地球環境研究,Vol.7(2005)

気候区分における水文要素―その歴史的展開―
新正＊

井キーワード：気候区分､ 水文要素､ 気候指数､ 史的展望

１

はじめに気候区分には､ 熱帯・温帯・寒帯の温度あるいは熱にンス以降になる｡

関する区分のほかに､ 砂漠・多雨林などの乾湿あるいはよく知られているように､ 温度計の原型は1592年頃に水分に関する区分があり､ この両者の組み合わせで全体ガリレオによって発明されたが､ 温度目盛りの共通化はが構成される｡ 両区分とも､ おそらく古代から認識され1720年の Fahlenheit によるF 目盛り､ 1742年の Cel-てきたものであり､ 民族や風習などとともに地域区分のsius による℃目盛りにより行われ現在に至っている｡

要素であったと考えられる｡ 近代以前における地域区分

セルシウス温度に関しては､ Linne が修正を加えたと言については､ 世界の各民族がそれぞれ固有の方法を持っわれている (岡田ていたはずであると考えられるが､ いわゆる近代科学の1442年に朝鮮の李王朝で行われたことがある｡

流れの中でこの問題を考えると､ ギリシャ・ローマを源流とする西欧の歴史の中で展望せざるを得なくなる｡

1956)｡ 雨量の観測はかなり早く､蒸発はギリシャ・ローマ時代から水循環の重要な要素であると認識されていたが､ 1687年に Halley が海から日本では地域の特徴の違いに関する気候現象として､の蒸発量を推定したとされている｡ Monteith (1981)

雨や雪の多寡や気温の差などが､ いわゆる土地・風土をによると､ 小型蒸発計による測定は1772年に試みられ､見分ける要素であったと考えられる｡ 乾燥地域が存在し1867年に規格化された｡ 蒸発には日射量が重要な役目をない日本では､ 特別な年を除けば激しい乾燥の経験はな担うが､ 最初の日射計は日射による水温の上昇を利用しく､ これに対する認識も培われることがなかった｡ しかたもので､ 1837年に Pouillet により作られた｡ 実用的し､ 世界的に見ると乾燥地域が広く､ 乾燥あるいは水分な日射計は､ 1893年の ngstrm による補償日射計が条件に関する知識の整理が重要な課題であった｡

最初であった｡

本稿では､ 水文条件がどのように気候区分に組み込ま

湿度・水蒸気圧に関しては､ 1769年に Lambert が湿度計を発明したとされているが､ 今日の形の乾湿計はれてきたか､ 簡単にその歴史を展望する｡

1825年に August により作られた｡ 彼は水蒸気圧を求２める式をも発表した (岡田

測定法発明の時代

1956)｡

以上のように概観すると､ 気候区分の基礎となる各種

ギリシャ・ローマ時代から､ 水循環についてはするどの資料が整備されたのは､ それほど古いことではない｡

い洞察が行われており､ その一部は現代の知識と矛盾するものではなかった (Biswas：高橋・早川訳
榧根1980､ ルクレーティウス：樋口訳

1979､1961)｡ これ３

19世紀−データによる自然地理区分の萌芽−(注１)らは観察に基づく事実も含むが､ 多くは思索によるもの

世界の気候分布を概観するためには､ 何よりも気温分であり､ 当然のことながら数値的な分析は行われなかっ布図が必要である｡ 等温線は1817年に Humboldt によった｡ 気候や水文に関する現象が数値で表されるためには､て発明され､ 同時に世界の年平均気温の分布図が示され測定機器の発明を待たなければならなかった｡ したがった｡ しかし､ この図はわずか58地点の資料で描かれたもて､ 科学としての気候区分や水収支の発展は､ ルネッサ

ので､ 非常に簡単なものであった (矢沢＊1989)｡ その立正大学地球環境科学部

1気候区分における水文要素―その歴史的展開― (新井)後､ 1848年に Dove が約900地点の資料で分布図を作成し､ これが気候区分における次への橋渡しになった｡

４

20世紀前半−index の時代−

19世紀の自然地理学では､ 生物地理が大きな比重を占さきに述べた Linsser による気温 と雨量 とめていたと考えられる｡ 世界の植生図としては､ 1866年の比は､ 20世紀に入るといろいろな形で応用されるように Grisebach が発表した図があり､ これと上記の Doveに な っ た ｡ そ の 一 つ は Lang の 雨 量 因 子 で ､ 彼 はの気温分布との比較が行われた｡ これに先だって19世紀

