation of the Atmosphere: A Numerical Experiment /Norman A. PHILLIPS, Pages 18-25
-On the Design of a Numerical Experiment for the Study of the General Circulation of the Atmosphere /Richard L. PFEFFER, Pages 26-31
-On the Incorporation of Non-Adiabatic Effects in Numerical Integration Models for the Study of General Circulation /Yale MINTZ, Pages 32-36
-Remarks on the Problem of Long-Range Weather Prediction /Arnt ELIASSEN, Pages 37-43
-A Synopsis of Research on Quasi-Stationary Perturbations of the Mean Zonal Circulation Caused by Topography and Heating /Joseph SMAGORINSKY, Pages 44-49
III. Other Studies of the General Circulation and Climate Change
-Some Comments on the General Circulation and Plans of the M.I.T. Project for Studies of the General Circulation by Numerical Methods /Victor P. STARR, Pages 53-57
-A Review of Research Conducted by the General Circulation Project at the Johns Hopkins University /George S. BENTON, Pages 58-66
-Ageostrophic Corrections to the Computed Poleward Flux of Angular Momentum /Jacob BJERKNES, Pages 67-70
-Experimental Models of Rotating Fluids and Possible Avenues for Future Research /Dave FULTZ, Pages 71-77
-Theoretical Findings Concerning the Effects of Heating and Rotation on the Mechanism of Energy Release in Rotating Fluid Systems /Hsiao-Lan KUO, Pages 78-85
-Generation of Available Potential Energy and the Intensity of the General Circulation /Edward N. LORENZ, Pages 86-92
-Possible Causes of Climatic Fluctuations /Harry WEXLER, Pages 93-95
-The Heating Distribution in the Atmosphere and Climatic Change /Sigmund FRITZ, Pages 96-100
IV. Radiation Studies
-Problems Involved in Introducing Longwave Radiative Effects into Mathematical Models of the Atmospheric Circulation /Lewis D. KAPLAN, Pages 103-107
-A Potential Theory Formulation of Radiant-Heat Transfer /Jean I. KING, Pages 108-112
V. Discussion
-Discussion, Pages 115-136
List of Participants, Page 137

今回わたしが確かめたかったのは、気候シミュレーションの先に気候の制御をめざすという考えがあったのか、だった。(1946年にvon Neumannが数値天気予報の研究を始めようとして軍の資金をもらおうとしたときには、予報にとどまらず天気を制御することをめざすようなことを言っていた。Harper (2008) Weather in Numbers[読書ノート]には書かなかったのだが、その本にある。) とくに知りたいのは von Neumannが何を言ったかだったので、von Neumannの “Some Remarks …” とDiscussionの2つのファイルを買って目をとおした。読んだ結果、気候の制御への言及は見あたらなかった。(von Neumannは気候の制御を考えていなかったとは言い切れない。考えていたがこの会議では話題にしなかった、あるいは記録の編集の際に取り除かれた、という可能性もある。しかし、気候の制御は1955年に研究計画を論じる際に欠かせない項目ではなかったとは言えるだろう。)

von Neumannの報告は、気候の予測の問題に集中したものだ。天気と気候の予測を一連のものととらえていた。あとで考えると気候の変化の予測には海洋の変化の予測が必要なのだが(1960年には少なくともSmagorinskyはそういう認識に至っていたはずだが)、1955年の会議出席者はみな気候と大気大循環を同一視していたようだ。
von Neumannは、気候予測の問題は、3つに分けて取り組むべきだと言っている。短期は天気予報の延長で、初期値依存の発展が問題になる。長期は大循環の問題で、初期値によらない漸近定常状態を求めればよいと考えられる。中間の時間規模では、初期値と漸近状態の両方を考える必要があり、むずかしい。短期と中間の境は30日くらい、中間と長期の境は180日くらいだと考えていた。ただし(Discussionの中でのvon Neumannの発言によれば) 漸近状態を知るだけならばa few weeksの時間積分でよいだろうとも考えていた。
気候の変化の例としては、氷期と今の違いを考えていた。今から1万年前には現在よりも10℃低かったと述べている。この数値は今からみると正確でないが桁違いでもない。原因として考えられることの一つは、太陽が出す放射エネルギーの変化だ。定性的な答えを出すためにも、ことばによる議論ではすまず、(大循環という流体力学問題の) 計算が必要だ、と主張した。

「Discussion」は次のような見出しが立てられているが、たぶん、シンポジウム当日の討論をその順に記録したのだと思う。ただし、対話型ではなく、編者が論点をまとめて記述している。
– Energy Transformation Processes in Phillips’ Model and in the Atmosphere
– Truncation Error
– Avenues for Future Research
– Heating Functions
– Discussion on Smagorinsky’s Paper
– Application of Eliassen’s Analysis to Laboratory Models of the General Circulation
– Maintenance of the Kinetic Energy of Mean Zonal Flow
– Discussion on Benton’s Spectrum Analyses
– Dynamical Memory and Hysteresis
– Index Cycle and Vacillation
– The Recent Warming Trend
– Carbon Dioxide Cycle
– The Solar Hypothesis
– The Atmospheric Hypothesis
– Radiation
– Conclusion

「Avenues for Future Research」の部分の話題は、これがどんな応用に役だちそうかの展望ではなく、基礎科学としてやるべきことの議論だった。モデルの構造として、鉛直構造を何個の数値で表現するか(成層安定度が変わりうるモデルにする必要があるか)とか、球面にすべきか平面でよいか、などの議論があった。また、Lorenzが、(他の人の結果の紹介らしいが) 室内実験で、同じ境界条件でも初期状態依存で違ったregimeが現われることがあることを指摘した。

「The Recent Warming Trend」では、Wexlerの報告(わたしは今回直接読んでいないのだが)で「北半球に最近50年間に温暖化傾向がある」と述べられていたことがとりあげられた。気温の変化傾向は地域によって違うことが指摘された。von Neumannは、氷期の状態からの氷河の後退と温暖化に関心をもっていて、Wexlerが指摘した事実も50年よりも長い時間の傾向ではないかという疑問を示した。

文献

  • Norman A. PHILLIPS, 1956: The General Circulation of the Atmosphere: A Numerical Experiment. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 82: 123-64. DOI: 10.1002/qj.49708235202

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