河宮 未知生 (2018) シミュレート・ジ・アース — 未来を予測する地球科学

  • 河宮 未知生, 2018: シミュレート・ジ・アース (Simulate The Earth) — 未来を予測する地球科学。ベレ出版, 263 pp. ISBN 978-4-86064-562-5.

2018年10月の新刊。地球科学に、計算機を使った数値シミュレーションがどのように使われているかを紹介する本。ただし、著者のおもな仕事が、地球温暖化の予測型シミュレーションをふくむ気候のシミュレーションなので、話題の大部分は気候・気象・海洋のシミュレーションだ (最後の第8章には地震の話題もあるが、その話題を期待する人にすすめられる本ではない)。本屋さんで地球科学の本がたくさんある場合に、地球科学全般か、気候・気象・海洋の本といっしょに置かれているのはよいのだが、地震や地質や土壌の本といっしょに置かれているのはうまくないと思った。

初歩むけのたとえ話もあり、先端の研究の紹介もある。ただ、その中間に飛躍がある感じがする。研究内容にたちいって理解するために必要な基礎概念は、短い本では説明しきれないから、教科書的な本などに誘導するのが適切だろう。第1章と第2章には、参考文献として日本語で書かれた入門書・教科書的なものがあげられている。しかし、あとは、第3章はカオス論の古典だが難解な論文だけ、第5章はIPCC (気候変動に関する政府間パネル)の報告書だけ、第6章は同僚研究者の研究論文(複数)とIPCC報告書、といったぐあいで、いずれも英語だし、英語が読めても基礎概念の勉強ができていないとわからないだろう。著者は研究プロジェクトのリーダーとして、専門外の人(とくに、研究資金を出してくれる政府機関の人や、研究者の雇い主になってくれる法人の経営者など)に、研究成果を説明したり、次の研究計画を説明したりすることに多くの労力をつかっている。その努力の成果を世の中一般にもひろめるのは有益なことだと思う。しかし、研究所では、すでに研究能力のある人を雇うから、基礎教育の材料をそろえることは本業ではない。基礎概念を勉強するには、大学教員が書いた本に期待したほうがよさそうだ。

第1章の話題は、シミュレーションの歴史だが、Richardsonが1922年の著書で示した数値天気予報の考えかたから出発して、当時は知見が不足していてその後に克服されたところもあるものの、大きく見れば同じ発想が第2次大戦後の計算機の発達によって実用になってきた、という話になっている。【細かいことだが、図1.3はたしかに「タイガー計算機」なのだが、この名まえは日本のブランドで、Richardsonがそれを使ったというのは正確ではないと思う。だいたい同様な手動卓上計算機を使ったのだろうと思うが。】

第2章は大気・海洋のシミュレーションのためのモデルの組み立ての考えかたの説明。運動方程式を中心とする力学、大気分子が電磁波(光や赤外線)を吸収したり射出したりする放射伝達など、物理法則にもとづく。ただし連続変数のままだと計算しきれないので、空間をマス目に切って(著者の説明用の表現では「ぶつ切りにして」) 計算する。マス目で表現しきれないところは経験則によって構成する。モデルには不確かさがある。基本とする物理法則は同じでも、マス目の大きさの制約や、経験則としてどんなものを使うかによって、モデルどうしのちがいが生じる。

第3章は天気予報への応用。観測値をそれまでのシミュレーション結果とくみあわせて初期値をつくる(専門用語では「データ同化」という)。予報計算の結果は、初期値のわずかなちがいが拡大する、Lorenz (ローレンツ)のいう「カオス」の性質をもつ。これは有意義な予報の限界をもたらすが、初期値にわざとわずかな差をあたえた計算を複数おこなう「アンサンブル予報」という方法によって克服する努力がされている。

第4章は過去の気候を再現するシミュレーション。おもに、地球史のうちでは最近の約百万年間の氷期サイクルが地球の公転・自転の軌道要素変化を原因として説明できるかという話。約2万年前の氷期の気候状態のシミュレーション、最近千年間の時系列的シミュレーションも紹介されている。

第5章は地球温暖化に関する仕事。すでに温暖化がおきているかどうかを検出し、それが人間活動による温室効果気体増加の結果といえるかどうかを評価する仕事もある。将来の温暖化の予測型シミュレーションもある。社会の変化については(複数の)シナリオを仮定し、二酸化炭素などの排出量あるいは濃度を与えられたところから、気候と生態系の変化をシミュレートする。生態系の変化は二酸化炭素濃度へのフィードバックもあるから、それを表現できる炭素循環のシミュレーションもしている。

第6章。台風などの極端気象現象や、猛暑などの異常天候のシミュレーション。台風の発生や動きをよりよく再現するには、空間分解能を細かくして広域を表現できるようなモデルの開発も必要だ。温暖化が進むと台風や異常天候の頻度がどう変わるかを知るための研究もある。すでにおきた異常天候の原因としてすでに進行している地球温暖化がどのくらい重要かを評価する event attribution という種類の研究もある。

第7章は、海洋と大気の相互作用をふくむ年々変動、とくにエルニーニョ現象の予測の話。

第8章は、気候以外の地球科学の話題。おもに地震に関する話題がとりあげられている。震源でおこる岩石破壊現象、地震波が伝わること、地面がゆれること、建物が破壊されること、人が避難などの行動をとることなどが、連関しておこることはわかる。しかし、さまざまなシミュレーションの話題がそれぞれ簡単に紹介されるので、それぞれの研究ごとに、何をモデル化の対象とし、何を条件として与え、結果の何を見るのかがちがうと思うのだが、それがうまくつたわってこない。また、将来構想として「マルチフィジックスシミュレーション」または「連成シミュレーション」という概念がしめされている。これまで別々にあつかわれていた二つずつのプロセスをつないでみることの意義はわかる。おそらく震源過程から人の行動まで一気にシミュレートする(そして大雨などの気象も関与した複合災害も表現する)モデルをつくることを本気で考えているわけではないと思うのだが、構想の文面はそう読めてしまう。もしそれをやると約束して予算がついたら壮大なむだづかいになるだろうと心配してしまった。

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高橋 浩一郎, 山下 洋, 土屋 清, 中村 和郎 編 (1982) 衛星でみる日本の気象

  • 高橋 浩一郎, 山下 洋, 土屋 清, 中村 和郎 編, 1982: 衛星でみる日本の気象。岩波書店, 158 pp.

この本をわたしは気象学の授業で参考文献として使うことがあり、自分でももっているのだが、判形が特殊なせいでほかの本と別の箱にしまいこんだまま見失っていた。ようやく見つけて、教材として使う大気大循環の解説の画像をスキャンしなおしたりしながら、いくらか読みかえしている。

気象衛星は1960年代からあるにはあったが、極軌道衛星で、地上のそれぞれの場所の上空にくるのは1日2回がふつうだった。1970年代に、地上から見て一定の位置にとどまって毎時観測できる静止気象衛星がでてきた。日本が視野にはいる静止気象衛星の最初のものが「ひまわり」1号で、1977年にうちあげられ、1978年から気象現業につかわれた。衛星やセンサーを製造したのはアメリカの会社だったが、運用は日本の気象庁が東京都清瀬市につくった気象衛星センターでおこなった。「ひまわり」による画像の登場で、気象を知る視覚的材料が大きくかわった。それで得られた知見の多くは、専門家がとぼしい材料から推測していたものが裏づけられたものだったが、新発見もあった。

たとえば、本書の外カバーには、冬の日本付近の可視画像の一例が使われている。北西の季節風が強い日にちがいない。日本列島の陸上の日本海側に雲が多く太平洋側に雲が少ないのは前から知られたことだ。他方、日本海の上に、雲が、多くは北西-南東方向に すじ状にのびているのは、事例を知っていた人はいたものの、どのくらい頻繁かは毎日の画像が得られてはじめてわかっただろう。くわしく見ると、すじが波うっているところや、風向は北西と思われるにもかかわらず雲のすじは南西-北東になっているところもある。なぜそうなるのかは、この画像が得られて以後に、気象学のうちの気象力学と雲物理にまたがる分野の研究課題になったのだった。

本書は、ひまわり1号の1978-1980年の3年間の観測でえられた画像から選ばれたものを使って、一方では気象衛星画像の表現力、他方では日本のそれぞれの季節の特徴的な天気現象を、紹介する本だ。画像はモノクロだがあとがきによれば「二色刷り」だそうで、黒とグレーのインクをつかって濃淡の階調を表現したのだろう。