比を成帯土壌の分布と対比させた｡ これは植生前半には､ ヨーロッパ内における気温と植生分布の比較分布とも対応する｡ De Martonne は乾燥限界としてが試みられた｡ ヨーロッパアルプスと北欧の森林限界をを用い､ 森林や農業の分布を説明した｡ な中心とした気温と植生分布の対応は一応成功したように

お ､ い ず れ も 年 平 均 気 温 と 年 降 水 量 に よ る が ､ de

見えたが､ 世界の乾燥地域からの新しい資料が増加する

Martonne の指数は月平均値にもとづき合計平均した値

につれ､ 気温のみで世界の気候や植生の分布を説明するである｡ 雨量因子と乾燥限界の数値は､ その他の気候指ことは不可能であることが理解されるようになった

数とともに表１に示してある｡

1943ほか)｡ すでに当時､ Dove は熱Kppen も乾燥気候の境界を年平均気温と年降水量に帯では雨の変動が気候に大きく影響することを指摘し､より求めているが､ 数度にわたる改良の結果､ 現在使わde Candolle (A.) は植物は単なる温度計ではないと述れている形に落ちついた｡ すなわち､ 森林とステップのべたとされている｡

境 は 冬 雨 の 地 域 で は  ､ 夏 雨 の 地 域 で は(Thornthwaite

1869年に Linsser は､ ヨーロッパ以外では水分条件が とする｡ またステップと砂漠の境界は冬植物にとって重要であると指摘し､ 月平均気温と月降水雨の場合  ､ 夏雨の場合には  である｡

量の比を湿潤指数と名付け､ これによる世界の植生区分

これもまた､ 降水量と気温の比較である｡

を試み､ ５区分を提案した｡ 気温と降水量の比は､ その後の気候区分で非常に多く利用されるものとなった｡

乾燥の目安として雨量が使われるのは当然であるが､気温にはどのような意味があるのだろうか｡ 水収支であ

1874年に de Candolle は古生物学的に見た植物分布のれば､ 降水量と蒸発量あるいは蒸発散量 との差地理区分を試み､ 特殊な事例を除き北半球を高温帯､ 乾
､ あるいは比 が意味を持つはずである｡

燥帯､ 中温帯､ 低温帯､ 凍結帯の５地帯に分類した｡ そ

蒸発量と降水量の直接比較を提案したのは Transeau での直後に､ Drude は４植物地帯を提案した｡ 世界 (北1905年のことであったが､ データはアメリカ東部に限ら半球) を５地帯に区分し､ 温帯である地中海世界を中心れていた (矢沢におく考えは､ ギリシャ・ローマ以来の西欧人の世界観ではなく､ 20世紀前半以前ではこれに対応する資料も少であろうと思われる｡ すなわち､ 世界の中心は地中海のなかった｡ 蒸発を起こす最大の熱源は日射であり､ 日射Ｃ地帯にあり､ その南には砂漠 (Ｂ地帯) が広がり､ さが強い時には気温も高いことから､ 蒸発の指標として気らには高温多湿な赤道帯 (Ａ地帯) がある｡ 北にアルプ温が用いられてきたと理解するのが妥当であろう｡ また､スを越えると冷涼な地域 (Ｄ地帯) があり､ さらに北に気温のデータは早い時点から各地で整備されていたことは寒冷な雪と氷が卓越する地域 (Ｅ地帯) がある｡ これも大きな理由である｡

1989)｡ 蒸発量の測定は現在でも簡単

は気候・植生のみでなく､ 民族や生活形態の地域区分でThornthwaite (1931) は､ アメリカの21地点のデーもあった｡ 前述の Dove の気候分布や､ 1879年の Supanタにより P・E 比と呼ばれる比 (P/E) を求め一般化し､の温度帯も､ このような古代の自然観を踏襲したものと気候区分を行った｡ さらに彼は､ これを世界に広げて適考えられる｡

