\footnotetext[11]
{地学\yen ENSOISV\yen CHO11.TEX}


\underline{\large{\bf 気候系\ }}\footnotemark[11]
\vspace{5mm}
  
  地球全体の表層部分を構成し, 生命活動の場を提供している部分のことを,
  気候系という.
  
  気候系は, その状態あるいは運動が, 主として, 太陽からの日射によって
  維持または駆動されている部分でもある.
  
  気候系は, 物理的な記述の便宜から, 
  大気, 海洋, そして, 地表面系という3つの部分系に分けることができる.
  
  \begin{itemize}
  \item 大気を真面目に定義することは以外と難しいけれども, 
        経験的には自明な対象である.
        大気の状態とその運動は,
        温度, 圧力, 湿度, 風速によってほぼ流体力学的に記述される.
  \item 海洋を真面目に定義することも以外と難しいけれども, 
        これまた経験的には自明な対象である.
        海洋の状態とその運動は, 
        温度, 塩分濃度, 流速によってほぼ流体力学的に記述される.
  \item 地表面を定義することは, 以外と簡単である.
        気候系の大気-海洋以外の部分ということになるからである.
        そこには, 雪氷, 河川などの陸水系, 生物系, などが含まれる.
        これらの系の特色は, 
        その状態あるいは運動を記述する物理的な方程式系が自明でないことである.
        下手をすると, 何をもってその状態を記述するかさえ明瞭ではない.
  \end  {itemize}
  
  気候系を具体的にどのように部分系に分割して捉えるかについては, 
  決った方法はない.
  上のような3つの部分にしか分けないというような分け方には異論もあろう.
  何を記述したいかによって, 無限とうりの分け方がある.
  その原因は, 気候系の何に注目するべきであるかが決っていないからである.
  あるいは逆に, 何に注目するかが決らないと気候系は語れないのである
  といってもよかろう.
  
  とはいうものの, 次のような気候系の概念的模式図のレベルでは
  人々の見解にさほどの開きはない.
  \vspace{100mm}
  \begin{center}
  Back, 1984
  \end  {center}
  \vspace{5mm}
  
  
\newpage
\underline{\large{\bf 変動とは何か\ }}
\vspace{5mm}
  
  変動とは, 温度, 流速, 圧力パターンなど系を記述する適当な量が
  時間に依存することをいう.
  
  大気, 海洋, 地表面の変動は, その原因が系外にあることが自明なものと, 
  それ以外のものとに大きく分けられる.
  
  \begin{itemize}
  \item 変動を生み出す原因が自明なものとしては,
        太陽同期な部分としては, 日変化と年変化(=季節変化)とがある.
        また, 太陽と月の位置による潮汐がある.
        
        大気や海洋あるいは地表面系を駆動しているものは, 
        太陽からの熱と, 太陽-月からの潮汐力であるのだから,
        大気や海洋の状態に日変化や年変化, 潮汐周期に対応した
        周期の変動が存在することは全く不思議でない.
        
        しかし, 原因がはっきりしていることを使えば, 逆に気候系の
        ふるまいに関する情報(応答関数)を得ることは期待できる.
        
        \begin{itemize}
        \item 外力の振動数が決っているために, その整数倍の振動数の応答が
              検出されることは想像にかたくないが,
              その変化の大きさやパターンがどのようになるべきなのかは
              自明でない.
        \end  {itemize}
        
  \item 変動の原因, 特にその時間スケールの選択の原因が
        外的ではないものに関しては, 
        逆にその存在が, 大気-海洋-地表面からなる系にある構造が内在する
        ことを示唆する.
        
        変動にともなっている構造を掌握することができれば,  
        大気-海洋-地表面系にはどのような状況が発生し得るかということを
        予言する能力が高まったことになる.
        
        時間スケールの選択の原因が自明でない変動の例としては, 
        \begin{itemize}
        \item 風の脈動, 海流の短周期の変化,
        \item 高低気圧にともなう天気の変化,
        \item 季節内変動
              (\underline{i}ntra\underline{s}easonal \underline{v}ariability, 
              ISV), あるいは, 30-60日周期振動,
        \item 海洋のリングの形成,
        \item 年々変動
              (\underline{i}nter \underline{a}nual \underline{v}ariability, 
              IAV),
        \item 気候変動,
        \end  {itemize}
        などがあげられる.
        
