田中 博, 伊賀 啓太 (2015) はじめての気象学 (放送大学教材)

  • 田中 博, 伊賀 啓太, 2015: はじめての気象学 (放送大学教材 8239)。放送大学教育振興会 (発売: NHK出版), 249 pp. ISBN 978-4-595-31583-1.

まえがきにあるように、「はじめて気象学を本格的に学びたいと考える一般の方々を念頭に、大学の教養教育程度の気象学の内容をまとめた放送大学の印刷教材である。」 授業はテレビ放送され、放送大学のウェブサイトでこの科目を紹介するページ http://www.ouj.ac.jp/hp/kamoku/H27/kyouyou/B/kiso/1234285.htmlによれば、2015年4月からの第1学期の放送時間は、土曜9時45分–10時30分となっている。

この授業は、木村・新野(2010) 『身近な気象学』に代わるものである。放送大学の教材は、授業担当者が変わるごとに、また担当者が変わらなくても5年ぐらいごとに、つくりなおされている。伊賀氏は、『身近な気象学』の(表紙などには名まえが出ていないが中身を見ると)授業や教材執筆を分担していた。田中氏は放送大学の担当は新規だが、気象学のいろいろな教材づくりにかかわっている。

身近な気象学』もそうだったが、数式はほとんど使わないが、気象学の基礎的なことがらの物理的説明にはかなり深入りしている。こういう教材をつくるのはむずかしい仕事である。

放送大学の授業は15回なので、印刷教材の章だてもそれに対応している。各回の題名と分担は次のとおり。
1. 地球大気の歴史 /田中
2. 地球大気の鉛直構造と気温の鉛直分布 /田中
3. 太陽放射と熱のバランス /田中
4. 気圧と風 /伊賀
5. 地球の回転の効果 /伊賀
6. グローバルな大気循環 /田中
7. 雲と降水 /伊賀
8. 温帯低気圧 /伊賀
9. 台風と熱帯低気圧 /田中
10. 積乱雲の起こす嵐 /伊賀
11. 日本の四季の気象 /伊賀
12. ヒートアイランド /伊賀
13. 天気予報 /田中
14. エルニーニョと大気海洋相互作用 /田中
15. 異常気象と気候変動 /田中

気象学のうち力学関係(4,5,6,8章、10章の初めの鉛直安定性の部分など)は、著者たちの専門家らしいくふうのある材料だ。ただし木村氏の道具だてが独創的だったのに比べると、わりあい標準的な教材になっていると思う。15章の天候年々変動や気候変動の話題は、田中氏の関心が反映された題材の選びかたになっていると思う。その他は、既存の教科書類からまとめなおしているようだ。

基本的に、気象学の入門教科書として勧められるものだと思う。わたしの授業をとっている人にも、むずかしさのレベルはほぼ同じで、重点の置きかたが違うので、補い合うものとして勧められそうだ。

しかし、(まだ通してていねいに読んだわけではないが) 行ったり来たり目をとおしているうちに、いくつか気になるところがあったので書き出しておく。そのうちには(編集過程の)まちがいの指摘も少しあるが、多くは著者あるいは編集者とわたしの関心の違いの表明であり批判というほどのものではない。

図には出典表示のあるものと、ないもの(著者の自作らしい)がある。自作の図は模式図が多いが、第2章の図2-3, 2-4は、惑星大気の気温の鉛直分布のグラフであり、相互比較しやすい形でならべている。出典があるものは、木村・新野(2010)やそのほかの教科書的文献からの図の再利用が多い。出典明示のマナーとしてはそれでよいのだと思うが、高校向けの教科書や資料集、あるいは(図1-4の場合)大学入試センターの試験問題であったりすると、図の内容に疑問をもった(おそらく少数の)読者が、図がどのような材料をどのように処理してつくられたかを知りたいときの手がかりが乏しい。おそらく、図の選択は、理解を助ける図であることを優先し、根拠にさかのぼれることは重視しなかったのだろう。授業担当が決まってから教材作成にかけられる期間が短かったのでそうするしかなかったのかもしれない。