用した (Thornthwaite

以上のような各種の分布図の整合性､ 特に植生分布と気候資料の整合性を求めて､ 1884年に Kppen の気候区分が示された｡ これは６温度帯に乾燥帯を加えたもの

1933)｡ P・E 比は次式で計算する｡
 であった｡ 1898年には Schimper が現在にも通用するツ気候区分に用いるときには､ 毎月の値で計算し１年間ンドラ､ 森林､ サバナ､ ステップ､ 砂漠の区分を示した｡

加算する｡ なお､ 気温はF､ 雨量はインチとする｡ ここ

19世紀末に､ ロシアの Veikof (Woeikov) は河川の水では蒸発量が気候区分の中に取り込まれたが､ 実際の推源､ すなわち水収支の立場で気候区分を提案したが､ 具定には上式のように気温が用いられた｡ 温度帯の区分に体的な結果には至らなかった｡

は､ ０℃以上の積算温度にもとづく指数が用いられた｡

2

地球環境研究,Vol.7(2005)

表１


各種の気候指数

Lang の雨量因子と植物帯との対応

de Martonne の乾燥限界
5以下

砂漠､ 無河流地域

半砂漠

5−10

草原､ 潅漑農業可能ステップ､ サバナ

10−20

一時的な河川乾燥農業可能0− 20

砂漠

20− 4040− 6060−100潅木林

20−30

100−160

喬木林

30

永久河川

160以上

ツンドラ

40

森林

 Thornthwaite の P・E 比 (1931年)



Budyko の放射乾燥度 (概数)15以下

乾燥 (砂漠)

0.3以下

ツンドラ

16− 31

半乾燥 (ステップ)

0.3−1.1

森林32− 63亜湿潤 (草原)

1.1−2.2

草原

64−127湿潤 (森林)2.2−3.3

半砂漠

128以上

過湿潤 (雨林)

3.3以上

砂漠

温量指数と乾湿指数
温量指数

乾湿指数

15以下

氷雪・ツンドラ

0− 3

砂漠

15− 55

針葉樹林

3− 5

ステップ

55− 85落葉広葉樹林5− 7

サバナ

85−180照葉樹林､ 暖帯広葉樹林

7−10

落葉あるいは雨緑林

180−240

亜熱帯降雨林､ 亜熱帯雨緑林

10以上

常緑林

240以上

熱帯降雨林､ 雨緑林

表１には1931年の区分のうち､ 乾湿に関する部分のみをThornthwaite はアメリカの試験圃場における水使用記した｡ なお､ 彼の区分の境界値には独特の特徴があり､量が､ 水の制約がない場合の必要にして最小限の蒸発散倍々の数値で区切っている｡ このような客観的な区分を量､ すなわち最大可能蒸発散量 に近いとみなし行ったことには､ ギリシャ以来の習慣を切りはなす意図て気温との関係を求めた｡ その結果は以下の式にまとめが働いていたように思われる｡ なお､ 後で述べるられたが､ この考えの基本は植物の生育も一種の化学反Budyko の区分にも独特の特徴がある｡

応であるから､ 温度が高くなれば反応速度が速くなるという点にあった｡ 反応速度が速いということは栄養分の５吸収が速いことで､ 可能蒸発散量 が多くなるこ

20世紀後半−水収支の時代−(注２)である｡とを意味する｡ 用いるデータは月平均気温 

蒸発量を採用したとしても､ 比として用いた

ただし､ 高温になると植物が枯死するので､ およそ30℃

Thornthwaite の1931の方法は､ 定量的とは言い切れなを適用限界とする｡ また､ ０℃以下では植物が活動しないものであった｡ 20世紀後半の平和な時代に入ると､ 定いと考え､ 蒸発散をゼロとする｡

量的な水収支の研究が具体化され､ 気候区分にも反映さ 


れ る よ う に な っ た ｡ 1948 年 は 記 念 す べ き 年 で ､Thornthwaite の新気候区分 (Thornthwaite1948)と Penman の蒸発量推定式が発表された (Penman    1948)｡ Penman は気候区分に言及することはなかった

上式で求められる値は､ すでに記したように水分不足が､ 彼の方法による可能蒸発量の推定値は､ 降水量と組が起こらない可能蒸発散量であるから､ 土壌水分が不足み合わせて指数化し乾燥気候の説明に使われることがあする時には､ 土壌水分の収支を加えた水収支計算を行うる｡ なお､ この可能蒸発量とは､ 浅い水面からの蒸発量必要がある｡ 表２がその例で､ ここでは土壌による水分である｡

