気象学
気象学（きしょうがく、meteorology）は、気象に関する学問。すなわち、地球内または惑星内の大気中における個々の流体現象を研究する自然科学の一分野であり、現代では大気科学（atmospheric science）といわれることもある。地球物理学の一分野とされることもある。
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[編集] 気象学の歴史
気象は生活との関わりが深い現象であり、気象の研究は古代文明より行われてきた。よく知られているものとして、古代ギリシャのアリストテレス（前384 – 322）の著書『Meteorologica（気象学）』があり、この中で気象や彗星・流星などを研究する学問をMeteorologicaとしており、四大元素説に基づいて風や雨の仕組みを論じている。一方、古代中国においても『淮南子』において陰陽説に基づく雷の原理が論じられている。しかし、この頃の気象の予測の根拠は経験則などを基にした観天望気であり、科学的な観測はまだほとんど行われなかった。
科学的な観測が始まったのは近代科学が発達し始めた近世ヨーロッパである。17世紀にはトリチェリが制作した気圧計によって気圧変化と天候の変化の関連性が発見され、ガリレオ・ガリレイが発明したとされる温度計もこの頃改良され実用化した。このような測定器の発明によって科学的な気象観測が始まり、近代気象学も発達し始める。ハレーは1686年、航海記録から風の地図を作成して貿易風と季節風にあたる風を発見した。ハドレー(英語)は1735年に、貿易風は熱帯が太陽の熱を多く受けることと地球の自転の力によって生じるとの説を発表し、これが後のハドレー循環の発見につながる。
19世紀には科学的な天気予報が成立する。1820年にブランデス(英語)が初めて天気図を作り気圧配置と天気の関係を明らかにした。1837年に実用化された電信によって、気象観測データを瞬時に集めることが技術的に可能になる[1]。ただこれはなかなか実現せず、1845年に初めてジョセフ・ヘンリーの主導でスミソニアン協会が運営するアメリカの気象観測網ができた。1854年にはイギリス商務省の中にロバート・フィッツロイを長とする海の気象観測を担当する組織が発足し、同年にイギリス気象庁として分立される（世界初の国家気象機関）。1860年には、タイムズ紙面上に毎日の天気予報が掲載され、暴風が予想されるときは港に警報を出して出港を制限するようになった。1863年には、ルヴェリエがパリ天文台においてヨーロッパの毎日の天気図の発行を始め、彼の進言によって天気図を用いた天気予報（現在で言う総観スケールの予報）が検討され始める。その後インド（1875年）[2]、フィンランド（1881年）[3]、日本（1883年）[4]、アメリカ（1890年）、オーストラリア（1904年）[5][6]など各国で気象機関が設立される。
この頃にも気象学は発展を続けていく。1835年コリオリは回転座標系における回転体の運動方程式、つまり自転している地球上での風の運動を記述する方程式を発表する[7]。19世紀後半には、気圧傾度力とコリオリの力によって風が等圧線に沿って吹くことが理論的に証明される。1920年頃には、ヴィルヘルム・ビヤークネスらの研究グループによってノルウェー学派モデルが提唱され、寒帯前線と絡めた気団論、温帯低気圧や前線の発達過程が初めて示された[8]。また同研究グループのロスビーは後に大気波の一種であるロスビー波を発見するなど流体力学で業績を残し、ベルシェロン(英語)は1933年に雨の発生原理の1つである「氷晶説（現在の「冷たい雨」の原理）」を発表するなどしている。
1922年、リチャードソンは著書の中で数学的に天候の変化をすることは可能だと述べ、実際に計算を行ったが膨大な量と精度の問題から実用には程遠いものであった。1949年にチャーニーは数値予報に初めて成功し、1950年代にはコンピュータによって単純なモデルで大気の物理現象を計算することが可能となり、様々なシミュレーションが試みられるようになった[9]。その中でローレンツは計算結果のカオス的振る舞い（バタフライ効果）を発見し、後のアンサンブル予報と呼ばれる不確実性を少なくする予報手法へとつながっていく[10][11]。1955年にアメリカ国立気象局、1959年に気象庁が数値予報を導入したが、スピードや精度はまだ低かった[12]。これ以降もコンピュータの発達によって計算量・スピードは改善していった。
[編集] 日本の気象学の歴史
