安成 哲三 (2018) 地球気候学

  • 安成 哲三, 2018: 地球気候学 — システムとしての気候の変動・変化・進化。東京大学出版会, 232 pp. ISBN 978-4-13-062738-3.

2018年5月の新刊。著者からお贈りいただいた。

全地球規模の気候に関する大学教科書レベルの解説書である。第1章では、まず「気候システム」を、U. S. Comittee for GARP (1975) [読書メモ]と同様に、大気・海洋・雪氷などのサブシステムがエネルギー・水・力を交換するという形で導入している。ただしサブシステムとして「陸上生態系」を追加している。そして、話題を気候システム全体としてのエネルギー保存にしぼり、空間的不均一と時間変化を省略した0次元の定常問題として、放射平衡と温室効果の基本を考えている。

第2章は「現在の地球気候はどう決まっているか」。2-1節では対流圏・成層圏などの鉛直温度分布と、それが今のようになっている理由を考える。2-2節ではエネルギー収支の緯度に対する(南北方向の)分布を見る。放射の過不足をおぎなうように大気と海洋の運動によるエネルギー輸送があって準定常状態がなりたっている。大気の運動は、低緯度では南北鉛直循環(ハドレー循環)、中高緯度では波動が主役である(この波動の説明はくわしくない)。2-3節は海洋の役割で、季節をこえてエネルギーをたくわえる実効熱容量、風による表層循環(海流)、密度差による深層循環にわけられる。

(エネルギー収支と水収支の基本的な量を示す図2-9(a)、2-20、2-14の出典が1970年代の文献だ。わたしならばもっと新しい観測データにもとづく図を出したくなる。ただし、この1970年代の文献群は今も基本的には(有効数字1けた程度では)かわらない数値をはじめて出した、学説史的には重要なものではある。)

ここから、東西方向に一様でない、しかし、夏・冬それぞれぐらいの期間の定常でありうるようなパターンを話題にする。2-4節は大規模な山の地形による北半球の冬の平均場で見える気圧の谷・峰の形成。(ここまで理屈中心、ここから事実中心。) 2-5節は大気の(顕熱と潜熱に分けた)エネルギー収支式の外力項としての熱源の分布 (降水を伴う雲で水の凝結は潜熱部分のsink、顕熱部分の源としてみえてくる)。2-6節はモンスーン、とくにアジアモンスーンについて。(この主題はこの著者の特徴がいちばん出るところだが、15ページと短いので、ものたりなさも感じる。ここからの発展は、植田 宏昭『気候システム論[読書メモ]を見るのがよさそうだ。) 2-7節は「水循環を介した植生・気候相互作用」の話になる。著者自身がかかわった、「再解析」データの水収支解析や気候モデルによる数値実験の研究結果にもとづいて、森林とモンスーンは相互に強化しているという、著者特有の論点を述べている。

第3章は気候システムの変動・変化の話。世の中の「気候変動」ということばの使われかたにはちょっと困っているようだ。ここでは気候システムのしくみが変わること、気候システムへの外力の変化にともなって生じる変化、外力がなくてもおこる ゆらぎ、の3つに わけて論じている。3-1節は理論的なシステムの話 (Lorenzのいうような決定論的カオスの話を含む)、3-2節から3-4節までが外力による変化 (くわしく論じているのは3-4節の第四紀の氷期サイクルの話)、3-5節が ゆらぎ(季節内変動、エルニーニョ・南方振動、十年規模変動)をあつかっている。システムのしくみが変わるというのは第4章の話題に対応するのだと思う。

第4章の話題は気候システムの「進化」(evolution)とされている。この「進化」は「進歩」ではないという注がついている。生物の進化と同類とされているが、わたしは、これは突然変異・自然選択によるDarwin型の進化ではないということも(著者も第5章の最後でふれているが、第4章の文脈でも)注意しておく必要があると思う。(わたしが書くならば「進化」ということばを避けたいが、ではどうするかの案はさだまっていない。) 4-2節は地球に海と陸が形成されたこと。4-3節は始生代・原生代の大気組成の変化。4-4節は全球凍結問題。4-5節は顕生代(古生代以来)の気候変化。プレートテクトニクスにともなって、固体地球も関与する炭素循環と、大陸配置の変化にともなう海洋・大気循環の境界条件の変化が、気候を変化させた。4-6節は新生代の気候。PETM (暁新世-始新世境界 温暖化極大)イベントの件と、新生代を通じた寒冷化傾向。(なお、2009年から地質年代の標準用語からはずれた(「古」「新」のつかない)「第三紀」という表現が本書では残ってしまっている。)

