Archer & Pierrehumbert編 (2011) 地球温暖化重要論文集 / The Warming Papers

  • David ARCHER & Raymond PIERREHUMBERT eds., 2011: The Warming Papers: The Scientific Foundation for the Climate Change Forecast. Chichester, West Sussex UK: Wiley-Blackwell, 419 pp. ISBN 978-1-4051-9616-1 (pbk.)

二酸化炭素濃度の増加をおもな原因とする地球温暖化が起きるという見通しの根拠となっている科学的知識が発達してきた過程をふりかえるうえで大事な論文をまとめたもの。編者のArcher氏は炭素循環が専門でThe Long Thaw (2009年)[読書ノート]などの著書がある。Pierrehumbert氏は気候の理論が専門で最近Principles of Planetary Climateという教科書[読書メモ]を出している。本書は2人で分担したようで、前半がおもに気候の理論的理解、後半が炭素循環となっている。主題別にいくつかの論文をまとめ、編者による紹介文がつけられている。

前半では、まずFourier (1827, 英語訳), Tyndall (1861), Arrhenius (1896), Plass(1956)の論文を収録していることが歴史の観点からは興味深い。昔の人の概念構成は今と違うので理解しにくいが、本書では古い論文ほど詳しい解説がつけられていて助かる。しかし今の温暖化論を理解するための中核は、二酸化炭素濃度が2倍になると気温などの気候の状態はどうなるかに関する、Manabe and Wetherald (1967)の鉛直1次元モデルとManabe and Wetherald (1975)の大気大循環モデルの数値実験の論文、1979年のCharneyを座長とするアメリカ科学アカデミーの報告書、そのとき話題になったものの文章化はあとになったHansenほか(1984)の大気大循環モデルによる研究の総合報告だと思う。このあたりは現代の古典になったのだ。

ここまでの選択が、1980年代に真鍋さんと同じPrincetonのGFDLで働いていたPierrehumbertさんと真鍋さんの教えを受けたことがあるわたしとで一致しても普遍的でない可能性があるが、少なくとも「真鍋流」の展望としてはよく整理されていると思う。

CO2濃度がふえた場合の地上気温の変化を考える際に、Plassを含む多くの人が、上空の気温を固定させて地表面のエネルギー収支だけを考えたために不適切な結果を得た(本書の解説では「The Surface Budget Fallacy」としてとりあげている)。CO2がふえると宇宙に出て行く赤外線の源の高さが高くなり、地球のエネルギー収支がつりあうように気温が上がる、と考える必要があるのだ。(本書によれば) Arrhenius (1896)はすでにそういう考えかたをしていたのだが、それをじゅうぶん精密なH2OとCO2の放射吸収・射出の計算と組み合わせた結果を最初に示したのが真鍋さんの仕事だったのだ。

1980年代以後(一部は2000年以後)の論文も収録されており、編者が今の時点で重要な論文だと考えたものだと思うが、このあたりの歴史的重要性や知識体系を理解するうえでの重要性の評価は今後も変わるだろうと思う。

現実の気温が上昇しているかという話題はJonesほか(1986)から始まる。もちろん気温のデータ解析はこれ以前からあるが、CO2による温室効果の強化の話とからんでくるのは、本論文集では炭素循環の部のほうに収録されているCallendar (1938)の先駆的(あるいは無鉄砲な)仕事を別格とすれば、1980年代からだと言ってよいのだと思う。

影印版ではなく版を組みなおしている。昔の出版物のおもかげはないが文字が読みやすいのはよい。しかしところどころ自動文字読み取りの失敗を人が修正しきれなかったと思われる誤植がある。ことに後半の最初のCallendar (1938)の論文には太字の見出しを含めていくつも誤植があった。後半の残りの論文はまだよく見ていないが、チェックができていればよいのだが。[2011-02-26補足: 気がついた誤植をこのページの折り返しの先にあげておく。]