        変動は, それを生み出している系の内在的構造が明らかになったときには,
        その構造に応じた名前を付けることができる.
        しかし, たいていは, その時間スケールによって分類され
        それによって名前が付けられたままになっている.
        その理由は, 特定の時間スケールを選択する原因が明瞭ではない
        ことによる.
        \vspace{5mm}
        
        変動を解析することによって得られた構造としては,
        流体力学的なものがよく知られている.
        \begin{itemize}
        \item 大気, 海洋の短周期変動の内の規則的なものをもたらす構造は
              内部重力波として知られている,
        \item 高低気圧にともなう天気の変化をもたらしている構造は, 
              傾圧不安定波として知られている,
        \item 海洋のリングの形成, あるいは, 
              中緯度のジェットの形を支配する構造としては,
              準地向流力学というものが考えられている.
        \item 熱帯成層圏に知られる準2年振動(QBO=\underline{q}uasi 
              \underline{b}iannual \underline{o}scillation)
        \item 中緯度のジェットの形を支配する構造としては,
              準地向流力学というものが考えられている.
        \end  {itemize}
        これらは, 比較的単純な力学的構造として記述されるものであり,
        現実はさておき, 
        その構造を定義する理想的状態が容易に構成できるものである.
        したがって, 逆に, 
        これらの理想的な状態を使って単語を定義し, 変動を再定義するのに
        使うことができる.
        \vspace{5mm}
        
        さらに, かなり流体力学的であるものとしては,
        \begin{itemize}
        \item 熱帯域で顕著な積雲対流は, 
              特徴的な時空間スケールを選択するような構造を
              持っているらしい(季節内変動?),
        \item 大気と海洋の運動が相互に影響しあっていることによる
              構造が存在するらしい(年々変動?),
        \end  {itemize}
        のようなものが考えられてはいる.
        より流体力学的ではないものとしては, 
        \begin{itemize}
        \item 土壌水分の変化と, 
              大気への熱供給量の変化ならびに土壌へのフィードバック
        \item 雪氷状態の変化と放射過程へのフィードバック
        \end  {itemize}
        しかし, このような領域では自然界からの構造の抽出が容易ではなく, 
        よほど理想的な状況を作って単語を定義しない限り,
        その単語の応用力はあまり高くない.
        \vspace{5mm}
        
  \end  {itemize}
  
  注意しなければいけないことは, 
  変動の原因が外的ではないからといって, 
  ただちに, 構造が内在することにつながるわけではないということである.
  
  系に構造がなくとも, 我々がそこに構造があるかのごとく認識してしまう,
  という可能性を否定できない.
  
  ランダムな時系列を与えたときに, それがなんらかの意味を持っているかのごとくに
  見えてしまうという可能性は常に存在するのである.
  特に, 異常気象などと称されるときには, 
  そこに構造を見いだそうとしてじたばたしてしまいがちである.
\vspace{5mm}


\newpage
\underline{\large{\bf 変動と異常気象}}
\vspace{5mm}
  
  気候系の変動が研究の対称となることの大きな動機付けの一つに,
  {\bf 異常気象の解明}, というのがある.
  \vspace{5mm}
  
  気候系においては, その変動はしばしば, 
  我々の社会に及ぼす影響でもって測られてしまう.
  
  我々の社会の構造が, 大気, 海洋, 地表面のある平均的な状況を
  前提として構築されているため,
  大気, 海洋, 地表面がその平均的な状況から大きく外れると,
  社会構造に重大な影響をもたらす.
  それを自然災害という.
  したがって, 気候系のふるまいが,
  社会への影響の大きさを尺度として測られていたとしても仕方がないことである.
  長周期変動という名前も, 実に社会の存在に依存していたわけである.
  \vspace{5mm}
  
  しかしながら, 大気, 海洋, 地表面の変動が
  自然災害をもたらすか否かは, 
  社会の状況に依存している.
  インドで大災害をもたらすモンスーン低気圧と同じ規模の台風が
  日本で同じ規模の災害をもたらすことにはならない.
  \vspace{5mm}
  
  社会の構造に依存した尺度を用いていたのでは,
  大気-海洋-地表面系に内在する構造を見失ってしまうことになる.
  あるいは逆に, 内在的な構造を持っていないにもかかわらず,
  それを追い求めることになってしまう.
  