第5章は「人間活動と気候システム変化」。5-2節まではいわゆる地球温暖化の話。温室効果気体がどれだけ変化したか、気温はこれまでにどれだけ変化したか、今後百年にどれくらい変化する見こみか、水循環はどのように変化すると考えられるか(これも著者が重点を置いてきた課題だが本書の記述は簡単だ)。5-3節では Anthropocene (「人類世」)という表現にふれて、人間活動が気候変化の要因として重要になってきたことを論じる。5-4節は今後千年から十万年の時間スケールの見通し。次の氷期は来ないのか、海洋深層は極域で沈みこみがおこる体制でなくなるのか、などの未解決の問題。5-5節は遠い未来の見通し。地球はいつまで生命をささえることができるのか。ある研究によれば今後15億年ぐらいだ。太陽が大きくなるのにともなって、これまでは大気中の二酸化炭素が減ることによって地球は温度をたもってきたが、このしくみが限界に達すると温度上昇を止められなくなる。

折り返しのあとにくわしい目次をつける。

== 目次 ==
プロローグ
目次
第1章 地球気候システムとは
– 1-1 システムとはものの見方である
– 1-2 地球気候システムを特徴づけるもの
– – 1-2-1 エネルギー開放系と物質閉鎖系
– – 1-2-2 水惑星地球としての特性
– – 1-2-3 時間スケールにより異なる気候システム
– 1-3 太陽放射と地球放射 — 気候システムのエネルギー
– – 1-3-1 放射の法則
– – 1-3-2 太陽放射と地球放射の違い
– – 1-3-3 放射平衡温度 (有効放射温度)
– – 1-3-4 温室効果
– – 1-3-5 放射平衡温度とその前提 — 大気の熱容量と地球自転
第2章 現在の地球気候はどう決まっているか
– 2-1 地球大気の鉛直構造はどう決まっているか
– – 2-1-1 太陽エネルギーと大気-地表面系の熱収支
– – 2-1-2 大気温度の鉛直分布はどう決まっているか
– – 2-1-3 オゾン層形成と地球生命圏の役割
– – 2-1-4 超高層大気 (熱圏と電離圏)
– 2-2 地球気候の南北分布と季節変化はどう決まっているか
– – 2-2-1 太陽入射エネルギーの南北分布と季節変化
– – 2-2-2 放射収支・熱収支の緯度分布
– – 2-2-3 何が南北の熱輸送を決めているのか
– – 2-2-4 大気大循環系の南北分布 — 地球自転の役割
– – 2-2-5 ハドレー循環が形成されるためには積雲対流が必要
– – 2-2-6 水循環の役割
– 2-3 海陸分布と海洋循環の役割
– – 2-3-1 気候形成における海洋と大陸の違い
– – 2-3-2 表層海流系 (風成循環) と気候の東西分布
– – 2-3-3 深層水(熱塩)循環と気候変動
– 2-4 大規模山岳地形による大気大循環と気候の形成
– – 2-4-1 偏西風とロスビー波
– – 2-4-2 大規模山岳地形による定常ロスビー波の励起
– 2-5 大気における熱源(冷源)の気候学
– – 2-5-1 大気の非断熱加熱率(Q1)と潜熱加熱率(Q2)
– – 2-5-2 Q1とQ2の季節変化
– – 2-5-3 Q1とQ2からみた地域気候の特性
– 2-6 モンスーン気候の形成
– – 2-6-1 大気・海洋間の加熱差がつくり出す大気循環
– – 2-6-2 夏季アジアモンスーンに対するチベット・ヒマラヤ山塊の熱的効果
– – 2-6-3 アジアモンスーンと亜熱帯高気圧 — β効果による東西非対象な気候の強化
– – 2-6-4 アジアモンスーンと熱帯の大気・海洋系
– – 2-6-5 アジアモンスーンと砂漠気候
– – 2-6-6 日本付近のモンスーン
– 2-7 気候と生命圏の相互作用 — 地球気候を決めるもう1つの要素
– – 2-7-1 生命圏・対流圏・成層圏カップリングと水循環
– – 2-7-2 水循環を介した植生・気候相互作用
– – 2-7-3 大気水収支法
– – 2-7-4 シベリア・タイガ(亜寒帯針葉樹林帯)における大気水収支
– – 2-7-5 熱帯多雨林帯における大気水収支
– – 2-7-6 植生が強化するモンスーン気候 — 気候モデルからの検証
第3章 地球気候システムの変動と変化
– 3-1 複雑系としての気候システムの変動と変化の特性
– – 3-1-1 気候の変動と変化はどう違うか
– – 3-1-2 非線形非平衡開放系としての気候システム
– – 3-1-3 カオス系としての気候システム
– – 3-1-4 気候システムにおける変化とゆらぎ
