導入
気象学の目的は、圧力、温度、湿度などの測定パラメータに従ってそれらがどのように形成され、進化するかを理解することを目的として、雲、降水量、風などの大気現象を研究することです。この言葉は古代ギリシャ語に由来しており、流星は大気中に浮遊する粒子を指し、ロゴスはスピーチや知識を意味します。
これは主に流体力学と熱力学を扱う学問ですが、物理学、化学、数学の他のさまざまな分野も利用します。気象学は元々は純粋に記述的なものでしたが、現在ではこれらの分野が応用されるようになりました。現代の気象学では、短期および長期の数学モデルに基づいて天候の推移の予測を確立することが可能です。気象学は、軍事需要、エネルギー生産、海運および陸上輸送、農業、医療、建設、航空写真、映画など、非常に多様な分野に応用されています。大気質の予測にも応用されています。
歴史的
古代
すべての文明、特に農業文明にとって、天候は常に重要な関心事でした。紀元前3000年頃。紀元前、中国人のネイ・ツィン・ソウ・ウェンは、観測や予報までを含む気象学に関する最初の著作を書きました。インドでは、モンスーン期間に降水量が初めて測定され、紀元前 400 年頃の予測が行われました。紀元前
同じ頃、紀元前350年。紀元前、気象学という用語はギリシャの哲学者アリストテレスによって、大気研究の独占的な領域ではなく、いわゆる地球科学一般を説明するために作成されました。特に水の循環について次のように説明しています。
今、太陽は、そのように動きながら、変化、生成と衰退のプロセスを開始し、その作用によって毎日最高級で最も甘い水を汲み上げ、それを蒸気に溶解し、高みに運び、そこで再び凝縮します。寒くなって土に還ります。
もう一人の哲学者テオフラストスは紀元前 300 年に出版しました。 AD 「 The Signs of the Weather 」、ヨーロッパにおける最初の天気予報の作品。
沈括(1031-1095) は中国の宋の時代に生きた学者で、特に気象学の分野で活躍しました。彼は竜巻についていくつかの記述を書き、太陽の光が当たると雨の中で太陽の影によって形成される虹が発生すると説明し、 太陽思功の理論に根拠を与えました。沈氏は、地元の製鉄産業のための森林破壊により木々がますます不足しているにもかかわらず、「石油は地球内で継続的に生産されている」と推論した。
ルネッサンス
中世はローマ帝国崩壊後の再編の時期であり、科学の観点から見ると停滞が見られました。さらに、宗教は非常に重要なものとなり、その教義には自由な思想家が入る余地はほとんど残されていませんでした。それに続くルネサンス時代は、発見と技術開発において非常に豊饒でした。発見の旅は拡大し、それに伴い気象学の必要性も高まりました。
1607 年にガリレオは温度計の祖先であるサーモスコープを製造しましたが、この発明の作者については議論があります。この器具は、アリストテレスの不変要素の 1 つ (火、水、空気、熱) であると考えられていたものを測定できるため、時間についての私たちの考え方を変えます。したがって、私たちは限られた方法で時間の変化に気づき始めます。物事を実際に定量化するには、 18世紀にダニエル・ガブリエル・ファーレンハイトとアンダース・セルシウスによって温度標準が作成されるまで待たなければなりませんでした。
1644 年、ガリレオと同時代のエヴァンジェリスタ トリチェッリは、最初の人工真空を作成し、その概念を使用して最初の気圧計を作成しました。トリチェリ管は、水銀に浸して空気を抜き、液体から完全に取り除かずに真っ直ぐに伸ばしたガラス管です。水銀はその重さによって下降し、管の頭部に真空が残りますが、管の周囲の液体を圧迫する大気と内部の真空との間の圧力差により、水銀が管から完全に外に出ることができません。チューブ内に残った高さが大気圧を示します。
トリチェリは、大気の圧力が時間の経過とともに変化することを発明によって発見しました。 1648 年、ブレーズ パスカルは高度に応じて圧力も低下することを発見し、大気圏外には真空があると推測しました。
