『科学史研究』2016年1月号、特集「近現代の気象学における観測とシミュレーション」

  • 日本科学史学会, 2016: 科学史研究 第III期 第54巻 No. 276 (2016年 1月号)。

今から1年前の2016年初めに発行された、日本科学史学会の学会誌『科学史研究』に、「特集 近現代の気象学における観測とシミュレーション」があった。

わたしはその学会の会員ではないのだが、編集委員だった有賀 暢迪(ありが のぶみち)さんから依頼を受けて執筆した。

この特集の論文は正規の査読を経たものではないが、執筆者間で原稿を読んでコメントしあった。わたしの他の執筆者はいずれも科学史を専門とする人で、それぞれ取り扱われた文献はわたしが直接読んだものではないので、わたしのコメントは周辺的な情報提供や自信のない意見にとどまったことが多い。それでも執筆者が参考にしてくださった場合もあるが、言いっぱなしになったこともあった。ここでは、他の執筆者の論文の要点と、わたしからの関連情報や意見とを、区別しながら紹介しておこうと思う。

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  • 有賀 暢迪: 科学史から見た近現代の気象学 — 導入に代えて … 284-286

気象学の歴史についての文献として、気象学者・気象機関がその学問の発達史を記録したものはいくつもある。有賀さんは日本について次の例をあげている。(このうちわたしが実際読んだのは最後のものだけだ。ほかも存在は前から知っているのだが。)

  • 岡田 武松 (荒川 秀俊 補), 1956: 世界気象学年表。地人書館。
  • 気象庁 編, 1975: 気象百年史。日本気象学会。
  • 高橋 浩一郎 ほか, 1987: 気象学百年史。東京堂出版。
  • 古川 武彦, 2012: 人と技術で語る天気予報史。東京大学出版会。[わたしの読書メモ]

他方、科学史家が気象を扱ったものには、文化史的なものが多い。有賀さんは次のものをあげている(わたしはいずれも読んでいない)。

  • Vladimic Janković, 2000: Reading the Skies: A Cultural History of English Weather, 1650-1820. Univ. Chicago Press.
  • Katharine Anderson, 2005: Predicting the Weather: Victorians and the Science of Meteorology. Univ. Chicago Press.
  • Jan Golinski, 2007: British Weather and the Climate of Enlightenment. Univ. Chicago Press.

この特集は、学知としての気象学、研究活動や国家的事業としての気象学の両面の発達について、とくに、観測とシミュレーションの実践に注目したものである。

その文脈で、わたしなりに、各論文の題材の位置づけを述べれば、財部論文: 観測網の始まり、宮川論文: 観測網ができて得られた知見、有賀論文: シミュレーションの始まり、増田論文: シミュレーションができて得られた知見、と言えるだろう。

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  • 財部 香枝 (たからべ かえ): 明治初期日本に導入されたスミソニアン気象観測法 … 287-301

1848年から1874年まで、アメリカ合衆国(USA)のスミソニアン協会 (Smithsonian Institution)が実施したスミソニアン気象事業(Smithsonian Meteorological Project)は、USAの気象現業にあたる事業のはじまりだった。【この事業の概略は、Cox (2002)の本[読書メモ]のJoseph Henryのところでも紹介されている。】1870年に陸軍通信部(U.S. Army Signal Service)の下にWeather Bureauができ、1874年に事業を引き継いだ。【Weather Bureauは、1890年に農務省に、1940年に商務省に移管された。】

この事業で気象観測方法の標準化のための文書がつくられた。Directions (観測法)、Instructions (手引き)、Circular (回報)からなる。財部論文で紹介されているうち主要と思われるのは次のものだ。

  • 1848年の回報。各地の観測者に参加を呼びかけ、観測機器を配布することを通知している。
  • 1850年の、Directions for Meteorological Observations。スイス生まれの地質学者 Arnold Guyot が観測機器を選定し、観測方法を記述している。観測の日時、記録簿の形式、記録簿を毎月スミソニアン協会に送ることなども決めている。
  • 1852年のRegistry of Periodical Phenomena。植物の発葉や開花、動物の去来などを中心として、氷や河川水位なども含んでいた。のちにはphenology (日本では「生物季節」) 観測と呼ばれるものだが、あわせてもっと広い範囲の博物学的情報の収集も意図されていた。

そして、このスミソニアンの観測方法は日本にも導入された。

  • 札幌農学校で、Wheelerが1876年から観測を開始した。開拓使は1878年以降スミソニアン式で観測を行なっている。(1888年、東京気象台の方式に切りかえられる。)
  • 内務省地理局測量課が1880年に『気象観測法』を出版した。 大部分がSmithsonianの1872年版のDirectionsの翻訳らしい。このとおり実行されたのではなく、参考書として使われたらしい。
  • 1886年版の『気象観測法』には「動物報告および植物報告」もある。これもSmithsonianと関係ありそうだがまだ確認されていない。

