釜堀 弘隆, 川村 隆一 (2018) 気象学入門

  • 釜堀 弘隆, 川村 隆一, 2018: (トコトン図解) 気象学入門。講談社, 244 pp. ISBN 978-4-06-155239-5.

2018年3月の新刊。気象学の入門書だ。これまで気象学を学ぶ人によく勧められてきたのは、小倉 義光『一般気象学[読書メモ]だが、これは中身が濃い本で、初心者にはむずかしいところがある。本書は、まえがきによれば、その本への「橋渡し」として書かれたそうだ。色刷りの図解を多く使っている。「数式は最小限にとどめた」ことは、近づきやすさにもなっており、限界にもなっているだろう。

基本とされた題材は、大気と海が存在する条件から始めて、大気の放射収支と鉛直構造、雲と降水、大気の力学(本書の章の表題は「運動学」となっているが)と熱力学の基本(対流に対する成層の安定性を含む)などだ。

一般的な気象学入門では必ずしも扱われないが本書では重点が置かれたことらがらは、大気と海洋の相互作用、観測技術、予測技術などだ。

他方、次のような内容は「割愛した」とまえがきでことわっている: 大気境界層内の乱流現象、雷雨・降水セルの現象、都市気候、大気汚染、局域の気象、熱帯の季節内変動など。

参考文献リストがない。さらに勉強したい人のための参考文献としては、まえがきで小倉『一般気象学』があげられているだけのようだ。図のうちには「著者(年)」の形の出典表示があるものもある。初心者が文献にたどりつくのには情報不足だが気象学の教員ならば文献検索可能だろう。数量の分布がかかれた図はこの本のためにつくられたものらしいが、データ源が明示されていないのが、わたしにはちょっと残念に思える。

釜堀さんのここ10年ほどのおもな仕事は気象データ再解析([別ブログ2016-05-18の記事]参照)なのだが、その話は出てこない。ただし、11.1-2節「天気予報の初期値と境界値」で「初期値は、前時刻の予測値を観測データで修正することにより作られます。」と書いているので、もうひといきでその話題につなぐことはできる。

川村さんがながらく研究の主題にしてきたモンスーンの基本は7.3節に書かれている。ここで「モンスーン」という用語は熱帯モンスーンをさしており、日本の冬の季節風などは話題に含まれていない。熱帯のプレモンスーン期(乾季の終わり)の循環は海陸風と同じしくみで理解できるが、雨季のモンスーン循環は水蒸気の凝結の潜熱が主役だ、という話がある。日本の梅雨はモンスーンと中緯度偏西風の両システムが結合したハイブリッド現象(と呼んでもよいかもしれない)と説明されている。

温室効果ということばは第2章に出てくるがその説明がごく簡単で、暴走温室効果の話に進んでしまう。地球温暖化に関する13.3節にある温室効果の説明をそのあいだにはさんだほうがよかったと思う。

ただし、その13.3-1節で、ガラスやビニールの壁をもつ温室の効果を大気の温室効果と同じものとみなしている。わたしは、温室に温室効果(赤外線の吸収・射出による効果)がないわけではないが、温室の温度調節のおもな働きは風をさえぎること(大気熱収支の用語を使えば乱流熱輸送を変えること)だ、と習ったことがある([別ブログ2012-05-20の記事]でもふれた)。ただし、まだ自分で定量的に確認していないので、本書の記述がまずいと言う自信がない。できれば、境界層気象学や農業気象学の人と協力して、明確にこたえられるようにしたいと思う。

氷期に関する13.1-5節には「発表当時、ミランコビッチの説は受け入れられなかったようです。」と書かれている。わたしは、そうではなく、発表された1930年ごろは見こみのある説とされたのだが、1950年代ごろに見捨てられた、と理解している。そのあとの「ミランコビッチの説が注目されるようになったのは、1970年代になってからです。」はよい。