保留量 (高) を100mm として計算しているが､ Mather

3気候区分における水文要素―その歴史的展開― (新井)Thornthwaite 法による水収支計算の例(注２)

表２
１月

２月

３月

４月

５月

６月

７月

８月

９月

10月

11月

12月

月平均気温℃

1993年

6.4

7.0

8.0

14.1

18.4

22.7

25.0

25.7

22.4

16.9

13.68.0計

可能蒸発散量 (PE mm)

1113195289125149149105623916829

降水量 (P mm)

4831936178318

321

190

23010287621621

土中水分の変化 (mm)0000

−11＋11000000

土中水分保有量 (mm)

100

100

100

100

89

100

100

100

100

100

100

100

実蒸発散量 (ET mm)

1113

1952

89

125

149

149

105

62

3916

水分不足 (mm)

00

0

0

0

00

0

0

0000

水分過剰 (mm)

37

18

74

90

182

172

41

125

40

48

46

792

１月

２月

３月

４月

５月

６月

７月

８月

９月

10月

11月

12月

計

5.3

5.9

7.8

15.7

20.2

23.4

29.6

29.6

25.1

19.3

13.8

8.9

1994年
月平均気温℃

829

可能蒸発散量 (PE mm)

6

7

1455

97

128

202192125723515948

降水量 (P mm)

1358326579895926237702545798

土中水分の変化 (mm)0000−18−39−430＋100−2−10＋12

土中水分保有量 (mm)10010010010082

43001009888100

実蒸発散量 (ET mm)

67145597128102

26125

723515682

水分不足 (mm)000000100

166

0000266

水分過剰 (mm)75118

100000120018116(注) 可能蒸発散量は日長係数で補正した値.
(1978) の テ キ ス ト で は い ろ い ろ な 条 件 に 合 わ せ て

ここで､ は蒸発 (蒸発散) 量､ は降水量､  は流50mm から300mm までの数値が与えられている｡

出高､  は地表面における正味放射､ は蒸発の潜熱

表２は Thornthwaite 法による､ 高松における1993年(寒冷・多雨年) と1994年 (高温・乾燥年) との比較である (新井2004b)｡ このように､ この方法は気候変動に伴う水収支の評価にも適用することができる (森2000)｡ Thornthwaite の水収支は､ 20世紀において地理学関係の学術誌で発表された論文のうちで､ もっとも応用範囲が広い成果であったと言える｡ これは､ 地理学における大きな遺産と言っても過言ではない｡

    ､ は潜熱交換量､ は顕熱交換量である｡
水収支

 熱収支

  

水収支式より､ 次の形が導ける｡
 

1948年の水収支による Thornthwaite の気候区分は､また､ 熱収支式の両辺を と で割ると､ 水収支と非常に複雑である｡ すなわち､ 表２の水分過剰 と共通である が求められる｡ 顕熱輸送は潜熱輸

水分不足 の年合計と可能蒸発散量 との比を､送に比較すると少ないので､ 次式のように 

それぞれ湿潤係数､ 乾燥係数とし､ その差を湿潤指数との形として考えることができる｡

し､ これを基準にして区分を行う｡
 

湿潤係数

 乾燥係数

  

湿潤指数

この 
 の形は1955年に改められたもので､ 1948年のものは であった｡ 具体的な気候区分は､ 前
述のように数値により客観的に行われる｡

  
式中の は放射乾燥度と呼ばれ､ 乾燥の程度を表す に対応する｡ したがって､ 流出高や流出率 に関連づけることも可能である｡ 放射乾燥度は､ 降った雨が全て蒸発した場合の潜熱放出量と､その地点の正味放射量との比になる｡
図１には､ 放射乾燥度と植生帯および年流出高の関係

旧ソ連の Budyko は､ 熱収支と水収支とを結びつけを示した｡ 放射乾燥度のおよその数値として0.3､ 1.1､る重要な業績を残した (Budyko：内島訳 1956､ 内嶋・2.2､ 3.3が､ それぞれの植生帯の境界にあたる (表１､1973など)｡ Budyko の方法の基本は､ 次式に