日本には自然観察に基づく経験則によって生み出された農事暦などは存在したが、体系的な気象学が入ってくるのは、江戸時代後期以後である。とはいえ、全くそれ以前に気象学が無かったわけではなく、アリストテレスの気象学は部分的ながら戦国時代に宣教師を通じて流入していた。山鹿素行は風が地表を移動する空気の流れである事には気づいていた。これは西洋で気象学が盛んになる前の発見であったが、彼の関心は軍学の一環としての物であり、独自の学問としては発達しなかった。蘭学の流入以後わずかながら気象の動きに抱く人も出てきて、柳沢信鴻や司馬江漢のように気象の状況について詳細な記録を残す人も登場した。土井利位が自ら顕微鏡で観察した雪の結晶についての研究書である『雪華図説』は良く知られている。
天保年間以後江戸幕府天文方で気象観測が行われるようになり、安政4年には伊藤慎蔵によって本格的な気象書の翻訳である『颶風新話』が刊行された。なお、meteorologyを「気象学」と訳した最初の文献は明治6年の『英和字彙』である。2年後、東京気象台が設置され、明治17年には天気予報が開始、明治20年には中央気象台が発足されるとともに気象台測候所条例が制定され、日本の気象学が本格的に勃興することになる。
ヨーロッパ、アメリカなどの先進国の気象学と日本の気象学は、異なる発達過程を経てきている。これは地理的に離れていることで学者の交流が少ないことに加えて、台風や梅雨、日本海側の大雪などの独特の気象によって研究対象が違ったことが要因である。
[編集] 現在の気象学・気象業務
現代気象学の基礎は地道な観測によって作られた。19世紀中盤に計器による定点気象観測が始まって以来、1世紀以上の間人の手による観測が続けられていたが、20世紀後半に自動観測（テレメータによる測定）が普及して観測が容易になった。海洋では気象観測船が海洋気象ブイに取って代わり、上空ではまず気象レーダー、その後1970年代・1980年代から気象衛星によって雲や降水のリアルタイム観測が可能となり、現在の気象予報に不可欠なものとして活用されている。
こうした観測技術の発達による既知の現象の解明や新たな発見によって、気象学は現在も発達し続けており、様々な分野が生まれてきている。特に、熱帯低気圧や竜巻、寒波、熱波、旱魃などの災害をもたらすような気象や、エルニーニョ・南方振動(ENSO)などの気候パターンに対しては関心が高く、活発な研究が行われている。また、オゾンホール、大気汚染や気候変動（地球温暖化）などの地球環境問題も気象学に関係が深く、多くの気象学者が研究に携わっている。
一方で、気象を扱う業務（気象業務）のうち天気予報などは日常の一部となっていて、研究機関のみが扱うのではなく民間でも行うことができ（アメリカ、日本など）、各国でその形態は異なるものの、気象産業と呼ばれるものが出現している[13]。また、開発途上で今後の普及が予想されるスマートグリッドや再生可能エネルギー導入・省エネルギーに関して、発電量予測や需要予測などに関わる気象予報のニーズは高いと見込まれている[14]。
気象学の研究の中では、人工降雨などの気象制御の試みも行われてきた。究極的には、気象を制御して災害を低減することが考えられるが、技術的な問題から大規模な実用化はされていない。また、倫理的な問題や、果たして複雑な気象システムを制御できるのかという問題も横たわっている。
[編集] 気象学の分野
気象学には、さまざまな分野がある。
スケールごとに分化したものでは、
研究対象ごとに分化したものでは、
- 大気力学（気象力学） - 大気中の様々な力学的現象を流体力学の法則に基づいて研究する
- 大気電気学（気象電気学） - 大気中に起きる様々な電気現象及び光電現象を研究する
- 大気物理学（気象物理学） - 大気中の凝結・降水・放射等の物理過程を研究する
- 気象化学 - 化学に基づいて大気現象及びその性質を研究する
- 水文気象学 - 大気中の水文学的現象を研究する
- 海洋気象学 - 海洋付近の大気の諸現象や、大気海洋相互作用を研究する
- 境界層気象学 - 地上から約 1 km までの大気境界層（地表による摩擦の影響が大きい大気層）における諸現象を研究する
- 高層気象学 - 高層大気の諸現象を研究する。高層観測が主流でなかった20世紀初頭までは独立した分野だったが、高層観測が一般化してからはその意義を失い一般的な気象学と融合していった分野。
- 衛星気象学 - 衛星によるリモートセンシング技術を駆使して大気の諸現象を研究する
- 生気象学 - 気象が人間や生物に与える影響を研究する
実務に特化したものでは、
気象を長期的な傾向から、あるいは地理学的観点から研究する気候学は、気象学の一分野とされる場合もあるが、並列する学問とされる場合もある。
気象学と気候学は突き詰めると、研究対象は同じ「大気中の諸現象」として一括りにできる。そのため、これらをまとめて大気科学と呼び、自然科学あるいは地球科学の中の一分野と考えることがある。