本書は、制作にとても力がはいった本だと思うが、あまりひろまらなかったようだ。それは、B4判 横長 短辺とじという特殊な判形で、ふつうの本棚におさまらず特別あつかいする必要があったことや、「二色刷り」や用紙の選択のせいもあって、158ページのわりあいうすい本なのに値段が1982年当時で5500円と高めだったせいもあると思う。いまから思えば、画像がすこしちいさくなるのをがまんして、小平(1980)の本のように、A4判 長辺とじにすれば、もっと普及できたと思う。(ただし小平の本の内容は気象衛星「ひまわり」の技術や運用の解説がおもで、本書とは性格がちがう。)

いまでは、気象衛星の画像の空間分解能もこまかくなったし、観測頻度もふえたし、センサーの波長帯も細分されて可視光では色もわかるようになった。しかし、本書と同じかそれ以上の知識をつたえる本は、まだないような気がする。もちろんいまならば、画像はインターネットで受信してパソコンで表示することもでき、画像集を本として出版することはますます採算がとりにくくなったかもしれないが、画像の見かたのてびき書のような本はあったほうがよいと思う。

序論的な「宇宙から見た地球の雲」という部分では、気象衛星画像には可視画像と赤外画像があり、それぞれが直接には何を観測しており、それによって地球上の何がみえるかを説明する。また、四季の全球画像(「ひまわり」から見える範囲全体、赤道を中心に南北半球にわたる)を示す。

第1章から第6章までは、季節を、冬、春、梅雨、夏、秋雨期(台風期)、秋、とわけて、日本付近の画像をしめしながら、特徴的な現象 (おもに気象現象だが、流氷や積雪もふくむ) と、それが衛星でどのようにとらえられるかを説明している。

第7章では、他の静止気象衛星や極軌道気象衛星の画像をくみあわせて、世界の雲の分布をしめす。いくつかの事例を見せたあと、極軌道衛星による各季節の平均輝度の画像を見せている。

第8章は、気象衛星よりも地上の空間分解能が細かい(ふつうは地質や土地被覆の調査につかわれる)ランドサットの画像で見える、雲、積雪、海のにごり、火山噴煙、海氷の事例を見せている。

付録1は、地上で魚眼レンズ写真でとらえた雲と「ひまわり」の画像を比較対照している。

付録2は、衛星データではなく地上気象観測にもとづいて、日本の降水量と気温の季節変化を示している。第1章から第6章の説明の背景知識なのだ。

付録3は松野太郎氏(当時、東京大学 理学部 助教授)による大気大循環の解説である。部分の表題が「大気中のエネルギーの流れ」「大気大循環」「上下の対流」「海陸分布・山岳の効果 — 大循環の地域性」となっている。わたしが松野先生の授業を受けたという事情を別にしても、これは(いまとなってはデータが古いところもあるが)大気大循環のうまい要約だと思う。これが本書の付録だったのは、あまりひろまらなかったという意味では残念だった。他方、回転水槽実験(九州大学 瓜生道也・守田治 提供)やベナール対流の実験(東大海洋研究所 木村龍治・吉崎正憲 提供)の写真が鮮明に印刷されたのはよかった。

付録4は「ひまわり」衛星自体とその運用システムの解説。無記名だが宇宙開発事業団で気象衛星を担当していた土屋氏によるものにちがいない。出版のタイミングの関係で「ひまわり」2号の紹介がおもになっている。(小平 1980は1号の紹介である。)

文献

  • 小平 信彦 編, 1980: (リモートセンシングシリーズ) 気象。朝倉書店。

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国立天文台 (2018) 理科年表 2019 (平成31年、第92冊)

  • 国立天文台 編, 2018: 理科年表 2019 — 平成31年、第92冊 — Chronological Scientific Tables 2019. 丸善出版, 1130 pp. ISBN 978-4-621-30331-3.

今年も11月下旬に理科年表の来年の冊が出た(奥付の発行日は11月25日となっているが、東京の店頭には20日に出ていた)。

奥付にしめされた書名が、前の年の冊までは「理科年表 平成30年」のように日本の元号を使っていたのだが、今度は「理科年表 2019」のように西暦になった。表紙や背表紙には両方出ているが、西暦のほうが大きく書かれている。本書があつかう専門分野の人は西暦を使うことが多いだろうから、もっと早く変わってもよかったはずだが、情報を提供する側に(国立天文台は大学共同利用機関法人に所属するが)国の役所が多いので元号を使う慣習もあるのだろう。もし日本政府がもっと早く次の元号を発表していれば、2019年の冊も「平成31年・○○元年」のような形で元号表記が続いたかもしれないと思う。

このブログにはこれまでに [2012年の冊]の読書メモで、わたしがどの記事に注目しているかを書き、それから[2015年の冊][2016年の冊][2017年の冊][2018年の冊]でそれぞれ変化したところについて書いてきた。

ことしも何が変わったかを書いておこうと思って、目次を前の年の冊と見くらべてみると(書きぬいてていねいにくらべたわけではなく、ざっと見ただけだが)、今回はほとんど変化がない。もちろん、毎年データが更新されるところは更新されている。暦の部・天文の部のそれぞれ最後などにあるトピック記事は入れかえられている。生物分類表は今回は動物ではなく植物そのほかの番だ。また、記事をならべる順序がいれかわったところや、記事のページ数がすこしふえたところはある。

SI基本単位のうちキログラムやケルビンなどの定義が、2018年11月の国際度量衡総会(CGPM)で大きく変更されたが、2019年の冊には まにあわなかった。2020年の冊の物理・化学の部の単位のところには大きな改訂がされるだろう。

「序」にあげられた内容の変化のうち、物理・化学の部の「紫外、可視、近赤外域のおもなスペクトル線の波長」は(題目にも表現の変化があるが)だいぶくわしくなっている。(わたしにとっては、電磁波のスペクトルは重要ではあるものの、この数値表は自分で使うことはなさそうなのだが。)

そのほか、気づいたことがあったら追い追い加筆したい。

段 若渓、姜 会飛 主編 (2002) 農業気象学

  • 若渓、 会飛 主編, 2002: 農業気象学 (面向21世紀課程教材 Textbook Series for 21st Century)。北京: 気象出版社 (China Meteorological Press), 275 pp. ISBN 7-5029-3289-8. 定価 16.00 元。

わたしは日本の大学で日本語で授業をしているのだが、受講生のうちには中国語育ちの人もいる。授業とだいたい同じ内容を中国語で書いてある本を紹介できるとよいと思った。中国にはそういう本はあるにちがいない。わたし自身、2009年に昆明に行ったときには市内の本屋で大学の理科系の教科書と思われる本がたくさん売られているのを見ている。しかしわたしが買ってきたのは、日本語の本では読めそうもない、専門的または地域的な内容をふくむ本ばかりだった。日本の大学図書館の目録や、中国の本をあつかっている日本の通信販売のカタログを見ても、同様で、初級の学生にすすめられるものがみあたらない。(中国の通信販売で日本に輸出してくれるところがあるかもしれないが、まだしらべていない。)

ただし、研究所につとめていたとき、中国出身の同僚が任期切れで研究所をはなれるときに使わないので置いていった本のいくつかを、わたしがひきとっていたのを思い出した。気候学や気象学の入門書はなかったが、農業気象学の初級教科書があった。2002年出版なので、同僚が学生のときに使った本ではなく、日本で研究職についてから中国に短期的に帰ったときに買ったかもらったものにちがいない。

めくってみると、大気放射(本書の表現では「輻射」)のところなど、農業気象学というよりも気象学の教科書のようだという印象を受けた。章構成は次のようになっている。章の表題と内容のキーワードを日本語にして示す。

  • 第1章 大気 (組成、鉛直構造、大気汚染)
  • 第2章 放射 (太陽放射、地球放射)
  • 第3章 温度 (気温、地温)
  • 第4章 水分 (水蒸気、蒸発、降水、土壌水分)
  • 第5章 気圧と風 (大気循環)
  • 第6章 天気 (気団、前線、天気予報)、災害をもたらす天気 (乾燥、寒波、台風など)
  • 第7章 気候 (気候帯・気候型、気候変化)、農業気候
  • 第8章 農業への気象の応用

このうち最後の第8章の全体と、それまでの各章の最後の節(第7章では最後の2節)は、農業への応用をあつかっている。それ以外の大部分は、気象学や気候学の基礎知識を述べており、理学系の気象学の教科書とあまり変わらない。なお、第4章の土壌水分の話題と、第7章の小気候(作物の草たけくらいの空間規模の話なので日本語ではむしろ「微気候」)の話題は、基礎的なことも、農業への応用の節のほうに書いてある。

執筆者は「主編者」2人をふくむ16人で、主編者は中国農業大学、他の人も大部分は中国各地の農業大学や大学の「農学院」の所属で、農業気象を教える教員らしい。おそらく、農業大学の学生が気象学にふれるのは「農業気象学」という科目が最初になるので、その教科書のうちで気象学の基礎もおしえる必要があると考えたのだろう。