(また、出典は明示されているが、情報が古いと思われるものもあった。図2-7は、木村・新野(2010)からの引用だが、その出典がVonder HaarとSuomiの1969年の論文であることも示されている。これは大気上端の放射の緯度に対する分布を直接的観測値にもとづいて示したおそらく最初の文献なのでこれをあげることは学説史的意義はあるし、新しいデータによるとしても図の特徴は変わらないのだが、わたしならば現時点で質がよいと認められたデータで作図したものを使いたいところだ。)

図13-5は、「気象庁提供」とされておりそれは正しいと思う。しかしそれに注がついていて、その先を見ると、「ラジオゾンデ観測網 http://macroscope.world.coocan.jp/ja/edu/earthobs/meteo/sondemap.html」とだけ書いてある。このURLが示すのはわたし(増田)が作ったウェブページで、表題は「世界のラジオゾンデ観測地点分布(2004年)」だ。これはおそらく、編集過程で、当初は増田の図を使おうとして、それから気象庁の図を使うことに変更したが、注を変更しそこなったのだろう。もしわたしの図を使ってくださったのならばURLだけでなく作成者名も書いてほしいというところだが、現状は気象庁が公開している図を「気象庁提供」と書いて引用しているので、注を消せば問題なさそうだ。

【なお、増田のこの図の材料に使ったデータはWMOのもので、2015年3月現在公開されているもの(内容は改訂されている)は https://www.wmo.int/pages/prog/www/ois/volume-a/vola-home.htm にあるWMO Catalogue of Radiosondes and Upper-air wind Systems の「Excel file / .xls format (July 2014 update)」 http://cao-ntcr.mipt.ru/all_doc/c4/raraxls/rara2013.xls である。】

また、図15-5は、注によれば、IPCC第5次評価報告書(AR5)の第1作業部会(WG1)の巻が出典のはずなのだが、その報告書の図をざっと見た限りでは見あたらない。(内容が比較的近いのはBox TS.5 Figure 1)。また、図の中に、「hockey stick」という語があるが、この語がIPCC報告書の図で使われるとは考えがたい。「Medieval Warm」も、IPCC AR5 WG1ならば「Medieval Climate Anomaly」という表現に変更されているはずだ。これもおそらく、編集過程で、図の選択がIPCCからその他の何かに変更され、注が対応しそこなったのだろう。

なお、この図の説明文は「過去1000年の気温変化と宇宙線強度の変化」となっている。両者をならべているだけで因果関係があると主張しているわけではないのだが、主張しているような気がすると思う。本文(253ページ)では「このような長期的な気候変動は太陽放射の変化などの自然変動による説明の他、地球に降り注ぐ宇宙線の変化とも高い相関を持ち、現在も研究が進められている。」と述べている。多くの専門家が、地上に達する宇宙線の変化の主要な原因は太陽活動だと思っているが、ここではその説明はないので、宇宙線と太陽活動が別々の外因だと思われそうだ。もっとも、「太陽放射」は本書では第3章の説明で可視光などの電磁波をさし、宇宙線を変調するのは太陽由来の磁場だから、別ものと見るのも理論面では筋はとおるのだが、観測事実の比較によって両者を分離して一方が重要だと主張することはとてもむずかしい。

第1章「地球大気の歴史」は、著者があまり得意でなく、また標準が必ずしも定まっていない分野を、がんばってまとめたものだと思う。専門家が見ると不満なところもあるかと思う。(わたしは、この分野に著者よりはやや踏み込んでいると思うが、専門ではない。)

わたしがたまたま気づいたことがらだが、1.4節に出てくる「ヤンガー・ドリアス」事件の原因が北アメリカからの淡水流出経路変化だという説は、その提唱者のひとりであるBroecker自身が2010年の本では否定的になっている。だからといって、その説は否定されたと言い切れる状況でもないと思うので、わたしにはどうすればよかったと対案を出せないのだが。