17世紀から19世紀にかけて
1667 年、英国の科学者ロバート フックは、航海に不可欠な計器である風速を測定する風速計を製造しました。 1686 年、エドモンド ハレーは貿易風の地図を作成し、大気の変化は太陽熱によって引き起こされると推測しました。したがって、大気圧に関するパスカルの発見が裏付けられます。
1735 年、ジョージ ハドリーは貿易風を説明するために地球の自転を初めて考慮しました。彼の説明は実際の半分の強さの風を予測するという不正確なものでしたが、彼の名前は熱帯の循環にハドレー細胞として与えられました。
ベンジャミン フランクリンは、1743 年から 1784 年まで毎日天気を観察しました。彼は、気象システムが北アメリカの西から東に向かって走っていることに気づきました。彼はメキシコ湾流の最初の科学地図を発表し、雷が電気現象であることを証明し、火山の噴火と気象現象を関連付け、森林伐採が気候に及ぼす影響について推測しました。
1780 年、 オレス＝ベネディクト ド ソシュールは、空気の湿度を測定するための毛髪湿度計を製造しました。これは、大気の変数を定量化するための温度計と風速計を補完する機器です。
1802年から1803年にかけてイギリス人のルーク・ハワードは「雲の修正について」を書き、その中で私たちが現在知っている雲の名前をラテン語から付けました。 1806 年、フランシス ビューフォートは、船乗り向けの記述的なウィンド スケールを発表しました。ビューフォート スケールは、波に対する風の影響 (平らな海から泡で砕ける波まで) を結び目の強度に関連付けます。
ガスパール ギュスターヴ コリオリが1835 年に彼の名前を冠した力を数学的に記述したのは、物体系の相対運動の方程式に関する記事でした。この記事では、コリオリ力は、たとえば機械の歯車で発生する可能性がある、回転基準系に対して移動体によって感じられる遠心力の追加成分として登場します。この力は、ハドリーが 1 世紀前に予想していたように、気象システムの動きを記述する上で不可欠です。
1838 年、ウィリアム リードは、うつ病の振る舞いを説明した、物議を醸した「嵐の法則」を発表しました。彼の研究は 10 年間にわたって科学界を二分しました。 1841 年にアメリカのエリアス ルーミスが天気を説明する前線の存在を初めて示唆しましたが、ノルウェーの気象学派がこの概念を開発したのは第一次世界大戦後になってからでした。
1849 年、スミソニアン博物館はジョセフ ヘンリーの指導の下、アメリカ合衆国に気象観測所のネットワークを構築し始めました。この観察結果は、1837 年にサミュエル モースが電信機を発明したおかげで急速に広まりました。
1854 年 11 月 14 日、クリミア戦争中の黒海で激しい嵐により 41 隻のフランス船が沈没しました。この嵐は西ヨーロッパ全土を横断しましたが、誰もその危険を報告することも、警告することもできませんでした。この観測に直面して、パリ天文台所長のユルバン・ル・ベリエは、最近の電信に代表される技術革新を利用して、ヨーロッパ全土をカバーする広大な気象観測所のネットワークを構築することを決定した。このネットワークは 24 の観測所を結集し、そのうち 13 は電信で接続され、1865 年にはヨーロッパ全土に広がる 59 の天文台にまで拡張されます。
1860 年、ロバート フィッツロイ中将は電信を使用してイングランド全土から毎日の気象データを収集し、最初の総観図を作成しました。これらの地図の時間の経過に伴う変化を利用して、彼は最初の予測を作成し、1860 年にタイムズ紙に掲載し始めました。また、嵐の到来を警告するために英国の港に掲げられたコーンを使用する暗号も開発しました。