わたしはこれまで、日本語で書かれた農業気象学の教科書を、必要を感じたところを拾い読みしたことはあるが、全体像をつかむ読みかたをしたことがないので、農業気象学の教科書群のうちでの本書の位置を評価することができない。ただ、出版社が国家気象局(気象庁に相当する)と関係が深いところなので、農業気象学のうちでは気象庁の業務に近い話題にかたよっている可能性はあると思う。

気象学の教材として、2002年現在としてみても、最新とはいえない。グラフは1980年代までの共産圏にありがちな手がき製図のスタイルだ。グラフの出典となる参考文献は、共産圏でなく英語圏のものがおもだが、(わたしも学生のときにまなんだ) 1980年前後の教科書類が多い。だからといって、いまの知見からみて明確にまちがっているといえるものはなく、不易の題材を選んでいると思う。

中国語の用語が何をさすかは、漢字からけんとうがつくが、日本語と同じとはかぎらない。気づいたところをあげると、「蒸発」「蒸騰」「蒸散」が区別されている。「蒸騰」が植物の葉から出るものなので日本語でいう「蒸散」、本書の「蒸散」は日本語でいえば蒸発と蒸散をあわせた「蒸発散」にあたるらしい。また、天気のところで「気旋」は英語のcycloneで低気圧、「反気旋」はanticycloneで高気圧にあたる。「鋒」はfrontで前線、「槽」はtroughで気圧の谷である。

内容を読むことはできていないが、目次の書きぬきをしてみた。本書の目次には章のひとつ下の節のレベルまでが書かれているのだが、ここにはもうひとつ下の太字見出しのつけられた小節のレベルまでの目次を、記事の折り返しのあとにつけておく。【残念ながら、わたしがパソコン上での中国語文字の入力ができる態勢をまだととのえていないので、漢字を日本語で使われている字に置きかえて入力している。日本語文字セットに見つからない文字は、暫定的に字形を分解して表現し「[ ]」でくくってある。さらに読みをピンインでそえる場合もある。原文にはわかちがきはないのだが、わたしの判断で空白を入れて語のきれめがわかるようにした。「的」はほぼ日本語の「の」、「与」と「和」は「と」(英語ならば「and」)にあたる。読点は、中国語では「、」を列挙に、コンマをふつうのくぎりに使うので、その区別をのこすように注意した。】

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山本 武夫 (1976) 気候の語る日本の歴史

  • 山本 武夫, 1976: 気候の語る日本の歴史 (そしえて文庫 4)。そしえて, 245 pp.

著者自身が、過去に人が書いた記録を材料として、現在にいたる約二千年間の気候の変化・変動を研究したことを、しろうとむけに解説した本だ。

1976年に大学生だったわたしは、この本を新刊で見たと思う。買って持っていたと思っていたのだが、見あたらない。2018年10月、図書館で借りて読んだ。読んだことの大部分は、わたしが記憶していなかったことだった。読んでから忘れたのか、しっかり読まなかったのか、学生のころのわたしの能力では消化できなかったのかは、よくわからないのだが。

同じ著者が1978年に出した『気候と歴史』 (鈴木 秀夫『気候と文明』と合本)については、2014年に読んで[読書メモ]を書いた。

本書によれば、著者は、1911年、山口県に生まれた。大阪大学で物理を学んだ。そして中央気象台に就職したらしい(そのことは明示されていないが、和達清夫さんのもとで研究に従事したと書かれている)。それから山口県の専門学校の教員になった。【担当した教育内容が書かれていないが、学歴から推測すると、工学の基礎としての物理だろう。】その学校が改組されて、山口大学となった。専門学校教員のころに「内地留学」で東京で研究をしたことがある。山口大学では初代学長の松山基範さん(古地磁気の逆転を示した人)の影響を受けた。山口大学を退職したあと、日本学術振興会の流動研究員として、東京大学史料編纂所に滞在したことがある。本書の出版のときは、徳山大学教授だった。

著者が研究成果を出してもほとんど注目されなかったことが多かったのだが、そういうなかでいくつか、別の方法で、あるいは別の地域を研究している人から、結果が似ていることを指摘され、高く評価された場合に、その結果について自信をもってしまったようだ。

  • カナダの E. R. ホープが著者に伝えた、中世のいわゆるヴァイキングの活動。とくに、イングスタットが1961-63年に発見したニューファンドランドの遺跡が炭素14年代によれば10世紀末で、「ヴィンランド」伝説に対応していた。この時期に北大西洋は温暖だったにちがいない。著者が桜の花見の日付そのほかから推定した日本の気温でも、同じ時期が温暖だった(第2章)。 【北大西洋と日本で温暖だったことは確からしい。ただし、本書がそう主張しているわけではないが、世界全体の温暖期とはかぎらないことに注意が必要だと思う。】【なお、第2章の表題になっているのはメキシコのカリフォルニア湾地方の「メイヨー」というところの先住民の伝説で、ここにヴァイキングが来たとは信じがたいのだが、大西洋岸でヴァイキングを迎えた人びとがここまで移住したということならばありうるのかもしれない。】
  • Fairbridgeによる海水準変動曲線。世界のうち地殻変動の少ない海岸地帯の堆積物(例、フロリダの泥炭)から求めたものだ。9-12世紀は「ロットネスト海進」とされる高海面期で、著者が桜などから推定した日本の温暖期に対応していた(第4章)。2-3世紀は「ローマン=フロリダ海退」とされる低海面期で、著者が朝鮮の災害記録などから推定した東アジアの寒冷期に対応していた(第5章)。【当時、Fairbridgeたちはこの海水準変動曲線が世界を代表するものと考えていたようだし、著者は絵図などの情報から日本の海水準も同様だったと論じているが、いまでは代表性はずっと不確かになっていると思う。近ごろ海水準の専門家が書いたものには「ロットネスト海進」を見かけないのだが、専門外の人が書いたものに見かけることがある。本書からの影響だろうか。】
  • 関連して、Brooksがまとめたナイル川の洪水水位が、2-3世紀には時系列グラフの谷になっている。著者は因果関係を、ユーラシア大陸上のジェットストリームが強いと、東アジアの夏が冷涼多雨になるのとともに、インドモンスーンが弱く、したがってナイル川上流(北半球側)の夏の雨が少ない、と推測している。
  • L. M. Libbyによる、屋久杉の木質(おがくず状にして分析)の酸素同位体比。Libbyは冬(1-3月)の気温に対応すると考えていた。著者が桜の花見の日付あるいは冬の降水日数のうちの雪のわりあいから推定した近畿の2-3月ごろの気温と、時系列としての対応がわりあいよかった。数十年のずれがあるが、現代の気温でも同程度の地域差がある(第7章)。【日本の年輪の酸素同位体比については、近ごろは、中塚武さんが、夏の乾湿に対応すると考えている。】

本書のこのような件の記述を、いまのわたしから見ると、根拠があまりたしかでないのに、自分が得た結果に自信過剰になってしまったようだと思うところが、あちこちある。(『気候と歴史』の題材もかさなるのだが、わたしはそちらの本は自信過剰と感じなかった。出版社の編集者の著者に対する要請の態度がちがったのだと思う。)

本書では第3章に書かれているのだが、著者はまず、気象観測のある期間(1885年以来の80年間。開始のおそい場合は70年間のこともある)、10年以上の時間スケールで見た日本の気候変動の特徴を要約した。

10年程度の平均状態が、厳冬・多雪と酷暑・寡雨の時期、暖冬・寡雪と冷夏・多雨の時期のあいだで数十年周期で振動しているように見える。著者は「厳冬・多雪 – 酷暑・寡雨」を「冬のモンスーンの強いときは夏のモンスーンも強い」とまとめている。ただし、モンスーンが強いとは、冬は、北西の季節風によって、日本は寒く、北陸で積雪が多いことであり、夏は、亜熱帯高気圧がはりだし、中部日本では雨が少なく、東北日本では高温になることである。天気図の低気圧の頻度や、富士山の風速もしらべて、著者はこの変動の原因を、偏西風(ジェットストリーム) の強さとそこに生じる「超長波」の谷や峰の位置だとしている。ジェットストリームが弱いと、(冬も夏も)谷は日本の西に寄る。それが著者が「モンスーンが強い」とよぶ状況がおきる条件なのだ。

気温の80年の長期傾向は、夏も冬も上昇で、10年平均状態の振動では説明できない。なお、夏と冬とで位相がずれており、1月は80年間をつうじて上昇だが、7月は1911-50年にピークがある。著者は1月の低気圧頻度、7月の北太平洋高気圧のはりだしを見て、夏冬とも、気圧配置が全体として北にシフトすることが気温上昇に対応していると見ている。これはジェットストリームの平均位置の南北シフトともみられる。