図１)｡ 放射乾燥度が１以上であれば水不足､ １以下でより年平均値で水収支と熱収支とを比較することにある｡

あれば水分過剰で森林帯あるいはツンドラ・氷河地帯に岩切訳

4

地球環境研究,Vol.7(2005)

図１

Budyko による放射乾燥度と気候帯､ 流出高(注２)(Budyko：内島訳 1956ほかにもとづき作成)なる｡ ツンドラや氷河は､ 蒸発が少ないために水分過剰する内陸部の森林分布が説明できないので､ 乾湿指数の割合が非常に高くなった景観である｡ 放射乾燥度と言が導入された｡ 下の式で､ は年降水量 (mm) でう概念は多少理解しにくい点があるが､ 熱と水とを結びある｡

つける巧みな手法であると言える｡ このほかに､
Budyko は降水量､ 流出高､ 正味放射量の相互関係をも示した｡
このように､ 20世紀後半になると水収支解析の手法が月       の場合

  

の場合提案され､ それが一般化して多くの調査・研究が行われこの乾湿指数においても､ 基本的には気温と降水量のるようになった｡ さらに気候区分も､ 水や熱の動態に照比を用いている｡ 表１には温量指数と乾湿指数による植らし合わせて理解することが可能になったと言える｡

生境界値を示した｡ この方法は計算が簡単であることと､東アジアに適している点で日本で普及した｡

６

積算温度と水分条件−植生および農作物との対応−

積算温度による気候区分は､ 旧ソ連や中国では広く行われている｡ これらは農業気候区分と呼ばれることもあるが､ 一般気候区分にも利用されている (侯ほか1993

植物分布との対応で気候区分を行うとき､ しばしば積など)｡ 作物の生育限界温度としては10℃が使われるこ算温度が使われる｡ 特に森林分布や農業気候では､ これとが多いが ( という)､ 寒帯の作物では５℃､ 温が使われることが多い｡ 森林における生育限界温度 (低帯や熱帯の作物では10℃あるいは20℃というような使い温) の存在と生育期間中の好適温度の重要性は､分けも行われている｡ 温量指数が月平均気温に基づいた

Grisebach によって指摘された｡ Kppen はこれにもとのに対して､ この積算温度は毎日の平均気温に基づく｡

づき､ 森林分布と10℃を基準とした生育持続期間とを対したがって､ 積算値は2,000ないし6,000以上になる(注３)｡

応させたと言われる (矢沢1989)｡

これと併せて､ 水熱係数 (HTC) と呼ばれる指数が日本においては､ 吉良 (1952など) による温量指数用いられている｡ これはある期間 (１年間あるいは生育(暖かさの指数) がよく知られた積算温度である｡ この期間) の積算温度と降水量の比を指数化したもので､ 次基礎は､ 森林の生活帯と生育必要熱量とを対応させるこ式で求める｡ 生育期間を対象とする場合には､ その期間とで (今西・吉良のみ計算する｡

1953)､ 実際には中国東北部を中心とした森林分布の説明のために考案された｡ 温量指数 の計算は､ 月平均気温５℃以上の値を年間合計する簡単なものである｡ しかし､ これのみでは乾燥が卓越   
この場合には  がかなり大きな数値になるので､5気候区分における水文要素―その歴史的展開― (新井)指数の値は２以下に収まる｡ 分母の積算温度を Penman

参考文献の水面に対する可能蒸発量の積算値に置き換えた指数も新井用いられるが､ これは HTC と並行関係になる｡
気候区分に用いられる乾湿に関する指数は､ 降水量を分子に気温を分母に置いている｡ 雨量因子や乾燥限界にしても､ P・E 比や HTC にしても降水量が分子になる｡

新井正 (2004b)

地域分析のための熱・水収支水文学

古今書院.
今西錦司, 吉良龍夫 (1953) 生物地理. 福井英一郎編
理



これは降水量を mm で表すと､ 指数の値が  ないし正 (2004a) 中国の農業気候と土地利用. 地域研究, 44巻２号, １９.

自然地所収, 235313. 朝倉書店.