【[2011-02-22 追記, 2018-04-27 改訂、リンク先更新] ここに収録された論文の全部ではないが多くのものは、アメリカ合衆国の公的な事業であるらしいNational Science Digital Library (NSDL)の Primary Articles Learning Environment (PALE) の Classic Articles in Context http://nsdl.library.cornell.edu/websites/wiki/index.php/PALE-ClassicArticles.html の第1号記事 [Climate Change and Anthropogenic Greenhouse Warming: A Selection of Key Articles, 1824-1995, with Interpretive Essays]にも紹介されている。2008年に科学史家James Rodger Fleming氏が地球温暖化に関する認識の発達にとって重要な論文を紹介したものである。論文のPDFファイルがリンクされている。こちらは影印版である。また、このblogページは2008年当時のNSDLの担当者がこの記事を紹介したもので、Spencer Weart氏などによるコメントがついている。】

【[2015-05-27 追記, 2018-04-27 改訂] 上に追記したNSDL は、かつて nsdl.org にあった。(2018-04-27 現在、そのURLからは nsdl.oercommons.org に転送される。) 2011年2月から2015年5月のあいだのいつか、そこにあるものは学校教育向け教材に限定されたようで、科学史的古典論文紹介のページは見つからなくなった。web.archive.org には2009年に保存されたページのコピーがあるが、そこから論文のPDFファイルへのリンクは切れていた。上記の nsdl.library.cornell.edu に移って残っていることに、わたしは2018年4月に気づいた。

なお、論文のいくつかは別の場で公開されている。たとえばJournal of the Atmospheric Sciencesなどのアメリカ気象学会の雑誌の論文の、ある年(何年か未確認)より古いものはjournal.ametsoc.org の下でオープンアクセスになっている。Manabe氏を含むNOAA GFDLの論文の多くはhttp://gfdl.noaa.gov/bibliography/ から提供されている。Fourierの論文の英語訳は、Pierrehumbert氏のものよりもおおざっぱであるが、William Connolley氏によるものがhttp://www.wmconnolley.org.uk/sci/fourier_1827/ にある。】

折り返しの先で目次を紹介するが、論文は原論文の書誌情報の形にしておく。[2011-02-26補足: さらにその先に気づいた誤植をあげておく。]

Part 1. Climate Physics:1
1. The Greeenhouse Effect:3

  • Jean-Baptiste Joseph Fourier, 1827: On the temperatures of the terrestrial sphere and interplanetary space. (Mémoire sur les temératures du globe terrestre et des espaces planétaires.) Mémoires de l’Académie Royale des Sciences 7:569-604. [Translated from French by R.T. Pierrehumbert]

2. Wagging the Dog:21

  • John Tyndall, 1861: On the absorption and radiation of heat by gases and vapours, and on the physical connextion of radiation, absorption, and conduction. Philosophical Magazine, Series 4, 22:169-194,273-285.

3. By the Light of the Silvery Moon:45

  • Svante Arrhenius, 1896: On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, Series 5, Vol. 41, No. 251, 39 pages.

4. Radiative Transfer:78

  • Gilbert N. Plass, 1956: The influence of the 15 μ carbon-dioxide band on the atmospheric infra-red cooling rate. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 82:310-324.

5. The Balance of Energy:92

  • Syukuro Manabe and Richard T. Wetherald, 1967: Thermal equilibrium of atmosphere with a given distribution of relative humidity. Journal of the Atmospheric Sciences, 24:241-258.
  • M.I. Budyko, 1969: The effect of solar radiation variations on the climate of the Earth. Tellus, 21:611-619.
  • William D. Sellers, 1969: A global climatic model based on the energy balance of the earth-atmosphere system. Journal of Applied Meteorology, 8:392-400.

6. The Birth of the General Curculation Climate Model:136

  • Syukuro Manabe and Richard T. Wetherald, 1975: The effects of doubling the CO2 concentration on the climate of a general circulation model. Journal of the Atmospheric Sciences, 32:3-15.
  • J. Hansen, A. Lacis, D. Rind, G. Russell, P. Stone, I. Fung, R. Ruedy and J. Lerner, 1984: Climate sensitivity: analysis of feedback mechanisms. In: Climate Processes and Climate Sensitivity, AGU Geophysical Monograph 29, Maurice Ewing Volume 5 (J.E. Hansen and T. Takahashi eds.), 130-163.