【観測記録をさらに60年ぶんほどのばせるようになり、その新しい時期については上空の観測値もつかえるようになった、今の目でみて、この知見はどのように見なおされるだろうか。わたしはすぐには答えられない。現代の知見の断片としては、エルニーニョ・南方振動がラニーニャの状態にあるとき、日本は厳冬・酷暑になりやすい、ということはあるが。】

著者による過去の気候復元推定としては、次のようなものがある。

  • 日記類の、桜の花見の日付から、京都の2-3月の気温を推定した。対象時期は室町時代と平安時代だ(第1・2章)。
  • 日記の、11-3月の降水日数のうちの雪の日のわりあいから、近畿の冬の気温を推定した。京都盆地のうちでも場所によるちがいがあり、個人差もあるかもしれないので、較正がむずかしく、本書ではひとまず桜の満開の日付による推定を信頼して2-3月の気温に換算している(第7章)。
  • 災害記録。14-16世紀の日本については『日本災異誌』から、飢饉、洪水、霖雨、大風、かんばつ、江戸時代の東北日本については『岩手県災異年表』から、霖雨、洪水、飢饉の件数をかぞえ、夏の気温と雨について推測している。(東北日本に関するかぎり「飢饉」は冷夏によるものだろうと推測して気候の情報として使っている。あとで見るように、西南日本ではそうとはかぎらない。) 1-7世紀の朝鮮については、1145年に編纂されたものだが記載対象の時代の記録にもとづくと推定される『三国史記』から冷夏と夏のかんばつを抽出し、「冷夏件数/(冷夏件数+かんばつ件数)」を「冷涼指数」としている(第4・5章)。
  • 著者のオリジナルではないが、朝鮮のソウルでは雨量が観測されており、その1770年以後の記録を和田雄治が編集・較正しているので、それも使っている(第4章)。

著者は気候と社会変動の関連に議論を進めている(第5章)。

2-3世紀、中国の史書である『三国志』には飢饉と農民反乱の記録はあるが気候への言及はない。(225年の冬に淮河が凍ったという情報はある。) しかし朝鮮の『三国史記』に冷夏の情報がある。著者はおそらく中国の黄河流域も冷夏で飢饉になったと推測している。その状況はおそらく東アジアに共通であり、魏志倭人伝の「倭国大乱」も冷夏の多かった時代だから社会変動が大きかったと推測している。【それに続く邪馬台国の場所に関する議論は、しろうと談義だと思うが、「小氷期」的な気候のもとで「高冷地」が繁栄したとは思えない、という部分は専門家判断といえるだろう。ただし大和盆地を(九州の海岸部に対して相対的にだが)「高冷地」とみなした判断には疑問を感じる。】

日本の江戸時代については、黒正厳『百姓一揆の研究』から農村騒動の回数、関山直太郎『近世日本の人口構造』から東北7国の人口の全国の人口に対する比を示している。日本の農村騒動は、17世紀中ごろから増加傾向があるが、それにくわえて変動があり、天明と天保の飢饉のころに極大となっている(その中間ではやや少ない)。東北日本の人口は、天明と天保の飢饉のあとにそれぞれ落ちこみがある。なお、九州の人口の全国の人口に対する比は、18-19世紀を通して漸増傾向だが、1786-1834年には停滞している。天明・天保期の気候は九州の人びとにもこのましいものでなかったが、東北ほど深刻ではなかった、と著者は論じている。

日本の中世(14-16世紀)のうちで、15世紀は、『日本災異志』によれば、飢饉・洪水・霖雨・大風が多かった。そして、中村吉治『徳政と土一揆』によれば、土一揆も多かった。

【気候と社会との関連について、本書の議論は、先駆的なものだったと思うが、今の目からみて正しいとはかぎらないだろう。】

第6章に出てくるのは、防府を流れる佐波川の埋もれ木の話だ。歴史記録から、1186年ごろに東大寺造営のために切り出されたものと推定された。木越邦彦さん(学習院大学)による炭素14年代もそれにあう。仮に切られたのが1186年だとすると、1180年にあたるところに傷があり、鎌倉と京都で記載された暴風雨が台風だとすると説明可能だ。年輪幅には変動がある。最後の10年間をA、そのまえの11年間をB、さらにまえの12年間をCと時期をわける。木の成長がよいのはBの時期だ。さきの年代の仮定のもとで歴史記録によれば高温で雨が多かった。平家の最盛期にあたる。農業生産にも適した天候だったのだろう。Cの時期は成長が悪く、低温・多雨だった。Aの時期も成長が悪いが、こちらは高温のかんばつがおきていた。【この件は、本書執筆中に進行中の研究だったらしく、ここでの記述は確定した結論ではないようだ。おそらくその後に論文になったと思うが、まだ確認していない。】

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福沢 諭吉 (1868) (訓蒙)窮理図解; 桜井 邦朋 (2005) 福沢諭吉の「科学のススメ」

  • 福沢 諭吉, 1868: (訓蒙)窮理図解
  • 福沢 諭吉 著, 中川 眞弥 編, 2002: 福沢諭吉著作集 第2巻 世界国尽、窮理図解。慶應義塾大学出版会, 418+44 pp. ISBN 4-7664-0878-0.
  • 桜井 邦朋, 2005: 福沢諭吉の「科学のススメ」–日本で最初の科学入門書「訓蒙 窮理図解」を読む。祥伝社 (NON SELECT)、224 pp. ISBN 4-306-50085-8.

福沢諭吉が、経済学だけでなく物理をも論じているのを、佐藤(2001)の本で知った。福沢は1882年(明治15年)に、「物理学の要用」という文章(山住 編 1991 の本に収録されている)で「初学を導くにもっぱら物理学をもってして、あたかも諸課の予備となす」、つまり、学問をする人はまず物理学を学ぶべきだと言っている(それから経済学などを学ぶべきだとも言っているのだが)。それよりまえ、1868年(序文中の日付は慶応4年、出版は明治元年)には、「窮理図解」という本を出している。このころはまだ日本語の「物理」ということばは確立しておらず、英語のphysics (むしろ natural philosophy かもしれない)に対応することばとして「窮理」が使われたのだ。英語の本ならば Physics Illustrated というところだろうか。

そのことを知ったとき、わたしは慶応大学の非常勤講師として「地球システム論」という科目を分担していた。慶応の図書館で「窮理図解」をさがしたら、福沢諭吉著作集に収録されたものが見つかった。著作集第2巻には、『訓蒙窮理図解』、『世界国尽』、『童蒙教草』(抄)、『文字之教』が収録されている。著作集編者による解説が http://www.keio-up.co.jp/yukichi/reporthtml/200205htm.htm にある。わたしは『訓蒙窮理図解』にだけ目をとおした。

その各章の題目を見ると、「温気(「熱」のこと)、 空気、水、風、雲雨、雹雪露霜氷、引力、昼夜、四季、日食月食」となっている。現代の大学の物理学科で扱っている内容ではなく、むしろ天文学や気象学、現代の高校の科目でいえば「地学」にふくまれる主題が多い。(理科が「物理、化学、生物、地学」の4分科とされたのは第2次大戦後のことであり、明治時代にこのような主題が「物理」に属するものとされたのは当然ではあるのだが。) そして、まさにわたしが「地球システム論」で教えようと思っていたこと([「気候システム論」教材]参照)とかさなるところが多い。そこでわたしは慶応大学の授業の序論でこれを持ち出すことにしたのだった(教材ページ[なぜ自然科学を学ぶ必要があるのか])。

原書は(わたしは著作集や桜井(2005)に例示としてふくまれた写真を見ただけだが) 木版印刷であり、手紙などにありがちなくずし字ではないが、漢字は行書、かなは活字普及以後の規範とちがう字体が多く、現代人には読みにくい。著作集は活字にしてあるので文字としてはすぐ読めるが、文体や語彙が現代とちがう。(英語ならば、1860年代と現代とは、語彙の部分的なちがいはあるものの、日本語の場合よりもずっと近いだろう。)

本書は表紙では「福沢諭吉 著」となっているが、「凡例」によれば、さまざまな本を翻訳して編集したものだ。(本文をみると全部が翻訳というわけでもなく書きおろしと思われる部分もある。) 「凡例」に列記されている文献は次のものだ。(最初の2つは日本語版Wikipedia「窮理図解」の項(2018-10-30現在)にしたがって原書の情報をおぎなった。) 「窮理書」のほかに「地理書」があるが、おそらく当時の「地理」ということばの意味のひろがりは天文や気象の話題をふくんでいたのだと思う。