岡田武松 (1956)

世界気象年表 のオーダーに収まること､ 湿潤地で値が大きくなり

榧根

水文学

乾燥地で小さくなるので感覚的にわかりやすいことが理

吉良龍夫 (1952, 復刻版1975) 落葉針葉樹林の生態学的位置づ

由であると考えられる｡ 一方､ 水文学では流出高あるいは流出率に注目するので､ 降水量を分母に置くのが普通である｡ この点で､ 気候学的感覚と水文学的感覚の違いがある｡ 表１の中で､ Budyko の放射乾燥度は気温と密け. 今西錦司編

水文学入門−

おわりにおわりに気候に関連する現象の理解は大気のみの情報では不十分であることが､ 最近広く理解されるようになった｡ 特に気候と水とは密接な関係があることが､ 強く認識されるようになった｡ 本稿のように歴史をたどってみると､識者はかなり古くからこのことを意識していたことがわかる｡ 現在は気象だけ､ 水だけという時代ではなく､ 広い基礎知識が求められる｡ Thornthwaite (1961) は1958年の講演の中で､ 全ての気候現象の基礎となる接地

所収, 476-497. 講談社.

綜合出版.
気候学

古今書院.

Budyko, M. I.：内島善兵衛訳 (1956)

地表面の熱収支

河川水温調査会.
Budyko, M. I.：内嶋善兵衛, 岩切 敏訳 (1973) 気候と生命,上・下森

７

大興安嶺探検福井英一郎 (1947)で構成されても､ 立場の違いで表現方法が異なっている｡

７

地人書館.

大明堂.

Biswas, A. K. ：高橋 裕・早川正子訳 (1979) 水の文化史−接に関係する正味放射が分子に入っているので､ 数値と気候帯の配列順が他の指数の逆になっている｡ 同じ要素

勇 (1980)

東京大学出版会.

和紀 (2000) 地球温暖化と陸水環境の変化−とくに河川水文特性への影響を中心に−. 陸水学雑誌, 61巻, 51-58.

矢沢大二 (1989)

気候地域論考, その思潮と展開

ルクレーティウス：樋口勝彦訳 (1961)

古今書院.

物の本質について

岩波文庫.
侯光良, 李継由, 張誼光 (1993)

中国農業気候資源

中

国人民大学出版.
Mather, J. R. (1978) The Climatic Water Budget in Environmental Analysis. Lexington Books.
Monteith, J. L. (1981) Evaporation and surface temperature. Quarterly Journal of Royal Meteorological Society,Vol. 107, 127.
Penman, H. L. (1948) Natural evaporation from open water,

気象の研究にあっては､ 土壌と植物の知識が重要である

bare soil and grass. Proceedings of the Royal Society of

ことを指摘した｡ この論調の中で､ 彼は地図化の重要性

London, Ser. A, Vol. 193, 120145.

も述べている｡ これは現在であれば､ GIS によるデー

Thornthwaite, C. W. (1931) The climate of North America

タの比較検討にあたる｡ 特に面的分布に関する複数の要

according to a new classification. Geographical Review,

素を比較解析するときには､ GIS は有効な道具になる｡
GIS の利用により､ 気候区分の新たな展開があるかも知れない｡
このように展望してみると､ ときどき立ち止まって古典に目を通すことが必要であることが痛感される｡ このことが､ 新たな展開につながるはずである｡

Vol. 21, 633655.
Thornthwaite, C. W. (1933) The climate of the Earth. Geographical Review, Vol. 23, 433430.
Thornthwaite, C. W. (1943) Problems in the classification ofclimate. Geographical Review, Vol. 33, 233255.
Thornthwaite, C. W. (1948) An approach toward a rationalclassification of climate. Geographical Review, Vol. 38, 55
94.
Thornthwaite, C. W. (1961) The task ahead. Annals of the注
注１

主として矢沢 (1989)､ Thornthwaite (1943)､ 福井(1947) を参照した｡
注２

新井 (2004b) にもとづく｡

注３

中国の農業気候に関する概要は新井 (2004a) を参照｡

6

Association of American Geographers, Vol. 51, 345256.

地球環境研究,Vol.7(2005)

Hydrological Factors in Climatic Classification−A historical review−
Tadashi ARAI
Faculty of Geo-environmental Science, Rissho University
Keywords: climatic classification, hydrological factor, climatic index, historical review

7