三隅 良平 (2017) 雨はどのような一生を送るのか

  • 三隅 良平, 2017: 雨はどのような一生を送るのか — 降る前から降った後までのメカニズム。ベレ出版, 307 pp. ISBN 978-4-86064-512-0.

2017年6月の新刊。地球上の水循環、つまり、雨が陸上にふれば、その水の一部分はその場から蒸発してまた大気中の水蒸気になるが、残りは土壌を経て川を流れて海に達しそこから蒸発する、という一連のものごとについての、入門的な読みものだ。それぞれの部分についての主要な知見を得た学者の業績にふれながら説明している。

著者の狭い意味の専門は気象学のうちの雲物理なので、雲ができ、その中で雨ができるしくみを詳しく述べているだろうと期待した。確かに、第2章では、雲粒のできかたを論じている。そこで凝結核となるエーロゾル粒子が重要であることを、エイトケン(Aitken)の研究にふれながら述べている。第3章では、雲から雨になるしくみについて、氷の結晶が成長して雪ができてからとけるしくみと、液体の雲粒が併合するしくみの両方の説があったが、結局どちらも重要なのだという話がある。

しかし、積乱雲ということばは出てくるものの、激しい雨がふる際に、積乱雲がどのように発達するかの詳しい話はない。その話題は、同じ出版社から出ている 荒木 健太郎 (2014) 『雲の中では何が起こっているのか[読書メモ]や、三隅さん自身(2014)の『気象災害を科学する』とかさなるので省略したのだと思う。

むしろ本書の重点は、陸上にふった雨がどうなるかという、水文学[すいもんがく]の話題にある。著者は現在、防災科学技術研究所の「水・土砂防災研究部門」にいるので、このあたりまで本業のうちなのかもしれない。また、原稿を、水文学を専門とする浅沼 順さん(筑波大学)に見てもらったそうだ。

第1章では水循環の認識がどのようにできてきたか。とくに17世紀のマリオットとハレーによる定量的な見積もりが重視されている。

第4章は水循環にとっての森林の働き。降水の遮断蒸発、蒸散など。「森林は洪水を防ぐのか」という問いへの答えは単純でない。

第5章は雨が土壌中に浸透していき、地下水として動くこと。浸透についてペロー、地下水の動きについてダルシーの業績が出てくる。また現代ではトリチウムが地下水の動きのトレーサーとなることも紹介される。

第6章は地面に落ちた雨が川にたどりつくまでの流出過程。地中を流れるのがふつうで、地表を流れるのはまれだとされているが、最近、荒廃したヒノキ林では地表流が起こっていることが観察されている。この章では流出量を求める計算方法も紹介される。

第7章は蒸発について。まず水の蒸発過程の基礎的認識をドルトンの業績にそって述べる。なおドルトンは個人で毎日気象観測もしていた。それから陸上の蒸発の定量的見積もりの考えかたについて、ソーンスウェイト、ボウエン、ペンマン、また海上に適用されるバルク法を考えたジェイコブズの業績にそって述べる。

第8章は地球と他の天体の水循環の比較。ここでいう他の天体とは土星の衛星のタイタンで、窒素を主成分とする大気の中で、水ではなくメタンが雨になったり蒸発したりするのだ。探査機によって大気成分や温度は観測されたが、雲や雨はまだ直接観察されてはいない。しかし理論的根拠をもって、雨粒は地球のものよりも大きいだろう、などと推測されている。現代の惑星大気研究者(わたしは大気の非平衡熱力学的エントロピー論の研究者として知っている)ラルフ・ローレンツ(本書参考文献リストにはLorentzとあるが、Lorenzが正しい)、そのほかの人の研究成果を参照している。