  • 英版チャンブル窮理書 1865年 … Chamber’s Educational Course, Natural Philosophy, for Use in Schools, and for Private Instruction, London & Edinburgh.
  • 米版クワッケンボス窮理書 1866年 … G. P. Quackenbos, A Natural Philosophy, New York.
  • 英版チャンブル博物書 1861年
  • 米版スウヰフト窮理初歩[「ヰ」が小文字] 1867年
  • 米版コルネル地理書 1866年
  • 米版ミッチェル地理書 1866年
  • 英版ボン地理書 1862年
  • 右の外 英米雑書数部

第1章の「温気」(「うんき」というふりがながある)はほぼ「熱」のことだ。熱が気体のような物質であるという考え(熱素説)にもとづく表現なのだろう。「温度」ということばは一度出てくる(「あつさ」とふりがながしてある)が、その数量が出てくるところでは「寒暖計の度数」という表現になっている。

わたしは気象や季節を論じるための準備として物理の基礎概念のうちではエネルギーに関するものがいちばんだいじだと思うので、熱の話題を最初にもってきたことには賛同するのだが、残念ながら第1章はさまざまな論点を列挙しただけで話のすじがわかりにくい。したがって、本書を現代の人に科学入門書としてすすめることはできないと思う。もっとも、1860年代といえば、熱力学の第2法則がまさに形成されているころであり、第1法則(エネルギー保存則)が定式化されてからは20年ほどたっていたものの、狭い専門家集団の外にはまだ普及していなかっただろう。本書のわかりにくさは、専門家の認識がゆれていた時代を反映しているのだろう。

第1章で列挙された論点は次のものがある。

  • 「温気」の源。
    • 太陽(「日輪」と表現されている)、地熱。
    • 化学反応(「物の調合」と表現されている)。
    • 摩擦(「物を摺[す]り 物を打て」と表現されている)。
    • 電気(「えれきとる」と表現されている)。
  • 熱伝導。熱いものからつめたいものに伝わる。物質によって(たとえば金属と木では)熱を導く能力がちがう。衣服の材料はそれを考慮して選ばれる。
  • 熱膨張(温度による体積変化)。
  • 熱の出入りが速い物質と遅い物質があること。主として熱容量の話のようだが、黒いものと白いもののちがい(後述)は太陽放射にたいする吸収率の問題。
  • 水銀温度計、「ファレンヘイト」温度目盛り、水の沸点・氷点。

「黒いものは白いものよりも熱を吸いこむことも吐きだすことも速い」と言っている。(別の問題にちがいない「きめのあらいものはこまかいものよりも…」を同じ文のなかにまぜてのべているが、ここでは黒白のほうだけ考えたい。) わたしは、これと同じ主張を、たしか1960年代の小学生のころ学習漫画で読んで、そのときは知識として受け入れたのだが、気象学を教えるようになって、正確でないことに気づいた。福沢がすぐ具体例として「日輪の熱を吸込む」と言っているように、太陽放射を受ける場合ならば、「黒いもののほうがあたたまりやすい」のは正しい。しかし「黒いもののほうがさめやすい」は、すなおな意味では正しくない。ひえる原因が放射でなければ白いか黒いかは関係ないし、放射だとすれば物体自体が出す熱赤外線であり、可視光に対して黒い(吸収率が大きい)ものが赤外線に対する射出率も大きいとはかぎらないのだ。「黒いもの」を赤外線の波長帯までふくめて電磁波をよく吸収するもの(よく射出するものでもある)という意味とするか、または、太陽放射を吸収した結果として温度がちがう状態からはじめてそれからの温度低下量を比較するならば、「黒いものがさめやすい」という表現が「正しい」ということも可能ではあるが、その条件がわかるような注釈が必要だと思う。この件は[別ブログ2018-11-06の記事]にもうすこしくわしく書いた。

第2章の話題は空気。おもに気圧について。水銀気圧計が「晴雨器」として(西洋のことばで「バロメイトル」とも)紹介されている。井戸のポンプ(大気圧を利用するもの)の図解入り説明もある。日本にひろめたい西洋技術の例でもあったのだろう。

第3章 水。やかんの口と本体など、つながった水の水面は同じ高さになっていること(圧力のことも地球の重力のことも明示されていないが)。その原理を酒を器から器に移すときなどに利用できること。山の湧水についても、このしくみで、山の地下にある水たまりの水面の高さから下の湧水は枯れない、と説明している。

第4章 風。風は空気の動き。風がふくおもな原理は、あたたまった空気が上昇し、冷えた空気が下降することであり、あたたまる原因は太陽放射(「日輪の温気」と表現)だとしている。日周変化による海陸風を、江戸や大坂で知られていることと関連づけて説明している。

第5章 雲・雨。水が蒸発して水蒸気(「蒸発気」と表現)となること。水蒸気が凝結して水となること。蒸留装置(「蒸露缶」と表現)。雲ができて雨や雪がふるのも蒸留と同様で、雨水は純度が高い水だ。水を蒸気にするには熱(「温気」と表現)が必要だ。雪がとけて水になるときは「空中の温気を吸い込む」。

第6章 雹・雪・露・霜・氷。「空中の水気」がひやされると水になる。露はこれだ。温度が32°Fよりも低ければ霜となる。氷は水が「温気」を失ってかたまったものである(などなど)。(表題では雹[ひょう]が最初になっているが、本文では雹は、雪の関連で、あられ[霰]の大きいものとされているだけである。)

第7章 引力。まず万物の間で働く引力を説明する。それから、太陽のまわりの地球の運動を、円運動として説明する。「求心力」と「遠心力」があって、つりあっている、という考えかたになっている。それから話題は引力から離れて、恒星と惑星(「遊星」と表現)はどんなものかを説明する。

第8章 昼夜。地動説を前提として、昼夜を地球の自転で説明する。また、世界のうちの地域間で時差があることを紹介する。

第9章 四季。地球の公転で説明する。自転軸が公転軌道の軸に対して傾いていることは、ことばで明示はしていないが、図で示している。なお、太陽が公転軌道の中心からずれていることにもふれているが、それが「寒暑の差別」の主原因ではないことに注意している。

第10章 日食・月食。太陽・地球・月の位置関係を図示している。太陽と月は、見かけの大きさはほぼ同じだが、実際の大きさも地球からの距離も数百倍のちがいがあることに注意している。

ここから桜井(2005)の本について。この本を出したとき、桜井さんは神奈川大学の学長を退任したあとで、早稲田大学理工学総合研究センター客員顧問研究員だった。

桜井(2005)の第3章は、『窮理図解』の本文を、著作集を底本として使い、桜井さんによる現代語訳を右、原文を左にならべた対訳の形で示したものだ。(縦書き本なので順にめくればまず現代語訳に出会う。) 図は原文のページに影印で含めているほか、全部ではないが、模式図のようなものは、かきなおして右ページに含めている。『窮理図解』の序文と凡例は、原文のまま巻末資料として収録し、第3章のはじめに簡単に紹介している。

桜井(2005)の第1章は、福沢諭吉の伝記と、その中での『窮理図解』の位置づけを述べている。参考文献として既存の伝記類を多数参照している。そのうちに永田(2003)の『福沢諭吉の「サイアンス」』をふくんでいる。論調は、福沢を偉人あつかいしているようで、その思想に対する批判は見あたらない。

第2章は桜井さんが、福沢のいくつかの著作や、1868年当時の慶応義塾の日課表などを参照して、福沢が物理を重視していたことと、桜井さん自身が若い人に物理や数学を学んでほしいと思っていることを、切れめなしにのべている。そして、科学の知識を暗記したり信じこむのではなく、疑い、そのうえで論理的に考えていくことが必要だと主張している。【わたしから、このころ以後の桜井さんの他の著作を見ると、特定の論を疑いすぎ、別の論を疑わなさすぎる傾向が生じてしまったと思うのだが….】

第4章は、桜井さんが現代の物理を知っている目で見て、『窮理図解』の記述のうちで修正すべき点を論じている。熱の概念に関する指摘はもっともだ。

しかし、「大気の広がりと真空の存在について」のところでは、桜井さんがかんちがいをしている。大気圧の標準値として使われる、1013 ヘクトパスカルと、水銀柱の高さ 76センチメートルと水銀の1立方センチメートルあたりの重さ13.6グラムとの積の約 1033とが、似ているが、すこしちがう数値になる。桜井さんは、このちがいを誤差と思ったらしく、「地表1平方センチメートルを底辺とした気柱の中の大気量が 1013 グラムであることを示しているのである」と述べている。ここは、大気、水銀柱でそれぞれ静水圧のつりあいがなりたっていると考えて、底での圧力は、その上にある単位面積あたりの物質にかかる重力、つまり単位面積あたりの質量かける重力加速度に等しい、とするべきところだ(わたしの教材ページ[大気の質量と気圧]参照)。1013ヘクトパスカルは、1平方メートルあたり 10.33 トンの質量に、重力加速度 9.8 m/s2がかかったものなのだ。桜井さんが、物理量の次元を確認するか、気象を教えている人と話してみれば、すぐわかったと思うのだが、あわててしまったようで、残念だ。