折り返しのあとに詳しい目次をつける。

== 目次 ==
まえがき
Contents [目次]
第I部 気象学を支える科学原理
第1章 地球大気の成り立ち /釜堀
– 1.1 地球大気の起源
– – 1. 地球とその他の太陽系惑星たち
– – 2. 太陽系惑星の大気組成
– – 3. 地球型惑星の原始大気は太陽に吹き飛ばされた!
– – 4. 二次大気と海の形成
– 1.2 地球の二次大気の進化
– – 1. 地球大気の謎 — なぜ酸素が多いのか
– – 2. 生物の誕生 — 光合成の始まり
– – 3. 陸上生物の誕生
– 1.3 太陽スペクトルとハビタブルゾーン
– – 1. 惑星が生命を育める恒星とは
– – 2. ハビタブルゾーン
– – [Column] 太陽系外のハビタブルゾーン内惑星の探索
第2章 大気の鉛直構造と放射平衡 /釜堀
– 2.1 放射平衡と温室効果
– – 1. 地球を暖める太陽
– – 2.地球の加熱と冷却のエネルギーバランス
– – 3. 加熱と冷却の日変化
– – 4. 加熱と冷却の季節変化
– 2.2 地球の放射収支
– – 1. 太陽放射エネルギーの内訳
– – 2. 地表面および大気からの放出エネルギーの内訳
– – 3. 惑星の気候を決めるアルベド
– – [Column] 気体分子の自由度
– – [Column] 気体分子の3種類の自由度
– 2.3 暴走温室効果
– – 1. 放出赤外線エネルギーの上限と気温の暴走
– – 2. 太陽の進化と地球の暴走温室効果
– – 3. 金星の暴走温室効果
– 2.4 気温の鉛直分布と水平分布
– – 1. 気温の鉛直分布
– – 2. 気温の水平分布
– – 3. 放射収支の水平分布
第3章 雲と降水 /釜堀
– 3.1 10種雲形
– – 1. 高さによる分類と形状による分類
– – 2. 下層雲・中層雲・上層雲
– 3.2 空気中の水蒸気と雲
– – 1. 飽和と不飽和
– – 2. 水雲と氷雲
– – 3. 雲の光学的厚さ
– 3.3 降水の形成過程
– – 1. なぜ雲は落ちない?
– – 2. 水蒸気から雲粒ができる過程
– – 3. 雲粒から雨粒ができる過程
– – 4. 過冷却水滴と昇華凝結過程
– – 5. エアロゾル
– – [Column] 人工降雨と氷晶核
– 3.4 世界の降水量分布
– – 1. 世界各都市の降水量比較
– – 2. 熱帯と亜熱帯
– – 3. 大洋の西岸・東岸比較
第4章 大気の運動学 /川村
– 4.1 流体に働く力
– – 1. 質点・剛体・連続体
– – 2. 連続体の記述方法(1) — ラグランジュ記述
– – 3. 連続体の記述方法(2) — オイラー記述
– – 4. 体積力と面積力
– 4.2 回転流体とコリオリ力
– – 1. 大気の奇妙な運動 — 物理法則と観察のギャップ
– – 2. コリオリ力
– – 3. 緯度による補正 — コリオリパラメーター
– 4.3 上空の大気の流れ
– – 1. 運動方程式ふたたび — コリオリ力の追加
– – 2. 大規模な流れを表す地衡風
– 4.4 地衡風の高度変化
– 4.5 地表に近い大気の流れ
– – 1. 摩擦収束
– – 2. 海上の風が海水を引きずる
– – 3. 台風直下の海洋表層の流れ
第5章 大気の熱力学 /川村
– 5.1 状態方程式
– 5.2 静水圧平衡
– 5.3 温位の概念
– – 1. 空気塊の熱力学第一法則
– – 2. 温位とは何か
– – 3. フェーン — 温位の例
– 5.4 乾燥断熱減率と湿潤断熱減率
– – 1. 乾燥断熱減率の計算
– – 2. 湿潤断熱減率の値
– – 3. 相当温位
– 5.5 大気の静的安定・不安定
– – 1. 大気の静的安定度
– – 2. 状態曲線と大気の安定度
– – 3. 大気の安定度の指標
– – 4. 気層の安定度 — 空気塊とは異なる見方
第II部 大気の現象論
第6章 中小規模の気象現象 /釜堀
– 6.1 梅雨前線
– – 1. 梅雨末期の大雨
– – 2. 大雨をもたらす線状降水帯
– 6.2 温帯低気圧
– – 1. 温暖前線と寒冷前線
– – 2. 温帯低気圧が発生しやすい場所
– – 3. 災害をもたらす爆弾低気圧
– – 4. 爆弾低気圧の発生しやすい地域とその理由
– – [Column] シャピロの低気圧モデル
– 6.3 台風
– – 1. 台風の発生場所と経路
– – 2. 台風のエネルギー源
– – 3. 台風発達の理論と実際
– – 4. 台風の構造
– 6.4 竜巻
– – 1. 竜巻と台風の違い
– – 2. スーパーセルに伴う竜巻
– – 3. トルネード — アメリカで猛威を振るう竜巻
– – [Column] 藤田スケール
– 6.5 局地循環
– – 1. 海陸風
– – 2. 山谷風
第7章 大規模な大気の流れ /川村
– 7.1 低緯度 (熱帯) の大気循環
– – 1. ハドレー循環
– – 2. ウォーカー循環
– 7.2 中高緯度の大気循環
– – 1. 偏西風
– – 2. 子午面循環
– – 3. フェレル循環
– – 4. 傾圧不安定
– – 5. 亜熱帯ジェットと寒帯前線ジェット
– – 6. ブロッキング
– 7.3 モンスーン循環
– – 1. モンスーン地域の特徴
