佐藤 尚毅 (2019) 基礎から学ぶ気象学

  • 佐藤 尚毅 [なおき], 2019: 基礎から学ぶ気象学。東京学芸大学出版会, 205 pp. ISBN 978-4-901665-58-2.

2019年9月の新刊。

大学で気象学を学びはじめる人むけの教科書。実際に半年週1回の授業で使っている教材をほぼそのまま本にしたそうだ。おもに中学・高校の理科の教員になる人のため、副次的に、気象予報士の資格をとろうとする人の役にたつように考えられている(もちろん本書がカバーするのは気象学の内容であって、予報士試験には日本の気象予報の制度の知識も必要だが)。

【わたしも、教職の教科の科目である地学概論の授業をもっていて、その中では気象について本書ほどくわしくあつかえないが、さらに勉強したい学生に本を紹介したい。また、他の専門からきた人に気象の基礎知識をもってもらいたいこともある。本書はそういうときに紹介できる複数の本のひとつになる。】

内容の重点は、大気のうち対流圏の大規模(水平 数百キロメートル以上)の現象である大気大循環および温帯低気圧・熱帯低気圧などと、それを支配している大気力学(物理の力学と熱力学にもとづく)の理論の基本である。【田中 博『地球大気の科学[読書メモ]もそうだが、それよりは本書のほうが初級むけだ。】

初級の教科書にしては、わりあい数式が多い。理科教師や予報士をめざす人はこのくらいの数式に慣れたほうがよいと、わたしも思う。数式はだいたい高校の理科系の数学でやる範囲であり、それに含まれない微分方程式(そのうちでは簡単な、解が指数関数になるものなどだが)については「補講」として説明をくわえている。偏微分記号も、収束・発散と渦度のところなどで出てくるが、偏微分方程式を解く数学の問題ではなく、微分を有限距離間隔の差分で近似するあつかいにむかう。

現象の説明としては、日本付近の気圧配置を大きく5つにわけて、代表的天気図をあげて説明している。【たまたまこの件を人に説明することがあったので参照したら、残念なまちがいを見つけた。「気圧の谷」型をさらに「日本海低気圧、南岸低気圧、二つ玉低気圧」にわけた図10-3 (140ページ)の天気図と分類名との対応がずれてしまっている。】 日本付近の気団の簡単な説明もある。気団の概念は、気象学の専門ではあまり使わなくなったが、天気予報の現場や地域の気候の記述で使われているのでふくめておいたのだろう。

気候の変動・変化については、「短周期の変動」と「人為的な気候変動」にわけて、わりあい簡単に説明している。【なお、最後に西洋と日本の雪景色の絵が出てくるのだが、これは、人為的原因によるのではない長期の気候変動もあることをわすれないように、という趣旨らしい。その絵がかかれた当時の気候をしめすデータとして使えるかという問題にふみこんではいないようだ。】

折りかえしのあとにくわしい目次をつける。

== 目次 ==
はじめに
本書の使い方
– – 理科の先生のために
– – 本書の構成
– – 気象予報士試験にも役立つ
– – 難解な内容は補講で解説
– – 理解を確かめるための練習問題
– – 基礎理論を理解し楽しく学ぶ
第1講 地球大気の概観
– 1.1 大気の組成
– 1.2 大気の鉛直構造
– 1.3 オゾン層と赤外線
第2講 大気の熱力学
– 2.1 気体の性質の概観
– 2.2 気体の状態方程式
– 2.3 大気中の水蒸気
– 2.4 大気の圧力
– 発展 クラウジウス・クラペイロンの関係式
– 補講A 微分方程式の解き方
– – (1) 意味を考えてみよう
– – (2) 公式を使って方程式を解いてみよう
– – (3) 物理的な意味は?
– – (4) 例題と練習問題
第3講 大気の安定度 (1)
– 3.1 乾燥大気の安定度
– 3.2 湿潤大気の安定度
– 3.3 フェーン現象
– 3.4 逆転層
– 補講B 熱力学の第1法則
– – (1) 気体が持つ内部エネルギー
– – (2) 気体が行なう仕事
– – (3) エネルギーの保存
– – (4) 定積比熱と定圧比熱
第4講 大気の安定度 (2)
– 4.1 温位
– 4.2 エマグラム
– 4.3 安定度と積雲対流
– 4.4 相当温位
第5講 雲と降水
– 5.1 雲量と天気
– 5.2 十種雲形
– 5.3 雲画像
– 5.4 降水過程
– 参考: 雨の強さ
第6講 大気における放射
– 6.1 熱収支と温室効果
– 参考: 大気の吸収スペクトル
– 6.2 大気による散乱
第7講 大気の力学 (1)
– 7.1 コリオリ力の概観
– 7.2 コリオリ力の計算
– – (1) 動径方向に運動する場合
– – (2) 接線方向に運動する場合
– 参考: 角運動量保存則と高低気圧の周りの渦
– 7.3 地衡風平衡
– 7.4 傾度風平衡
– 補講C 角運動量保存則
– – (1) ケプラーの第2法則
– – 参考: ケプラーの法則
– – (2) 角運動量の定義
– – (3) 角運動量の計算
– – (4) 角運動量の時間変化
– – (5) 3次元空間での角運動量
第8講 大気の力学 (2)
– 8.1 温度風の関係
– 8.2 収束・発散と渦度
第9講 大気の大循環
– 9.1 大規模な大気の流れ
– 9.2 熱輸送と熱収支
第10講 日本の気象と気候
– 10.1 日本の気圧配置
– – (1) 冬型 (西高東低型)
– – (2) 気圧の谷型
– – (3) 移動性高気圧型
– – (4) 前線型
– – (5) 夏型 (南高北低型)
– 10.2 日本周辺の気団
– – (1) シベリア気団
– – (2) オホーツク海気団
– – (3) 揚子江気団
– – (4) 小笠原気団
第11講 温帯低気圧と傾圧不安定
– 11.1 低気圧と高気圧
– 11.2 温帯低気圧と前線
– 11.3 温帯低気圧の鉛直構造と傾圧不安定
第12講 熱帯低気圧と台風
– 12.1 熱帯低気圧の概観
– 12.2 熱帯低気圧の発生と発達
– 12.3 台風の温帯低気圧化
– 12.4 台風情報の利用
第13講 気候の変動
– 13.1 短周期の変動
– 13.2 人為的な気候変動
巻末付録
– 付録1: 国際式天気記号
– – 1. 地上天気図
– – – (1) 雲量
– – – (2) 現在天気
– – – (3) 日本式天気記号との関係
– – – (4) 過去天気
– – – (5) 上層雲
– – – (6) 中層雲
– – – (7) 下層雲
– – – (8) 気圧変化傾向
– – – (9) 風向・風速
– – 2. 高層天気図
– 付録2: 天気図や観測データの入手について
– 付録3: 練習問題の解答例
索引

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