また、『窮理図解』第6章の雪の結晶の図については、桜井さんは土井 利位(1832年)の『雪華図説』の図のほうが正確だと思い、それを右ページに補足した。しかし土井の図は、忠実なスケッチと思われるものもあるが、図案化されたものもある。わたしは『窮理図解』の図のままのほうがよかったと思う。

文献

  • 福沢 諭吉 著, 山住 正己 編, 1991: 福沢諭吉 教育論集。岩波文庫。
  • 永田 守男, 2003: 福沢諭吉の「サイアンス」。慶應義塾大学出版会。[桜井(2005)の本の参考文献にある。わたしは読んでいない。]
  • 佐藤 文隆, 2001: 科学者の将来。 岩波書店。

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渡部 雅浩 (2018) 絵でわかる 地球温暖化

  • 渡部 雅浩, 2018: 絵でわかる 地球温暖化 (An Illustrated Guide to Global Warming)。講談社, 185 pp. ISBN 978-4-06-511946-4.

2018年6月の新刊。わたしは、9月に日本気象学会の『天気』に紹介されているのを見て存在を知り、いくつかの本屋をまわって実物を見つけた。店に出ている部数があまり多くないのかもしれない。

地球温暖化を主題としてはいるが、もっと広い範囲の気候の変化・変動も話題に含めた入門書。第3章では地球史の中の気候の変遷、第6章では年々変動や十年規模の変動もあつかっている。図解((株)アート工房による)がくふうされているが、ページ数のわりに話題の数が多いので、それぞれの話題の説明に不足を感じる読者もいるだろうと思う。文献リストは巻末にあるが、著者が参考にした文献をならべたものである。もう少しくわしく知りたい読者への文献案内があるともっとよいと思った。

第1章で説明された著者の用語では、「気候」は30年程度の平均状態、「気象」は気候のまわりのゆらぎとされている。また、30年程度の平均状態が変わることのうちで、「気候変動」は気候システム内部に原因のあるゆらぎ、「気候変化」は気候システムの外側(大気組成、火山噴火、太陽活動など)の変化によって生じるもの、と区別している。IPCCのclimate changeを「気候変動」とするのは定訳になっていて変えるのはむずかしいが、著者のたちばで科学用語としてすじをとおすならばそれは「気候変化」というべきものごとなのだ。

【ここから、2018-10-26 追加】

1.3-1.4節を読むと、地球温暖化を、「(世界平均、年平均の)「地表気温」(こう表現している)の上昇」として導入しているように見える。しかし、そのまえの1.2節で、「地球温暖化」は、上に紹介したように区別された「気候変化」のうちで、「人間活動によって大気中の二酸化炭素濃度が増えることで生じる」ものだとして導入されているのだ。

2000年代に「地表気温」の上昇がにぶったので「地球温暖化はとまった」という議論が はやった。著者は、地球温暖化のしくみは継続しているという認識のもとに、地表気温の上昇がにぶったしくみを研究した人でもあるのだ。それは本書では第6章のコラム「地球温暖化の「停滞」」で紹介されている。その文中には「温暖化のハイエイタス (global warming hiatus)」という表現もある。地表気温の上昇がにぶった原因については、気候の内部変動、特に、太平洋数十年振動(「PDO」とする人が多いが本書での略称は「IPO」)が温暖化の傾向を打ち消す方向に(たまたま)働いていた、と説明されている。

第2章では、気候システムの考えかたについて、「エネルギー平衡」【熱力学的平衡ではなく、エネルギーの正味の出入りがゼロであること】からはじめて、「温室効果」、フィードバック、「平衡応答と過渡応答」などの概念を示す。フィードバックとしては、熱放射射出による負のフィードバック(「プランクフィードバック」と表現している)、氷-アルベドフィードバック、水蒸気フィードバック、雲のフィードバックをあげている。

第4章のはじめでは、地球温暖化が認識された歴史を1960年代にさかのぼり、1958年から継続された観測で大気中の二酸化炭素濃度がふえていることがわかったこと、そして真鍋淑郎博士の「放射対流平衡」の研究(とくにManabe & Wetherald 1967の論文)で、二酸化炭素濃度がふえれば対流圏の気温が上がる(成層圏の気温は下がる)という見とおしが得られたことを述べている。【こちらのほうが、「地表気温」が上昇しているという事実が認識されるよりも、だいぶまえのことなのだ。】

それから、だいたいIPCCの最近の議論(2013年に出た第5次評価報告書の第1部会の部など) および、日本での研究成果(気象庁の「気候変動監視レポート2016」など)にそって、第4章の続きで20世紀におきたこと、第5章で21世紀におきると予想されていることを述べている。

第3章は「地球史のなかの気候変化」で、46億年の地球史から話をはじめているが、重点は第四紀の氷期サイクルと、そのうち氷期におきた急激な変動(「D-O振動」)にあるようだ。第3章のコラムではAnthropocene (「人新世」としている) という新語にもふれ、これを地質年代名とするかどうか検討されていることも伝えている。

第6章は、著者が(「気候変化」と区別して)「気候変動」とする、ENSO (エルニーニョ-南方振動)などの年々変動や、大西洋数十年変動(AMV)、太平洋数十年変動などの数十年規模変動を、気候システムの内部で(外からの強制がなくても)おこる自然変動として、あつかっている。ただし、AMVが太陽放射をさえぎるエーロゾルによって強制されているという説にも、未解決の問題としてふれている。また、著者の分類では「気象」にふくまれる、数十日の時間規模でおこる現象として、北極振動、(「PNAパターン」などの)テレコネクション、Madden-Julian振動などにもふれている。

第7章は、地球温暖化と「異常気象」あるいは「極端気象現象」との関係の話。温暖化が進むと、「異常な」(これまでの出現頻度が低い) 高温や大雨の確率がふえるという見とおしがある。(そこから逆に、実際に起こった異常天候の事件の原因に温暖化がどれだけ寄与しているかという研究(event attribution)もなされていることが、コラムで紹介されている。)

第8章は、人間社会にとっての地球温暖化の重要性についての著者の考え。著者は、温暖化のリスクを理解して政策に反映させることを期待しているのだが、「温暖化は脅威だ」というセンセーショナルな議論には賛同しない。温暖化問題の時間スケールを忘れないことが重要だという。(次の世代への責任という意味で、放射性廃棄物や国の債務と似たところがある、とも言っている。)

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長谷川 直子 編 (2018) 今こそ学ぼう 地理の基本

  • 長谷川 直子 編, 2018: 今こそ学ぼう 地理の基本。山川出版社, 169 pp. ISBN 978-4-634-59201-8.

2018年8月の新刊。

高校の学習指導要領が2018年3月に改訂され、2022年度から「地理総合」が必修になる予定だ。指導要領の「地理総合」のところを、わたしが案の段階で読んでわかったことは、[別ブログ2018-02-15の記事]に書いた。知識を教えるというよりも、地図や地理情報を使って問題解決ができる能力を育てたいのだという趣旨はわかる。「国際理解」や「防災」などの目的に役だてたいということもわかる。しかし、操作できるようになってほしい地理学的概念について、学習指導要領に出てくることばは「地理的環境」など、あまりに一般的なものしかない。たてまえとしては、中学の社会科で地理の基礎概念は習っているので高校ではそれを組み合わせればいいはずだ、ということかもしれないが(本書第1章の議論のありうる解釈のひとつではあると思うが)、現実には基礎知識を教える必要があるだろう。それは現場ごとに考えればよいという考えも、教科書執筆者にまかせればよいという考えもあるかもしれないが、わたしは、ある程度の共通認識をめざした議論があるべきだと思う。

「地理総合」に関する本はこれまでなかったが、碓井 編 (2018)の本が出たそうだ。出版社ウェブサイトで目次を見たかぎりでは、教える態度に重点があって、問題解決の実例はあるのかもしれないが、基礎知識の内容には重点がおかれていないようだ。

それで、本書に期待した。本書の議論は必ずしも高校教育に限定したものではないが、「地理総合」を意識していることはたしかだ。

全部で6章のうち、第1章は地理教育を専門とする大学教員の井田 仁康[よしやす]さん、第6章は予備校教師の宮路 秀作さんが、地理の教育・学習はどんなことをめざすのかを論じている。

