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% 2002 卒業論文 - はじめに
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% 2003/01/22  森川 靖大   作成
% 2003/01/28  森川 靖大   完成?
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\markboth{第1章 はじめに}{第1章 はじめに}
%\markright{はじめに}
%\Ddate{2003/01/28}
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\Dchapter{はじめに}

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% 目次にこの章の題を加える
%\addcontentsline{toc}{chapter}{はじめに}
%\Dchapterhead
\chapter{はじめに}

{\bfseries 数値予報}({\itshape Numerical Weather Prediction})
とは, コンピュータを用い, 地上, 上空の大気の情報から
未来の大気の様子を数値的に予測する手法である.
現在, その予測精度の高さから,
この数値予報という手法が気象予報をおこなう上で最も重要になっている.

数値予報に限らず, 気象の予報はここ数十年で新しくできた
技術ではなく, 古くから研究されてきた分野である.
それは, 気象が農業, 工業, 交通, 通信, 娯楽などを通して
人間の生活に大きな影響を及ぼしてきたからである.
そのため, 気象予報は私達に数多くの恩恵をもたらしてきた.
身近な例を挙げれば, 台風の進路予測がその一つだろう.
その予測によって私達の生活の安全性は非常に向上した.
もちろん気象予測による恩恵はもっと多方面に及んでおり,
今では私達の生活に不可欠なものとなっている.
本論文の内容を紹介する前に, 数値予報が用いられるようになるまでの
気象予報の歴史を簡単に振り返ってみる.

気象予報の始まりは, 1643年のTorricelliによる気圧計の発明であったと
言われている.
気圧と気象とは密接な関係にあることから, この気圧計は天気を知るための
便利な道具として重宝された.
しかし, このことがすぐに現在のような気象予報につながったわけではない.
現在気象予報に利用されているような
総観規模の気圧配置図が作成されたのは1820年になってからのことであった.
また, この気圧配置図もしばらくは気象予報に使われることは無かった.
なぜなら, 通信手段の問題により, 気象予報に使うことが出来るような
最新の気圧配置図を手に入れるのは困難だったからである.
この問題は1845年の電報の発明により解決された.
それにより最新の気圧配置図が入手できるようになり, 効果的な気象予報が
可能になって気象予報の分野は発展していった.
しかし, 数値予報が気象予報の主役になるのは
まだしばらく経ってからのことであった.

1850〜1920年は経験的主観的気象予報が主役であった.
このころにはまだ地上の大気の情報しか手に入らなかったからであった.
転機は1904年に訪れた.
Bjerknesによって, 数値予報の可能性が示唆されたのである.
しかし, Bjerknesはまた, 数値予報のための数値計算が
途方もなく大変であることも述べている.
それでも, 数値予報のための研究は始められた.
第一次世界大戦の戦中, 戦後にはRichardsonが手計算で
ナビエストークスの式を数値的に解こうと試みるなど,
懸命の努力が続けられた.
こういった研究の間に,
1930年代にはラジオゾンデの発明により上空の広範囲の大気の
データが利用可能になり, 
1940年代の後半にはそれまでの計算機の計算能力を遥かに凌ぐ
電子計算機が発明された.
そしてついに1950年には, プリンストン大学のCharney, Fjortoft, von Neumannが
当時最新のコンピュータを使い,
500mbでの数値予報に始めて成功した.
彼らの用いたモデルは簡単なものだったが,
その予測精度は当時の経験的手法を用いた予報の精度と
匹敵するものだった.
その後, 数値予報の技術はさらに改良され, 10年と経たない内に
経験的予報の予測精度を上回った.
現在では数値予報の予測精度は経験的予報を遥かに上回り,
この手法は気象予報にとって必要不可欠なものとなっている.

数値予報モデルとは, 実際に数値予報をおこなうプログラムのことを指す.
この数値予報モデルの開発は, 数値予報の発達に大きく貢献してきた.
今まで, Charneyらによって初めて数値予報が成功してから, 
多くの研究者によって様々な数値予報モデルが試されてきた.
現在の数値予報にしても, その精度や効率は数値予報モデルによって
大きく左右される.
また, 一口に数値予報モデルと言っても, 扱う現象の規模や種類によって
様々な種類のモデルが存在する.
全球規模のモデルで言えば, 代表的なものに
大気大循環モデル{\bf AGCM}
({\it Atomospheric General Circulation Model\/})や
海洋大循環モデル{\bf OGCM}
({\it Oceanic General Circulation Model\/})
がある.
これらにしても, より優れたモデルを生み出すべく, 日々研究が続けられている.

本論文ではこの数値予報モデル---特にAGCM---の理解や作成, 利用に必要な
気象力学について紹介する.
第2章では運動方程式や連続の式といった基本的な方程式系を紹介する.
第3章では大気の波動について取り扱う.
第4章ではスケール解析をおこない, 大気の様々な現象を個別に表現できる
いくつかの方程式系を見ていく.
第5章では順圧, 傾圧不安定を考える.
なお, 各章の内容が具体的に数値予報モデルとどう関わってくるのかは
各章の始めに記すことにする.
もちろん数値予報モデルの理解や作成にはこれら気象力学の知識だけでなく,
モデル作成のために必要な技術も学ぶ必要があるが,
その紹介はまたの機会にしたい.



%\begin{center}
% {\bf 
% --------------------------------------
% 本文ここまで
% --------------------------------------
% } 
%\end{center}


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%%%%%%%%             以下はAppendix             %%%%%%%%
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%%%%   Appendix 用に Counter, OutputFormat を設定   %%%%

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%%%%%%%%   Set Counter (chapter, section etc. ) %%%%%%%%
%\setcounter{chapter}{2}
%\setcounter{section}{0}
%\setcounter{footnote}{0}
\setcounter{equation}{0}
%\setcounter{page}{1}
\setcounter{figure}{0}

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%%%%%%%%        Counter Output Format           %%%%%%%%
\def\theequation{A-\arabic{equation}}
%\def\thesection{\arabic{chapter}-\arabic{section}}
%\def\thesubsection{\arabic{chapter}-\arabic{section}-\arabic{subsection}}
\def\thefigure{A-\arabic{figure}}
\def\thetable{A-\arabic{table}}



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%%%%      Appendix        %%%%
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%\subsection*{Appendix \qquad }

%\subsubsection*{}


%%%%%%%%              Text End                  %%%%%%%%
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