7. Aerosols:191

  • J.F.B. Mitchell, T.C. Johns, J.M. Gregory and S.F.B. Tett, 1995: Climate response to increasing levels of greenhouse gases and sulphate aerosols. Nature, 376:501-504.

8. Ocean Heat Uptake and Committed Warming:198

  • James Hansen, Larissa Nazarenko, Reto Ruedy, Makiko Sato, Josh Willis, Anthony Del Genio, Dorothy Koch, Andrew Lacis, Ken Lo, Surabi Menon, Tica Novakov, Judith Perlwitz, Gary Russell, Gavin A. Schmidt, Nicholas Tausnev, 2005: Earth’s energy imbalance: Confirmation and implications. Science, 308:1431-1435.

9. Taking Earth’s Temperature:206

  • P.D. Jones, T.M.L. Wigley and P.B. Wright, 1986: Global temperature variations between 1861 and 1984. Nature, 322:430-434.
  • Qiang Fu, Celeste M. Johanson, Stephen G. Warren and Dian J. Seidel, 2004: Contribution of stratospheric cooling to satellite-inferred tropospheric temperature trends. Nature, 429:55-58.
  • Michael E. Mann, Raymond S. Bradley and Malcolm K. Hughes, 1999: Northern hemisphere temperatures during the past millennium: inferences, uncertainties and limitations. Geophysical Research Letters, 26:759-762.

10. Ice Sheets and Sea Level:236

  • H. Jay Zwally, Waleed Abdalati, Tom Herring, Kristine Larson, Jack Saba and Konrad Steffen, 2002: Surface melt-induced acceleration of Greenland ice-sheet flow. Science, 297:218-222.

11. The Public Statement:234

  • J.S. Sawyer, 1972: Man-made carbon dioxide and the “greenhouse” effect. Nature, 239:23-26.
  • Jule G. Charney, Akio Arakawa, D. James Baker, Bert Bolin, Robert E. Dickinson, Richard M. Goody, Cecil E. Lieth, Henry M. Stommel and Carl I. Wunsch, 1979: Carbon Dioxide and Climate: A Scientific Assessment. National Academy of Sciences.

Part 2. The Carbon Cycle:257
12. The Sky is Rising!:259

  • G.S. Callendar, 1938: The artificial production of carbon dioxide and its influence on temperature. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 64:223-240.

13. Denial and Acceptance:274

  • Roger Revelle and Hans E. Suess, 1957: Carbon dioxide exchange between atmosphere and ocean and the question of an increase of atmospheric CO2 during the past decades. Tellus, 9:18-27.
  • Bert Bolin and Erik Eriksson, 1958: Distribution of matter in the sea and atmosphere: Changes in the carbon dioxide content of the atmosphere and sea due to fossil fuel combustion. In: The Atmosphere and the Sea in Motion: Scientific Contribution to the Rossby Memorial Volume (B. Bolin ed.), The Rockfeller University Press. 130-142.

14. Bookends:298

  • Charles D. Keeling, 1960: The concentration and isotopic abundances of carbon dioxide in the atmosphere. Tellus, 12:200-203.
  • Charles D. Keeling, 1970: Is carbon dioxide from fossil fuel changing man’s environment? Proceedings of the American Philosophical Society, 114:10-17.

15. One If by Land:313

  • Bert Bolin, 1977: Changes of land biota and their importance for the carbon cycle. Science, 196:613-615.
  • Peter P. Tans, Inez Y, Fung and Taro Takahashi, 1990: Observational constraint on the global atmospheric CO2 budget. Science, 247:1431-1438.
  • Peter M. Cox, Richard A. Betts, Chris D. Jones, Steven A. Spall and Ian J. Totterdell, 2000: Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model. Nature, 408:184-187.