第4章・第5章は、手段としての地図と地理情報についての基礎知識と使いはじめるための手がかりを、もと高校教諭で現在は日本地図センターの田代 博さん、国土地理院の宇根 寛[ひろし]さん、NPO伊能社中の田村 賢哉さんが分担執筆している。地図や地理情報を提供する側からのプロダクト紹介がおもになっていると思う。使う側の観点がもっとほしいと思ったが、単なる経験談ではつまらないし、広く参考になる内容にするためにはかなりてまをかける必要がありその時間をとれる人は得がたいだろう。これから継続的に経験交流の場をもつべきなのかもしれない。

地理の内容にかかわるところは、自然環境に関する第2章と、自然環境と人間生活とのかかわりに関する第3章だ。いずれも、気候と水文(湖沼)を専門としてきた長谷川さんと、地形・地質を専門としてきた目代[もくだい] 邦康さんが、各章の序論だけ共同、あとは分担執筆で書いている。ここに人文地理を専門とする人がはいっていないのが、よくも悪くもこの本の特徴なのだと思う。

第2章のうち第10節「気候変動と地形」が、ほぼ地形の観点だけになり、気候の寒暖の変化と、氷と海水とあいだの質量分配の変化との関連が、しっかり説明せずに当然の前提のようにされているのは、ちょっと残念に思った。

気候の部分(11-19節)のうち2番めの第12節以後の節の内容は、地球の放射収支から始まり、緯度帯間や海陸間の熱的コントラストとそれによっておこる大気の循環を論じている。地理というよりも理科の地学の気象の内容と感じる人が多いと思う。しかし、わたしは、[別ブログ2018-02-17の記事]にも書いたように、気候の基本の題材構成はこれでよいと思う。

ただし、気候の最初の第11節に気候区分を持ってきて、世界地図でケッペンの気候区分を示しながら、それぞれの区分の意味を説明していないのは残念に思った。わたしは、ケッペンの気候区分を出すならば、A-Eの大分類だけにして、それはしっかり説明するのがよかったと思う([別ブログ2018-05-31の記事]参照)。それよりもむしろ、ここでは世界の植生の型(生態学でいう バイオーム biome)の分布を示し、それが大まかには気候によって制約されていることを説明したうえで、第12節以後の緯度帯や海陸分布に伴う寒暖・乾湿の特徴が出てきたところで、それによって植生が制約されていることも説明するのがよいと思う。

大気の大循環については、第15節にハドレーが1735年に論じたことの模式図(ハドレー自身の図ではないが)、第19節にフェレル循環と極循環も含む模式図があるのだが、図にある要素の説明が本文には必ずしもない(第15節の本文と第19節の図が対応するところもあるのだが対応がわかりにくい)。地理の授業で参照される地図帳の図が授業で説明されない項目も含むのは当然のことなのだが、本書の図の場合は、本文で説明する項目にしぼったうえで、もっとくわしく知りたい人のためには参考文献を紹介したほうがよかったと思う。なお第19節の図中「赤道低帯」とあるのは「赤道低圧帯」だ。

第3章の自然環境と人間生活の関係は、おもに地形や気候や水文環境、そしてそれがもたらす自然災害が、人の住む集落の分布や建物の形、また農林水産業に影響(制約)を与えている、という話になっている。尾形・長谷川(2018)の「ご当地グルメ」の話も出てくるが、一般化すれば、特産物の成立には、一方で、その産地の地形や気候などの条件がそれの生産に適していること、他方で、広域にその産物に対する需要があって輸送手段があること、という、複数の空間スケールでの地理的条件がある、ということになるのだろう。化石燃料を含む地下資源のこと、そして持続可能性という課題について(一般論だけだが)ふれた節もある。これは「自然環境と人間生活の関係」について何を教えるかについての、自然環境の専門家側からの提起なので、人間生活の専門家はどう応じるだろうか。

文献

  • 尾形 希莉子, 長谷川 直子, 2018: (地理女子が教える) ご当地グルメの地理学。ベレ出版。
  • 碓井 照子 編, 2018: 「地理総合」ではじまる地理教育 — 持続可能な社会づくりをめざして。古今書院。[わたしはまだ読んでいない。]

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保坂 直紀 (2015) 謎解き 津波と波浪の物理

  • 保坂 直紀, 2015: 謎解き 津波と波浪の物理 — 波長と水深のふしぎな関係 (ブルーバックス B1924)。講談社, 222 pp. ISBN 978-4-06-257924-7.

2015年7月に出た本。わたしは出てすぐに買って、なにが話題かだけは見たのだが、とおして読むのは2018年8月になってしまった。

同じシリーズで2003年に出た謎解き・海洋と大気の物理 [読書ノート]の著者による、海洋の物理ではあるのだがその本には書ききれなかった話題についての解説書だ。

あとがきによれば、著者は新聞記者として2011年の津波を報道したときに、津波の科学について本を書きたいと思ったが、新聞社にいるあいだはその時間をとれなかった。2013年に新聞社を退職し、東京大学の海洋アライアンスで仕事をしながら本書を書いた。(2018年 現在はそこも離れている。)

本書は、水面にできる波について、風によっておこされる波と、地震によっておこされる津波の両方にわたって、解説している。

本書の図には、著者がつくった動画がある。まえがきにあるURLではなく、http://bluebacks.kodansha.co.jp/books/9784062579247/appendix/にある。

本書は大きく4章にわかれている。第1章では、風による波と津波がどんなものか概説している。第2章の前半では、音波なども含めた波動現象に共通のとらえかたを紹介している。後半では、水面の波がどのようなしくみで波となっているか、そして、その理屈を考えるために使われる単純化を紹介している。第3章の前半では、水面の波を、波長と水深との関係によって大きく分類する。後半では、そのうちの「深水波」という類として、風による波の特徴を説明する。第4章では、もうひとつの「長波」という類として、津波の特徴を説明する。ただし、第4章の終わりのあたりでは、海岸に近づくと、風による波も津波も特徴が変化することについて述べている。

話題の順序は、著者が予備知識をもたない読者を想定してくふうしたのだと思うが、ここでは、わたしが重要だと思う論点を、わたしにとってわかりやすい順序にならべかえて紹介する。

波動現象をあつかう場合は、波がいろいろな波長の成分からなっているとき、波のふるまいはそれぞれの成分が独立して動く結果のたしざんで表現できると考えることがおおい。本書の大部分の議論ではこれを仮定しており、この仮定がなりたたない状況が出てくるところはそのことを注意している。波の振幅が微小ならばこの かさねあわせの仮定が使えるが、振幅が大きくなるとはずれてくるのだ。

また、水面の波をあつかう際には、摩擦がない、また、水がちぢまない(密度が変わらない)という仮定をおく。

水面の波の復元力としては、重力と表面張力がある。波長が cm程度 (ある理論によれば 1.7 cm)よりも短い場合には表面張力が主、長い場合には重力が主となる。表面張力を復元力とする波は波長が短いほど速く伝わるので、「ほぼ止まっている波」は見られない。本書であつかう波のほとんどは重力を復元力とする波だ。

波動現象では、波は伝わっていくが、媒質の各部分は「その場で」行ったり来たりするだけだ。媒質の各部分の運動が波のつたわるのと同じ方向の場合が「縦波」で、それと直交する方向の場合が「横波」だ。音波は縦波だ。水面の波は単純な縦波でも横波でもなく、水の各部分は、波の進行方向と、それに直交する鉛直方向との面内で円あるいは楕円の運動をする。

波長が水深にくらべてじゅうぶん短い(2倍以下の)場合が「深水波」で、水面の波は海底を「感じない」とみなせる。波長が水深にくらべてじゅうぶん長い(25倍以上の)場合が「長波」で、水の各部分の動きは、深さによらず、進行方向の前後の往復運動となる。中間が「浅水波」だ。このうちでは浅水波の方程式がいちばん一般的だが、ときにくい。【わたしは、浅水波の式のまま数値計算をすることを学んだ。本書第2章の終わりでいう「天気予報が採用している戦略」だ。その反面、深水波や長波については初歩を学んだだけで、本書で述べられている特徴を理解しないうちに離れてしまっていた。】

風による波は、風がふいているところでつくられつつある「風波」[かぜなみ、かざなみ、ふうは]と、そこからひろがっていく「うねり」とがある。

そのうちでは波長が長い うねり でも、波長は100 mのけたなので、沿岸以外では深水波とみてよい。深水波の速さ(波の峰や谷がそれぞれ伝わる速さ、専門用語では「位相速度」)は、波長によってちがい、波長が長いほうが速い。そこで、複数の波長の成分からなる波の群れの形は伝わるにつれて変わっていく。この性質を「分散性がある」という。波の群れの振幅が大きい部分が伝わっていく速さ(「群速度」)は、位相速度とちがう。深水波の場合は、群速度は位相速度の半分だ。