【Guyotは、円頂海山がその名で呼ばれるようになった地質学者だ。当時はCollege of New Jerseyの教員だった。この大学は1896年以後Princeton大学となった。Princeton大学地球科学科(Department of Geosciences)の学科の歴史のページ http://www.princeton.edu/geosciences/about/history/1854-1900/ を見ると、「Guyot of Guyot Hall」という文書 http://www.princeton.edu/geosciences/about/history/1854-1900/guyot_brochure.pdf がある。(学科の建物にGuyotにちなんだ名まえがつけられているのだ)。そこには「He is best remembered for:」の8項目のうち4番めに「Establishing a group of weather stations and a standard method of gathering and recording meteorological data that developed into the U.S. Weather Bureau」と書かれている。気象観測方法の標準をつくったことも業績として認められているのだ。しかしおもな業績は地質学であり、気象観測の仕事はその専門家がいなかったから引き受けたもののように思われる。】

【Phenologyについてのわたしの知識は、衛星観測が使えるようになった1980年代以後のもので、それ以前の地上観測については詳しくない。ただ、たまたま学生のときに竺 可禎の『物候学』を知った。竺は気象学者だったが晩年には歴史時代の気候変動と関連してphenologyに関心をもっていた。竺(1973)の本では、「近代における世界の物候学の発展」(日本語版p. 54-60)の節で、ドイツ、イギリス、ロシア・ソ連とならんで「アメリカでは19世紀後半から物候の観測に注意をし始め、しだいに物候観測網ができあがってきた。」と書かれているのがSmithsonianの事業をさすはずだ。竺が重視するのはその後のHopkinsの仕事で、文献の書誌情報が中国語訳されていたので少してまどったが、Hopkins (1918)であることがわかった。これは農務省傘下になってからのWeather Bureauでのphenology観測の指針で、農業への応用が意図されている。

  • A. D. Hopkins, A. D. 1918: Periodical events and natural law as guides to agricultural research and practice. Monthly Weather Review, Suppl. 9: 1-42. [NOAA Central Libraryのサイトの http://www.lib.noaa.gov/collections/imgdocmaps/monthly_weather_review.html の下にディジタル版がある。Monthly Weather Reviewの普通の巻はアメリカ気象学会のサイトにディジタル版があるのだがSupplementはそちらには見あたらない。]
  • 可禎 (Zhu Kezhen)、 敏渭 (Wen Minwei), 1973: 物候学。北京: 科学出版社。
  • [同、日本語版] 可禎、 敏渭 著, 丹青総合研究所 編訳, 1988: 物候学。東京: 丹青社。】

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  • 宮川 卓也: 帝国日本の気象観測網拡大と梅雨研究 … 302-313

日本には近代気象学が導入され、日本にある梅雨という現象が認識された。

そして、1894-96年、梅雨のメカニズムについて、馬場信倫、頓野廣太郎、中村精男、中川源三郎がかかわる論争があったが、合意は得られなかった。観測資料が不足していた。

1910年に、岡田武松の梅雨論が英語で中央気象台欧文報告に出された。【宮川さんの要約をさらにわたしが要約すると】夏の季節風が湿った空気を運んでくる。そして低気圧が発生しやすい条件が整う。低気圧は揚子江流域や台湾で形成されるが、オホーツク海と北太平洋にある高気圧によって移動がさまたげられ、日本付近に低気圧が停滞しやすい。という理屈だ。岡田は梅雨を東アジア共通の現象だとした。宮川さんは、このときまでに日本が朝鮮、台湾、南樺太、中国関東州を植民地や租借地とし、それに伴って気象観測網も拡大したことが、岡田の梅雨論の形成にとって重要だったと考えている。
【それは事実だろうが、この時代のデータを利用できる領域の拡大の要因としては、国際的データ交換も重要だと思う。】

岡田は、西洋近代科学の方法を採用したが、その中で、日本の独立の成果を出すこと重視し、外国の新学説には慎重だった。

中田良雄が1920年代に梅雨を研究し、1931年に『気象雑纂』に論文を発表した。「梅雨谷線」という、気圧の谷に生じる不連続線を導入している。この着想は父島に勤務したときに得ている(これも観測網拡大の成果と言える)。しかし岡田は中田の研究を高く評価しなかった。

【宮川さんは、「前線説が正しいのに、岡田の権威によって学問の進歩がはばまれた」という構図で見ているように、わたしには見える。わたしは宮川さんが対象とした論文もBjerknesたちベルゲン学派の前線・不連続線論も直接読んでいないので、宮川さんの主張への反論となるほどの主張はできない。

しかし、1980年代から最近までの梅雨研究では、梅雨前線は、明確な温度の不連続がないなど、ベルゲン学派のpolar frontとは明らかに違うものとして認識されている。また、同じ「前線」ということばを使っても、低気圧の内部構造としての前線と、低気圧群を含む前線帯とは、規模のちがう現象だ。(宮川さんがふれている堀口由己の1935年の論文の対象は低気圧の内部構造としての前線のほうだ。)