  気候系の現象として記述されている事柄においては,
  それが社会構造に依存しているものなのか,
  それとも, 何か内在的な構造を示唆するものであるのかは,
  しっかりと区別されるべく念頭においておかなくてはならない.
  あるいは逆に, 自分が調べたいものが, 気候系の変動の社会に対する影響なのか,
  それとも, 変動の構造なのかをはっきり区別しておかなければならない.
  それが, 環境科学において注意すべき点である.
  \vspace{5mm}


\newpage
\underline{\large{\bf 長周期変動(低振動数変動, low frequency variability)\ }}
\vspace{5mm}

  {\bf 長周期変動(低振動数変動, low-frequency variability)}とは, 
  主として大気にかかわる変動のうち, 
  時間スケールが1週間以上から数年に及ぶようなものまでの総称名称である.
  すなわち, その時間スケールが中緯度における天気の変化の時間スケールに比べて
  長いけれども, しかしながら, 人間社会の変化の時間スケールに
  比べれば短いようなものをいう.
  \vspace{5mm}
  
  長周期変動の「長」の字にはあまり物理的な意味内容はない.
  単に, 気象学が中緯度における天気予報をその主要なテーマにしていたから
  という歴史的な事情の反映でしかない.
  初期の天気予報は中緯度における高低気圧の運動を予言することを目標としていた.
  そこで注目されていた時間スケールは, 
  傾圧不安定波の時間スケールであり, おおよそ数日といったところである.
  したがって, 数日を越えた時間スケールを持つ現象は「長」とみなされるのである.
  
  また, 長周期変動の時間スケールの上限に関しても, 
  これまた大した意味はない.
  人間社会が, 少なくともこれまでは, それより長い時間スケールでの現象を
  あまり真面目に考える必要がなかったということによる.
  1週間にせよ数年にせよ, 
  人間社会における, 環境予言能力の必要度の程度によって得られた
  時間スケールにすぎないということである.
  ちなみに,
  長周期変動より長い時間スケールでの変動は気候変動と呼ばれている.
  その境目は明確には定義されていない. 
  長周期変動と気候変動とを区別するしかるべき構造の違いが不明瞭であるからである.
  \vspace{5mm}
  
  気象学が対象をもっぱら中高緯度帯にしていたために, 
  長周期変動といえば, 中高緯度での気象要素の相関パターン, すなわち,
  テレコネクションパターン(例えば, Wallace and Gutzler, 1981)
  のことをさすことが多かった.
  特にその高度場の特徴を記述することにより, 
  低気圧高気圧の出現形態を予言するということがもくろまれていた.
  
  現在(1980年代)では, 長周期変動と呼ばれる変動は, 
  中高緯度帯のみならず熱帯を含めた全球規模で考えなければならず, さらにまた,
  その変動には, 大気だけではなく
  海洋の状態や地表面状態の変動までが動的に関与することがわかってきており,
  長周期変動という, 気象業界の歴史的事情にのみ依存した現象の名付け方は
  あまり芳しくはない. 
  しかし, 適当な時間スケールを抽出する他の方法もないので, 
  致し方なくこの単語を総称名称として用いることにする.
  他に代換え物のないゆえんのものは, 長周期変動と称される変動の
  実体があまり明瞭でないことと同義である.
  つまり, 
  変動を形作る大気-海洋-地表面系の構造が明瞭にならないことによっているのである.
  名前の付けようがない.
  \vspace{5mm}
  
  長周期変動には次のようなものがある.
  \begin{itemize}
  \item 中緯度での循環指数(低気圧の強度, ジェットの強さ, 位置)の年々変動.
        これらは約10年ぐらいの周期で変動しているらしい
        (参考文献未確認). 
        太陽活動の変動であるという人もいる(参考文献未確認).
  \item 同じく, 循環指数の季節内変動.
        ブロッキングなどの大気循環の形態の変化をいう.
        あるいは, teleconnectionとして知られる相関係数のパターン.
  \item 季節内変動, 特に熱帯域で顕著.
  \item 成層圏QBO
  \item エルニーニョ南方振動.
        熱帯域での大気-海洋循環の年々変動である.
  \item 黒潮の蛇行
  \item $\cdots$
  \end  {itemize}
  \vspace{5mm}