海岸に近づくと、水深が浅いので、うねりは深水波でなくなり、次に述べる長波と同様に、水深が浅いほど遅く伝わる。したがって、波は屈折する。まっすぐな海岸で波が正面から押し寄せてくるのも、岬の突端で波高が高くなりやすいのも、その結果だ。

また、微小振幅が成り立たなくなり、波にともなって水が正味で移動するので、それの帰りである「離岸流」という流れが生じる。海水浴場での事故の原因になりやすい現象だ。

なお、天気予報でいう「波の高さ」は、専門用語では「有義波高」といい、一定時間【たとえば20分間】にくる波の高さの統計をとって、上位3分の1の平均をさしている。これは波の観測に慣れている人の感覚にあわせたものだ。波全部の平均値よりは大きいが、最高値よりは小さいことに注意しよう。

津波は、地震にともなって海底が急に変形し、それにともなって海面が押し上げられることによって起こる。変形の空間スケールは 100 km程度で、水深よりも大きい。それによって起こる波は、長波となる。水は海面から海底までいっせいに前後に動く。長波の速さは、水深と重力加速度の積の平方根であり、波長によらない (分散性がない)。

海岸に近づくと、水深がしだいに浅くなるので、ひとまず長波と微小振幅の仮定のもとで考えると、波長が短くなり、振幅が大きくなる。津波の波高は外洋よりも沿岸で高くなるのだ。そして、波高が水深に対して無視できず、微小振幅でなくなる。その結果、波の形は、前面が切りたったものになる。

津波が海岸に達したときに起きる現象として、湾の固有振動との共振、「エッジ波」、「ソリトン」なども紹介されている。

折り返しのあとにくわしい目次をつける。
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Mark Denny (2017 / 保坂 直紀 訳 2018) 気象と気候のとらえ方 [Making Sense of Weather and Climate]

  • Mark Denny, 2017: Making Sense of Weather and Climate: The Science Behind the Forecasts. Columbia University Press.
  • Mark Denny 著, 保坂 直紀 訳, 2018: 気象と気候のとらえ方 — きまぐれな大気の物理を読み解く。丸善出版, 322 pp. ISBN 978-4-621-30320-7. [わたしはこの版を読んだ。]

日本語版は2018年7月の新刊。英語版は前の年に出ていたのだが、わたしは気づかなかった。

訳者まえがきにあるように、気象の入門書はたくさんあるが、数式を使って気象の物理に踏みこむものと、理屈をとばして結論的な知識だけを列挙したものが多い。本書はその中間で、数式は使わないが、読者が気象のしくみを理解できることをめざした本だ。(ただし、物理・化学の基礎から説明するほどの紙面はないから、とくに第8章のはじめのほうではいくつかの基礎的なことがらを「証明なしに納得してほしい」として持ちこんでいる。このような理屈の飛躍を意識しているところが本書の著者の特徴なのだと思う。)

気象と気候にわたる本は気象の話からはじめることが多いと思うが、本書は気候、ただし地球全体をひとまとめに見た巨視的な気候からはじめている。日本の高校の現行および次期の「地学基礎」の話題のたてかたに近いと思う。わたしの気候システム論(大学の科目名ではなく自分でつけた表現)の話題とも近い。わたしの授業で教科書としようと思うといろいろ不満が出てくるのだが、学生にあらかじめこの本を読んでもらってわたしが質問に答えたり補足したりするという形の授業は可能かもしれない。北アメリカの読者向けにかかれた本だから、日本で授業するならば日本の季節ごとの天気の特徴を補足する必要はある。

全部で10章からなる。

第4章までが巨視的な気候の話だ。

第1章は光や赤外線を含む電磁波の放射によるエネルギー伝達の基礎。第2章でそれを地球に適用する。太陽から地球に届く放射エネルギーは、緯度・季節・一日のうちの時刻によって変わる。そしてそれを吸収するか反射するかの割合は地表面と雲の状態によって変わる。ここで、太陽から地球に届く放射の量が万年の時間スケールで変化する、いわゆるミランコビッチ・サイクルの話が簡単にはいる。水循環の話も簡単にはいる。それから第2章の残りで海洋の循環、第3章で大気の放射散乱・吸収・射出(の現状)と大気の大循環を概観する。大循環ではハドレー循環のほかにフェレル循環と極循環にもふれているが、温帯の循環の特徴の説明はむしろジェット気流に注目したものになっている。

第4章では、まず、温室効果のしくみを空間0次元のエネルギー収支モデルを使っていくらか定量的に論じる。また、雪氷アルベドフィードバックがあるために気候が多重平衡や履歴現象をもちうることを南北1次元モデルを使って論じる。火山噴火の影響の話もあるが、短い文章のうちに地球史上のむかしのことや最近のことを行き来している。そして、気候モデル(天気の数値予報モデルもほぼ同じ)と、それによる過去の気候の再現や、未来の気候の予測型シミュレーションの話がある。(気候モデルの中のプロセスの説明がほとんどないのは、気象の話がまだだから、やむをえないだろう。)

第5章は、気象の観測データが、どのように観測、通信、保存されているかという話だ。観測のうちわけは、観測機器がどこに置かれるかで、地上、海、上空、人工衛星と分けている。たとえば、地上におかれたレーダーから電波を出して上空の雨粒の情報を得るのは「地上」のグループにはいっている。気象データは気候の目的にも使われるが、その場合に要求される観測データの品質は天気予報の場合とはちがってくるという件にも少しだがふれている。

第6章は統計の話と(応用数学用語としての)「カオス」の話。これをいっしょにしたのは、天気予報について、決定論的な予測には限界があるが、確率的な予測ならばもうすこしさきに進める、という話につながるからだ。

第7章は雲と降水(雨や雪)の話。放射収支に対する雲の役割からはじまり、雲粒ができること(ここの説明は簡単すぎると思うが)、雲の分類、霧、降水、激しい雷雨の話が続く。

第8章は「天気のしくみ」。大気にはどんな力がはたらいているか。気温の鉛直分布が対流に対して安定か不安定か。ただし対流には水の凝結がおこる場合とおこらない場合がある。渦については「角運動量の保存」をおさえたうえで、竜巻と台風を見ていく。それから温帯低気圧の話になるのだが、温帯低気圧という概念を説明しないでその内部構造である前線の話になってしまう。

第9章は「極端な気象」。災害をもたらす原因になりそうな気象現象をとりあげる。高温(熱波)、干ばつ、低温(寒波)、洪水、暴風雨、強風。そして、地球温暖化のせいで極端現象がふえているかどうかの「アトリビューション」という考えかたに簡単にふれている。

第10章はおもに、いまどきの天気予報がどのような技術をつかっておこなわれているか、どんな表現がくふうされているか、という話。そのあと最後に、気象や気候を改変する技術の話。気象改変としては人工降雨を紹介し、それは「いずれ降ってくる雨のタイミングをすこし早めているにすぎない」という批判にもふれている。気候改変の話は簡単だが、長期的影響が見通せないという心配をも伝えている。

訳語は、訳者が海洋物理学を専攻した人なので当然ながら、よく選ばれている。

ただし、第4章、84ページの「背面放射」は奇妙な気がした。英語のback radiationの訳にちがいないのだが、このbackは背面というよりも、地表からの上向き放射に対する「帰り」だと思う。ただし日本語の定訳は思いあたらない。「下向き放射」か「大気放射」のような表現をしていると思う。

ボックス8.3、194-195ページと本文196ページの「シヌーク」は、「フェーン」と同じ現象のアメリカでの呼びかたとされているので、(これでいけないわけではないが)本書の翻訳方針ならば「フェーン」にしたほうがよいと思った。巻末の用語集には「フェーン」のほうの項目がたてられている。

これは技術の件だが、ボックス10.1、254ページの「天気予報相互表示システム」は変だ。参考文献のRuth (2002)の表題になっているInteractive Forecast Preparation ならば、「対話型天気予報材料作成(システム)」といったところだと思う。(ただし、この「対話」は人間と機械の相互作用。)

参考文献は、専門の論文からしろうと向けの解説までさまざまだ。本書の文献リストは英語版のままだが、ここにわたしが気づいた範囲で日本語版のある本の情報をあげておく。(ただし、わたしの判断として、Dyerの本、Hansenの本は初学者にはお勧めしない。)

また、わたしが英語の本を読んだ読書メモをあげておく。

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