また、図1-5は「全地球凍結以降の過去5億年の気温変化 (Veizer他, 1999)」とされているが縦軸の説明は「酸素同位体比」であって、それがどのように気温に対応するかは明示されていない(本文から、この数値が小さい(図で上の)ほうが気温が高いのだろうと推測はできるが)。また、Veizerという人は、この5億年間の気温変化は、CO2濃度の変化との対応がよくなく、宇宙線との対応がよいと主張したが、その主張は定説になってはいない。(なお、この時間スケールの宇宙線の変動の主要因は太陽活動ではない。) ただしこの1999年の論文は、それらの主張の材料に使われているものの、同位体比自体に関する事実の論文らしく、その限りでは現在の地球科学の共通見解に近いのだと思う。それにしても、5億年の同位体比変動の話題ならば、たとえばBernerの著作から引用したほうがよかったのではないかと思う。

第5章のうちの地衡風の説明で使われている図5-5「回転系で気圧傾度がある場での空気塊の運動」は、すなおに見ると、空気塊が止まっているところから出発して、気圧傾度力とコリオリの力が働くと、時間とともに地衡風に漸近する、と言っているように見える。同様な説明は多くの教科書にある。しかし、実際に理論的にその空気塊の運動を追ってみると(摩擦なしならば)地衡風に落ちつかず慣性振動が続く。このことはわたしは学生のとき永田 豊 教授の海洋物理学の講義で聞いたのだが、島貫(1980)にわりあい詳しい説明がある。本書では本文(81ページ)で「 空気の運動の時間変化を順々に追っていくことももちろん可能であるが、定常な状態になるための条件から直接考える方がずっと簡単に導くことができる。」とことわっているので、慣性振動の問題は承知のうえであえて簡単な表現をしたのだろう。

まえがきに「国防」ということばがあったので、一瞬ギョッとしてしまった。「天気の変化について、正確な将来予測ができれば、日常生活や経済活動、さらには国防といった重要な局面で、大変有利に事を進めることが可能となる。」とある。確かに気象学は国防にとって重要だし、国防が悪だというのも極論なので、言われてみればもっともなのだ。たとえばアメリカ合衆国で書かれた教科書のまえがきにあっても驚かなかっただろう(そしてアメリカで博士号をとり最初に教職についた田中氏にとっては無理のない記述なのだろうと思う)。わたしが染まっている第2次大戦後の日本の公的教育の場面の話題が偏っているのかもしれない。その偏りをなくすべきか、維持するべきかでは迷うのだが。

文献

  • Wally Broecker, 2010: The Great Ocean Conveyer: Discovering the Trigger for Abrupt Climate Change. Princeton Univ. Press, 154 pp. ISBN 978-0-691-14354-5.
    ウォーレス・ブロッカー 著, 川幡 穂高、眞中 卓也、大谷 壮矢、伊佐治 雄太 訳 (2013): 気候変動はなぜ起こるのか — グレート・オーシャン・コンベヤーの発見 (ブルーバックス B1846)。講談社, 209 pp. ISBN 978-4-06-257846-2. [読書メモ]
  • 木村 龍治, 新野(にいの) 宏, 2010: 身近な気象学 (放送大学印刷教材)。 放送大学教育振興会, 231 pp. ISBN 978-4-595-31221-2. [読書ノート]
  • 島貫 陸 (しまぬき あつし), 1980: 気象の理。東洋館出版社。
  • J. Veizer et al. 1999: 87Sr/86Sr, δ13C and δ18O evolution of Phanerozoic seawater. Chemical Geology, 161: 59-88.