16. Two If by Sea:337

  • W.S. Broecker and T. Takahashi, 1978: Neutralization of fossil fuel CO2 by marine calcium carbonate. In: The Fate of Fossil Fuel CO2 in the Oceans (N.R. Andersen and A. Malahoff eds.), New York: Plenum Press, 214-248.
  • James C.G. Walker and James F. Kasting, 1992: Effects of fuel and forest conservation on future levels of atmospheric carbon dioxide. Global and Planetary Change, 5:151-189.
  • J.P. Kennett and L.D. Stott, 1991: Abrupt deep-sea warming, palaeoceanographic changes and benthic extinctions at the end of the Palaeocene. Nature, 353:319-322.

17. On Ocean pH:393

  • Ken Caldeira and Michael E. Wickett, 2003: Anthropogenic carbon and ocean pH. Nature, 435:365.
  • Ulf Riebesell, Ingrid Zondervan, Björn Rost, Philippe D. Tortell, Richard E. Zeebe and François M.M. Morel, 2000: Reduced calcification of marine plankton in response to increased atmospheric CO2. Nature, 407:364-367.

18. Tiny Bubbles:402

  • A. Neftel, E. Moor, H. Oeschger and B. Stauffer, 1985: Evidence from polar ice cores for the increase in atmospheric CO2 in the past two centuries. Nature, 315:45-47.
  • J.M. Barnola, D. Raynaud, Y.S. Korotkevich and C. Lorius, 1987: Vostok ice core provides 160,000-year record of atmospheric CO2. Nature, 329:408-414.


気づいた誤植
== Chapter 1. The Greenhouse Effect ==
## Jean-Baptiste Joseph Fourier, 1827 ##
* p. 7 (footnote) Fourier, J.-B. F. -> Fourier, J.-B. J.
== Chapter 3. By the Light of the Silvery Moon ==
## Svante Arrhenius, 1896 ##
* p. 68, Equation (4)
T4 = K / (1 + ν (1 – β) ) , … (4)
となっているが、これだと、すぐ上の式および(3)式と同じである。
原論文(Robert Rodhe氏が公開しているPDFコピー)の261ページを確認すると、次のように c がはいるのが正しい。
T4 = K / (1 + c ν (1 – β) ) , … (4)
この件は、「RealClimate」ブログこの本の情報を含む記事(2011年1月28日)へのBret Burns 氏の2001年2月12日のコメントで指摘されていた。
== Chapter 5. The Balance of Energy ==
## M.I. Budyko, 1969 ##
* p. 116 (footnote) Tellus 611-619 -> Tellus 21:611-619
== Chapter 12. The Sky is Rising! ==
## Introduction ##
* p. 259, 3rd paragraph, near end
Suiss -> Suess
* p. 260, last paragraph
John Callendar -> Guy Callendar
## G.S. Callendar, 1938 ##
* p. 261, Heading of section 1
ATMOSPHKRIC -> ATMOSPHERIC
* p. 262, Heading of section 2
INURA-RED -> INFRA-RED
* p. 264 (left) text line 6
Hettncr -> Hettner
* p. 270, in Fig. 5, with “Funchal”
Madeisa -> Madeira
* p. 272 (left)
Mr. L. II. G. DINKS -> (probably) Mr. L. H. G. DINES
(cf. “In reply to Mr. Dines,” in p. 272 (right))
* p. 273 (bottom right), References
Radcliffc Observatory -> Radcliffe Observatory
(cf. “Radcliffe Observatory” in p. 273 (top left))
== Chapter 14. Bookends ==
## Introduction ##
* p. 298 Moana Loa, Moanna Loa -> Mauna Loa
== Chapter 16. Two If by Sea ==
## J.P. Kennett and L.D. Stott, 1991 ##
* p. 385 Palaeoscene -> Palaeocene
== Chapter 18. Tiny Bubbles ==
## Introduction ##
* p. 402 Moana Loa -> Mauna Loa
===== ここまで =====

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