だから、梅雨はpolar frontとはちがうという岡田の主張はもっともであり、梅雨前線を谷(trough)の中軸としてえがく中田の認識ももっともであり、両者は矛盾しないと思う。ただし、中田の研究は当時からもっと重視されるべきだった、という意味では宮川さんに賛成する。】

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  • 有賀 暢迪: 台風の数値予報の始まり、あるいは黎明期の計算気象学における問題意識の連鎖 … 314-326

計算機を使った数値天気予報が始まる前に、そのための技術開発型の研究が進められていた。ここではとくに日本で、1959年に気象庁に電子計算機(IBM 704)が導入されるより前の、台風の予報に関する取り組みを見ている。

まず、東大地球物理の気象(正野)研究室の大学院生だった佐々木嘉和と都田菊郎による研究。1954年にJournal of the Meteorological Society of Japanに出たものなど複数の論文として発表され、1956年に気象学会賞を受けて『天気』にのった受賞記念講演がその総括にあたる。
台風の構造は当時の数値予報の格子間隔では表現しきれなかった。そこで、佐々木・都田は、等圧面高度場から台風の構造をあらわす同心円状の構造を抜き去ったゆるやかな場について数値予報の方法を適用し、それで台風が流されるとした。まず順圧(1層)モデル、それから傾圧(多層)モデルを使った。
使える計算機はまだなかった時代だった。

【佐々木さんと都田さんはいずれものちにアメリカに移住し、佐々木さんは集中豪雨などのメソスケール、都田さんはグローバルスケールの、いずれもデータ同化技術の発展に貢献した。(佐々木さんについては[WNI気象文化創造センター(2013)の本の読書メモ]も参照。) わたしは彼らの1970-80年代の仕事は知っているが50年代の仕事は見ていなかった。彼らの研究の方向は数値予報の初期値の改善ととらえればずっと一貫していたのかもしれない。】

2つめに中央気象台(1956年から気象庁)予報課高層当番の寺内栄一、鍋島泰夫ほかの仕事。順圧モデルから傾圧モデル(ただし2層)に進んだ。
台風の構造の扱いは、佐々木・都田の方法から変更して、台風の中心部の場を流線関数で表現した(バランス方程式によって等圧面高度から変換した)。
研究用にリレー計算機(電気試験所ETL Mark II)が使われた。

3つめは気象研究所の増田善信の仕事(1957年に複数の論文)。順圧モデルのうちでの改善を優先させた。中心部だけでなく周辺も流線関数で表現した。
初期の電子計算機(富士フイルム FUJIC)、リレー計算機(FACOM 128)などが使われた。

有賀さんはこれらの研究の特徴を、自然現象について理解を得る過程よりも、目標に向けられた技術開発の過程に類似している、と言っている。
【わたしがことばを補えば、たとえば増田善信さんの仕事の場合、台風が自然現象として傾圧であることはわかっていたが、限られた計算能力で、鉛直の分解能と水平の分解能のどちらを優先するかで、水平を選んだので順圧モデルを使ったのだと思う。】

また、有賀さんは、20世紀なかばの計算気象学の特徴を、コンピュータの登場や計算能力の向上よりも、計算手法やモデルを開発・改良するプロセスに見ようとしている。わたしも同様に感じている。、

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  • 増田 耕一: 地球温暖化に関する認識は原因から結果に向かう思考によって発達した … 327-339

この文章については、[別ブログ2016-05-12の記事]で紹介した。

【[訂正] この論文の注24で、Callendarの論文題名の最後の語を「climate」としてしまいましたが、正しくは「temperature」です。(Archer & Pierrehumbertの本で temperature となっているのを見ていたのに、Weartの文献リストからまちがいを引き継いでしまい、増田の確認もれでした。) [この項、2017-11-28補足] 】

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小特集 渋川春海没後300周年: 渋川春海研究の新展開に向けて … 340-385

同じ号にのったもうひとつの特集。わたしは、日本の江戸時代の天文学が、どのように独自であり、どのように西洋や中国由来の要素をとりいれていたかは、興味深い課題だと思っている。そして、渋川春海という人の仕事を検討することがそのために有効だろうとも思う。しかし、残念ながら、わたしには、この特集のそれぞれの論文の議論は、個別的すぎるように感じられて、中身に立ち入って読む元気が出ない。(これはわたしの事情を述べているにすぎず、特集に不満を述べるつもりはない。)

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書評・紹介
科学史研究』は書評に重点をおいている。この号には10件の書評・紹介がある。そのうち地球科学に関連するものの題目をあげておく。(諏訪氏の本はわたしも読んだので、別に読書メモ記事を書くかもしれない。)

  • 矢島 道子: 市原敬子、鷹見本雄 監修『泉石と雪の殿様 — 鷹見泉石ガイドブック』 … 386-387
  • 山田 俊弘: 諏訪兼位 『地球科学の開拓者たち — 幕末から東日本大震災まで』 … 387-390
  • 平瀬 貴志: 佐藤靖『NASA — 宇宙開発の60年』 … 409-411 [同じ本についてのわたしの読書メモ]

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