これまで述べた観測ネットワークはすべて独立したものでした。したがって、重要な気象情報は送信できませんでした。これは海上では特に重要でした。国際交流の主な推進者はアメリカ人のマシュー・フォンテーヌ・モーリー氏となる。 1853 年、10 か国の代表による最初の会議がブリュッセルで開催され、協定を正式に締結し、気象データのコーディングを標準化しました。 1873 年、気象サービスを提供する国々によって国際気象機関がウィーンに設立されました。
現代
1902 年、太陽の放射の影響を避けるために夜間に行われることが多かった 200 回以上の気球放出の後、レオン テイセランク ド ボールは対流圏界面を発見しました。彼は、地球の大気は2 つの層で構成されていると結論付け、これを対流圏と成層圏と名付けました。この慣例は今日まで続いています。リチャード・アスマンも、同年にこの主題に関する結果を独自に発表したため、成層圏の共同発見者とみなされます。
1919年、ノルウェーの気象学者は、ヴィルヘルム・ビェルクネスの指導の下、前線（温暖前線、寒冷前線、閉塞）と呼ばれる不連続なゾーンに沿って気団が集まるというアイデアを開発しました。この理論によると、4 つの気団の間には 3 つの前線ゾーンがあります。
- 北極
- 海事
- ポーラー
- トロピカル
コリオリの力、これらの概念、圧力の力を組み合わせることで、彼らは中緯度の気象システムの生成、強化、衰退を説明しました。このグループには、大規模な 大気循環を流体力学の観点から初めて説明したカール・グスタフ・ロスビー、雨の形成メカニズムを解明したトール・バージェロン、ジェイコブ・ビヤークネスが含まれていました。
この学派は世界中に広がりました。今日でも、メディアで目にする簡略化された天気の説明には、ノルウェー学派の語彙が使用されています。
気象学は実際には流体力学に関連しています (以下の気象科学のセクションを参照)。 1922 年、ルイス フライ リチャードソンは、空気の運動方程式のマイナーな項をどのように無視できるかを説明した数値プロセスによる天気予報を出版しました。この単純化により、解決が容易になります。しかし、彼のアイデアが実際に実践されるようになったのは、コンピュータの出現によってでした。
第二次世界大戦末期と 1950 年代のコンピューターの発展により、気象方程式を解くコンピューター プログラムが作成されました。これが数値天気予報の始まりです。
1951 年に、国際気象機関に代わって世界気象機関(WMO) が国連によって設立されました。
気象レーダーは、戦時中に降水によって引き起こされるノイズエコーに関する研究から開発されました。
1960 年、TIROS-1 は打ち上げに成功した最初の 気象衛星でした。これは、地上局よりもはるかに高い解像度で宇宙から気象データが収集される始まりを示しています。さらに、海洋、砂漠、ポーランドなど、カバー範囲がほとんどまたはまったくない場所を調査することもできます。
カオス理論は、1960 年代にエドワード ローレンツによって大気に対して適用されます。この概念は、後に (1990 年代から) 結果の変動性を確認するために複数のパスでの初期データの変動を使用するアンサンブル予測モデルとして開発されます。
その後
1970 年代のより強力なコンピューターと 1980 年代のスーパーコンピューターの開発により、数値モデルの解像度が向上しました。大気、海洋とその相互関係、エルニーニョや熱帯低気圧などの現象に関する研究により、気象現象の知識が向上し、方程式のパラメータ化が向上します。
データ収集機器は 1960 年以来大きく進化し、収集の自動化とレーダーと気象衛星の改良、および大気の直接調査につながる解像度の向上が図られました。通信（地球規模の気象監視）の発達により、天気予報や気象警報を世界中に広めることが可能になりました。
最近では、気温の傾向と CO 2濃度の研究が勢いを増しています。 20世紀末以降、工業化時代の初めから大多数の科学者が 地球温暖化の兆候を認識していました。 21世紀初頭、国際専門家による報告書は、人間の行為が原因である可能性が最も高いと認識し、その継続が予測されました。