折り返しのあとに詳しい目次をつける。

まえがき
目次
1. 地球大気の歴史 /田中
– 1.1 太陽系と地球の誕生
– 1.2 地球大気の誕生
– 1.3 生命の誕生と大気の変遷
– 1.4 氷期と間氷期
2. 地球大気の鉛直構造と気温の鉛直分布 /田中
– 2.1 大気の鉛直構造
– 2.2 オーロラ
– 2.3 オゾン層
– 2.4 気圧の鉛直変化
– 2.5 気温の鉛直変化
– 2.6 気温の南北分布
3. 太陽放射と熱のバランス /田中
– 3.1 太陽放射と地球放射
– 3.2 放射エネルギースペクトル
– 3.3 大気のエネルギー収支
– 3.4 温室効果
– 3.5 放射収支の南北変化
4. 気圧と風 /伊賀
– 4.1 空気の運動を記述する力学
– 4.2 気圧傾度力・水平方向の気圧のつりあい
– 4.3 静水圧(静力学)平衡・鉛直方向の気圧のつりあい
– 4.4 水平温度傾度によって起こされる風
– 4.5 海陸風
– 4.6 山谷風
– 4.7 季節風
– 4.8 ハドレー循環
5. 地球の回転の効果 /伊賀
– 5.1 大気の運動を記述する座標系
– 5.2 回転系での見かけの力
– 5.3 遠心力
– 5.4 コリオリの力
– 5.5 地衡風
– 5.6 温度風
– 5.7 偏西風とジェット気流
6. グローバルな大気循環 /田中
– 6.1 大気大循環
– 6.2 偏西風・偏東風
– 6.3 モンスーン循環とウォーカー循環
– 6.4 極渦とプラネタリー波
7. 雲と降水 /伊賀
– 7.1 水蒸気・雲粒・降水粒子
– 7.2 上昇流と断熱膨張
– 7.3 飽和水蒸気圧
– 7.4 気温の低下による水蒸気の凝結
– 7.5 雲の形成
– 7.6 雲の形状
– 7.7 雲粒と雨粒の空気中での落下
– 7.8 雲から雨へ –暖かい雨–
– 7.9 雲から雨・雪へ –冷たい雨–
– 7.10 雪の形状、ダイアグラム
8. 温帯低気圧 /伊賀
– 8.1 高気圧・低気圧とは
– 8.2 摩擦風
– 8.3 温帯低気圧と熱帯低気圧
– 8.4 地上で見る温帯低気圧の構造
– 8.5 温帯低気圧の立体構造
– 8.6 高・低気圧の連なり
– 8.7 不安定の概念
– 8.8 傾圧不安定による温帯低気圧・移動性高気圧の形成
– 8.9 室内実験で再現する傾圧不安定
– 8.10 地球上の南北熱輸送における傾圧不安定波の役割
9. 台風と熱帯低気圧 /田中
– 9.1 台風の名前
– 9.2 台風発達のメカニズム
– 9.3 台風の発生と移動
– 9.4 台風の仲間
10. 積乱雲の起こす嵐 /伊賀
– 10.1 流体の鉛直安定性
– 10.2 未飽和大気の鉛直安定性
– 10.3 飽和大気の鉛直安定性
– 10.4 大気の鉛直温度分布とその振る舞い
– 10.5 積乱雲の一生
– 10.6 降雹
– 10.7 落雷
– 10.8 ダウンバースト
– 10.9 竜巻
11. 日本の四季の気象 /伊賀
– 11.1 日本の位置と影響を与える大気の特徴
– 11.2 春の周期的な天気
– 11.3 梅雨
– 11.4 夏の高温多湿な天気
– 11.5 秋雨と台風
– 11.6 冬の季節風と降雪
– 11.7 晩冬から早春へ
12. ヒートアイランド /伊賀
– 12.1 都市気候
– 12.2 大気境界層
– 12.3 ヒートアイランド
– 12.4 ヒートアイランドの原因
– 12.5 ヒートアイランドに影響を与える大気現象
13. 天気予報 /田中
– 13.1 天気予報の歴史的変遷
– 13.2 力学モデルによる将来予測
– 13.3 現在の数値予報モデル
– 13.4 多様な気象観測
– 13.5 数値予報モデルの初期値
– 13.6 数値予報の予報精度
14. エルニーニョと大気海洋相互作用 /田中
– 14.1 大気と海洋の相互作用
– 14.2 海洋の構造
– 14.3 エルニーニョとラニーニャ
– 14.4 南方振動とENSO
– 14.5 ENSOのメカニズム
– 14.6 ENSOの影響
15. 異常気象と気候変動 /田中
– 15.1 北極振動と北大西洋振動
– 15.2 偏西風ジェットの蛇行とブロッキング
– 15.3 気候変動
– 15.4 将来の気候
– 15.5 オゾンホール
索引

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