– – 2. アジアモンスーン循環
– – 3. モンスーン循環と海陸風循環
– – [Column] 梅雨はモンスーンか
第8章 大気海洋相互作用 /川村
– 8.1 風成循環
– – 1. エクマン吹送流と地衡流
– – 2. 単純化した風成循環と実際の風成循環
– 8.2 赤道湧昇と沿岸湧昇
– – 1. 水温の深度分布と湧昇
– – 2. 湧昇のメカニズム
– 8.3 熱帯太平洋の大気海洋相互作用
– – 1. エルニーニョ現象
– – 2. ENSO現象
– – 3. エルニーニョ現象・ラニーニャ現象の発生頻度
– 8.4 熱帯インド洋の大気海洋相互作用
– 8.5 中緯度の大気海洋相互作用
– – 1. 黒潮の役割
– – 2. 黒潮の大蛇行と渦
第9章 成層圏の大気現象 /川村
– 9.1 成層圏の大循環
– – 1. 成層圏と対流圏の境界
– – 2. 半球間の大規模対流現象
– – 3. 成層圏天気図
– – 4. ブリューワー・ドブソン循環
– 9.2 成層圏突然昇温
– – 1. 成層圏突然昇温とは
– – 2. 波が持つ運動量の輸送と砕波現象
– – 3. 対流圏起源の大気波動が成層圏の子午面循環を励起する
– 9.3 成層圏準2年振動
– 9.4 オゾン層とオゾンホール
– – 1. 成層圏オゾン層の働き
– – 2. オゾンの地理的分布
– – 3. オゾン層の維持機構
– – 4. オゾン層の破壊
– – 5. オゾンホール
第III部 最先端の気象学
第10章 大気と海洋の観測 /釜堀
– 10.1 気象観測のための機器
– – 1. 気圧計: アネロイド式・水銀柱
– – 2. 風向風速計
– 10.2 地上での気象観測
– 10.3 高層観測
– 10.4 海洋の観測
– – 1. 船による観測
– – – 気象観測船
– – 2. ブイによる観測
– – – TAO/TRITON観測網
– – – アルゴ計画
– – [Column] 海面水温観測の歴史
– 10.5 地上からのリモートセンシング
– – 1. 気象レーダー
– – 2. レーダーで使用する電波
– – 3. レーダーから雨の強さを推定する
– – 4. ドップラーレーダー
– – 5. 二重偏波レーダー
– – 6. ウィンドプロファイラ
– 10.6 宇宙からのリモートセンシング
– – 1. 静止衛星
– – 2. 極軌道衛星
– – 3. 地球観測衛星
– – [Column] A-train
– – 4. GNSS気象学
第11章 大気の予測可能性 /釜堀
– 11.1 リチャードソンの夢
– – 1. 方程式を解けばいい、とはいうものの….
– – 2. 天気予報の初期値と境界値
– – 3. リチャードソンの挑戦と失敗
– – 4. 受け継がれた夢とアイデア
– 11.2 数値予報
– – 1. 史上初のコンピュータによる天気予報
– – 2. 計算の格子間隔と時間間隔
– – 3. 全球モデルと領域モデル
– 11.3 カオス
– – 1. 初期値が持つ誤差
– 11.4 数値予報の実際
– – 1. 決定論的予報と確率予報
– – 2. 確率予報の求め方
– 11.5 季節予報
– – 1. 大気と海洋の同時予測
– – 2. 季節予報の示し方
– – 3. 初期値問題と境界値問題
第12章 テレコネクション — 遠方の大気現象がおよぼす影響 /川村
– 12.1 テレコネクションとは何か
– – 1. テレコネクションの定義
– – 2. 北半球のテレコネクション
– 12.2 テレコネクションの力学
– – 1. ロスビー波の復元力
– – 2. 渦位 (ポテンシャル渦度) 保存則
– – 3. ロスビー波 — 渦位を保存する波
– – 4. 山岳強制によるロスビー波
– – 5. 熱的強制によるロスビー波
– – 6. エルニーニョ現象とテレコネクション
– 12.3 冬季のテレコネクション・パターン
– – 1. 亜寒帯のテレコネクション
– – 2. 亜熱帯のテレコネクション
– 12.4 夏季のテレコネクション・パターン
– – 1. 3つのテレコネクション
– – 2. 台風がロスビー波を励起する?
– – [Column] 金沢で大雪が降ると、数日後にハワイは嵐に見舞われる?
第13章 気候変動のメカニズム /釜堀
– 13.1 ミランコビッチ・サイクルと氷期
– – 1. 太古の地球の気温を推定する
– – 2. 太古の気候変動のタイムカプセル — 氷床コア
– – 3. ミランコビッチ・サイクルの発見
– – 4. 公転と自転の変動
– – 5. ミランコビッチの仮説を支持する証拠
– 13.2 熱塩循環と気候
– – 1. 海洋の鉛直循環の原動力
– – 2. 熱塩循環のメカニズムと概要
– – 3. 熱塩循環の大気への影響
– 13.3 温室効果気体と地球温暖化
– – 1. 温室はなぜ暖かいのか
– – 2. 地球を暖める二酸化炭素
– 13.4 火山噴火
– – 1. 火山噴火がもたらす気温低下
– – 2. 大噴火が人間活動に与えた影響
– 13.5 数十年規模変動
– – 1. 単調ではない地球温暖化
– – 2. 太平洋十年規模変動
索引

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