– 3-2 地球規模の気候変化を引き起こす4つの要因
– 3-3 気候変動を引き起こす外力 — 太陽放射
– – 3-3-1 太陽放射照度(TSI)の変動と気候への直接的な影響
– – 3-3-2 太陽活動の気候影響 — 間接的なしくみの可能性
– 3-4 氷期・間氷期サイクルの謎
– – 3-4-1 氷河時代の開始と2~4万年周期の気候変動
– – 3-4-2 10万年周期の氷期・間氷期サイクルの特徴
– – 3-4-3 氷期・間氷期サイクルのメカニズム
– – 3-4-4 シンプル気候モデルによる氷期・間氷期サイクルのしくみ
– – 3-4-5 気候の南北分布を考慮した氷期・間氷期サイクルのしくみ
– – 3-4-6 10万年周期のメカニズム — 氷床-気候モデルによる解明
– 3-5 短周期の気候変動 — 気候システムにおけるゆらぎ
– – 3-5-1 気候システムにおけるゆらぎとは
– – 3-5-2 大気循環系んおゆらぎ
– – 3-5-3 大気・海洋系のゆらぎ — ENSO現象
– – 3-5-4 大気・海洋・陸面相互作用系のゆらぎ
– – 3-5-5 10年から数十年周期の気候変動
– – 3-5-6 より長周期の気候変動 — ゆらぎか、外力による変動か
第4章 地球気候システムの進化
– 4-1 地球システムの進化という見方
– 4-2 水惑星地球の誕生
– – 4-2-1 大気と海洋の形成
– – 4-2-2 海洋地殻と大陸地殻の形成
– – 4-2-3 「暗い太陽」のパラドックス
– 4-3 始生代・原生代 (40億年前~6億年前) の気候進化
– – 4-3-1 大気組成の進化
– – 4-3-2 炭素循環の進化
– – 4-3-3 「大酸素イベント」と生命圏の進化
– 4-4 スノーボールアース (全球凍結) の謎
– – 4-4-1 原生代前期氷河時代 (23~22億年前)
– – 4-4-2 原生代後期氷河時代 (7~6億年前)
– – 4-4-3 スノーボールアースのダイナミクスと生命圏の進化
– – 4-4-4 「退屈な」10億年 (20億年前~10億年前)
– 4-5 顕生代 (5.5億年前~) の気候変化
– – 4-5-1 カンブリア爆発
– – 4-5-2 Icehouse (氷河) / Greenhouse (温暖) 気候サイクルとプレートテクトニクス
– – 4-5-3 P/T境界前後の大量絶滅と気候の激変
– – 4-5-4 白亜紀の超温暖気候
– – 4-5-5 海陸分布と海流系の役割
– 4-6 新生代第三紀の気候 — 寒冷化に向かう地球
– – 4-6-1 PETM (暁新世-始新世境界温暖化極大イベント)
– – 4-6-2 寒冷化する気候
第5章 人間活動と気候システム変化
– 5-1 人間活動は地球気候にどう影響してきたか
– – 5-1-1 急激に増大する人間活動の影響
– – 5-1-2 人間活動による全球的な気候への影響はどう現れているか
– – 5-1-3 過去200年の気温変動は人間活動でどの程度説明できるか
– – 5-1-4 「地球温暖化」に伴う水循環変化の可能性
– – 5-1-5 現実の降水量変化はどうなっているか
– 5-2 気候変化の近未来 (~100年先) 予測
– – 5-2-1 温室効果ガスはどう変化していくか — いくつかの排出シナリオ (RCP)
– – 5-2-2 温室効果ガス増加に伴う全球的な気候変化予測
– – 5-2-3 エアロゾル増加に伴う気候変化の予測
– – 5-2-4 予測における不確定性について
– 5-3 人類世 (The Anthropocene) をどう理解すべきか
– – 5-3-1 人類世 (The Anthropocene) とは
– – 5-3-2 人類活動による気候変化の大きさ
– 5-4 気候の中未来 (103~105年先) 予想
– – 5-4-1 氷期サイクルに対する人類活動の影響
– – 5-4-2 人類活動による超温暖気候 (Greenhouse) レジームへの遷移の可能性
– – 5-4-3 鍵となる深層水循環の変化
– 5-5 遠未来 (100万年先~) の地球気候 — 水惑星と生命圏の行く末
– – 5-5-1 太陽光度 (solar luminosity) の長期変化
– – 5-5-2 地球の生命圏はいつ終焉するか
– – 5-5-3 地球の気候と生命圏はどう理解すべきか — ガイア仮説とメデア仮説
エピローグ
参考文献
索引

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