[編集] 気象現象のスケール
一般的に気象現象の規模を分類するときには、オーランスキー(Isidoro Orlanski)が考案したものを一部修正したものを用いることが多い。
| スケール名 | 水平規模km(m) | 現象例 | ||
|---|---|---|---|---|
| マクロスケール（大規模） | マクロαスケール | 惑星スケール | 10000km以上 | 超長波、プラネタリー波、巨大高気圧 |
| マクロβスケール | 総観スケール | 2000～10000km | 傾圧不安定波、温帯低気圧、高気圧 | |
| メソスケール（中規模） | メソαスケール | 1000～2000km | 前線、台風 | |
| 200～1000km | ||||
| メソβスケール | 20～200km | スーパーセル、集中豪雨、海陸風 | ||
| メソγスケール | 2～20km | 晴天乱気流、積乱雲、ダウンバースト | ||
| マイクロスケール（小規模） | マイクロαスケール | 0.2～2km(200～2000m) | 積乱雲 | |
| マイクロβスケール | 0.02～0.2km(20～200m) | 竜巻、塵旋風 | ||
| マイクロγスケール | 0.002～0.02km(2～20m) | |||
個々のさまざまな気象現象については「気象」を参照
[編集] 関連項目
[編集] 参考文献
- 9－1.スケールの分類 タマの気象学
- 科学の歩みところどころ 第24回 天気現象研究の足跡 鈴木善次
- 気象学 Yahoo!百科事典（日本大百科全書）
[編集] 脚注
- ^ Library of Congress. The Invention of the Telegraph. Retrieved on 2009-01-01.
- ^ India Meteorological Department Establishment of IMD. Retrieved on 2009-01-01.
- ^ Finnish Meteorological Institute. History of Finnish Meteorological Institute. Retrieved on 2009-01-01.
- ^ Japan Meteorological Agency. History. Retrieved on 2006-10-22.
- ^ “BOM celebrates 100 years”. Australian Broadcasting Corporation. 2008年1月1日閲覧。
- ^ “Collections in Perth: 20. Meteorology”. National Archives of Australia. 2008年5月24日閲覧。
- ^ G-G Coriolis (1835). “Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps”. J. De l'Ecole royale polytechnique 15: 144–154.
- ^ Shaye Johnson. The Norwegian Cyclone Model. Retrieved on 2006-10-11.
- ^ Cox, John D. (2002). Storm Watchers. John Wiley & Sons, Inc., p. 208.
- ^ Edward N. Lorenz, "Deterministic non-periodic flow", Journal of the Atmospheric Sciences, vol. 20, pages 130–141 (1963).
- ^ Manousos, Peter (2006年7月19日). “Ensemble Prediction Systems”. Hydrometeorological Prediction Center. 2010年12月31日閲覧。
- ^ ５０年目を迎えた気象庁の数値予報 気象業務支援センター、2011年9月1日閲覧
- ^ 気象産業の形成と展望－日本・アメリカの気象業界の実態と気象情報市場の推移－ 斎藤弘幸、北海道大学。
- ^ WeatherBug Eyes the Smart Grid BuzzKatie Fehrenbacher, 2010年2月10日、GIGAOM（日本語部分訳：スマートグリッド構成要素としての「天気予報」 小林啓倫、ITmediaオルタナティブブログ）
[編集] 外部リンク
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