折り返しのあとに詳しい目次をつける。

== 目次 ==
はじめに
もくじ
第1章 地球をめぐる水 — その概念ができるまで
– 水の循環はあたりまえ?
– ノアの洪水はどのようにして起こったか
– プラトンが記述した「タルタロス」
– アリストテレスによる現実的な説明
– 地球は巨大な蒸留器なのか
– 想像から観測へ — マリオットによる雨量と河川流量の測定
– エドモンド・ハレーが推定した地中海からの蒸発量
– 地球表面での水のやりとり
第2章 雲と凝結核 — 雲をつくる微粒子の発見
– 雲はなぜ落ちてこないのか
– 凝結核の発見
– あなたは発見者ではない
– 実験してみよう
– エアロゾル粒子とは
– 飽和水蒸気圧とは
– 表面張力が飽和水蒸気圧を変える
– 物質が水に溶けると水蒸気圧が下がる
– 雲に関するホットな話題
第3章 雨粒の生成 — メカニズム解明から人工降雨へ
– 雨粒はどのようにしてできるのか
– 雲は牛乳のようなもの?
– 雲粒は合体しない — ベルジェロンの考察
– 水と氷とは飽和水蒸気圧が異なる
– 水は0℃では凍らない — 過冷却とは
– ベルジェロンが唱えた「氷晶雨仮説」
– フィンダイゼンが描いた夢 — 気象の人工調節
– シンプソンの反論 — 氷晶がなくても雨は降る
– 世界初の人工降雨実験
– 雲の中で起こる連鎖反応
– 論争の決着
– 雲の種類と雨の形成
第4章 雨と植物 — 森林は雨を大気に返す
– 木の葉にたまった雨粒はどこへ行くのか
– 樹木からの雨の蒸発 — 「遮断損失」とは
– 雨が降っている最中になぜ蒸発が起こるのか
– 人間とヒマワリの発汗量を比較する
– 植物による吸水と蒸散のしくみ
– 樹木はどうやって高いところまで水を吸い上げるのか
– 樹木からの蒸散量をどうやって測るのか
– 森林はどれだけの水を大気に放出するのか
– 森林は洪水を防ぐのか
– ハイドログラフとピーク流量
– 森林が河川流量におよぼす影響を調べるいはどうすればよいのか
– 森林によってピーク流量が増加することもある
第5章 降雨の浸透 — 水は地中でどう動くのか
– 雨が土壌に浸み込む速さ
– ミクロに見た雨の浸透
– 地中水のさまざまな形態
– 破産した不運な男
– ペローの実験
– ポテンシャルの高い水、低い水
– 母親の期待に応えたダルシー
– 雨が地下水になるまで何年かかるか
– セシウムの行方
第6章 降雨の流出 — 雨はどんな経路で川にたどりつくのか
– 何が問題か
– ホートンの考えと論争の始まり
– 森林に地表流はあるのか
– 地中洪水流の存在
– やはり地表流は存在する
– 日本のヒノキ林で起こるホートン地表流
– 雨量から河川流量を推定する
– 合理式 — コンピューターのいらない簡単な方法
– 単位図法 — 流域の特性を考慮する
– タンクモデル — タンクの底から出てくる水量を河川流量と考える
– 分布型流出モデル — コンピューターを用いた精緻な計算
第7章 蒸発 — 「気象オタク」ドルトンの実験とその発展
– 気象観測を50年以上続けた男
– 蒸発は溶解現象か
– 空気のもつ水蒸気圧の測定
– 蒸発率と飽和水蒸気圧の関係
– 風が蒸発におよぼす影響
– 新しい気候区分をつくりたい — ソーンスウェイトによる蒸発散量の測定
– エネルギー保存の法則を利用した蒸発測定
– 「ボーエン比」のアイデア
– より簡単な蒸発散率の推定法 — ペンマンの式
– 海からの蒸発率を推定する
– 大陸からの蒸発散率
第8章 地球の雨の特徴 — タイタンの雨と比較する
– 地球を他の天体と比較する理由
– タイタンについて
– 地球ではなぜ水蒸気が雨になるのか
– 地球の積乱雲は背が低い
– 地球の雨粒は小さい
– 地球の水循環は激しい
参考文献

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