大気科学

大気科学は、地球の大気と、その内部で起こるさまざまな物理的プロセスの研究です。気象学には、天気予報を主な焦点とする大気化学と大気物理学が含まれます。気候学は、平均的な気候とその時間経過に伴う変化（気候変動）を定義する大気の変化（長期的および短期的）の研究です。大気文学は、解離とイオン化が重要な大気の上層の研究です。大気科学は、惑星科学の分野や、太陽系の惑星と自然衛星の大気の研究にまで広がっています。

大気科学で使用される実験機器には、衛星、ロケットゾンデ、ラジオゾンデ、気象気球、レーダー、レーザーなどがあります。

大気学（ギリシャ語のἀήρ, aēr「空気」と-λογία, -logiaに由来）という用語は、地球の大気の研究の代替用語として使用されることがあります。^{[1]他の定義では、大気学は}自由大気、つまり惑星境界層の上の領域に限定されています。^[2]

この分野の初期の先駆者にはレオン・テイセラン・ド・ボルトとリチャード・アスマンがいる。^[3]

大気化学は、地球の大気と他の惑星の大気の化学を研究する大気科学の一分野です。これは学際的な研究分野であり、環境化学、物理学、気象学、コンピューター モデリング、海洋学、地質学、火山学などの分野が関係しています。研究は、気候学などの他の研究分野とますます結びついています。

大気の組成と化学は、いくつかの理由で重要ですが、主な理由は大気と生物との相互作用です。地球の大気の組成は人間の活動によって変化しており、これらの変化の一部は人間の健康、作物、生態系に有害です。大気化学が取り組んでいる問題の例としては、酸性雨、光化学スモッグ、地球温暖化などがあります。大気化学は、これらの問題の原因を理解し、理論的に理解することで、考えられる解決策をテストし、政府の政策変更の影響を評価できるようにすることを目指しています。

大気力学は、気象学的に重要な運動システムの研究であり、複数の場所と時間における観測と理論を統合する。研究対象となる一般的なトピックには、雷雨、竜巻、重力波、熱帯低気圧、温帯低気圧、ジェット気流、地球規模の循環など、多様な現象が含まれる。力学研究の目標は、物理学の基本原理に基づいて観測された循環を説明することである。このような研究の目的には、天気予報の改善、季節および年々の気候変動を予測する方法の開発、人為的擾乱（二酸化炭素濃度の上昇やオゾン層の破壊など）が地球の気候に与える影響の理解などが含まれる。^[4]

大気物理学は、物理学を大気の研究に応用する分野です。大気物理学者は、流体の流れ方程式、化学モデル、放射バランス、大気とその下の海洋および陸地におけるエネルギー移動プロセスを使用して、地球の大気および他の惑星の大気をモデル化しようとします。気象システムをモデル化するために、大気物理学者は散乱理論、波動伝播モデル、雲物理学、統計力学、空間統計の要素を採用します。これらにはそれぞれ、高度な数学と物理学が組み込まれています。大気物理学は気象学や気候学と密接な関係があり、リモートセンシング機器を含む大気を研究するための機器の設計と構築、およびそれらが提供するデータの解釈も対象としています。

英国では、大気研究は気象庁によって支えられています。米国海洋大気庁(NOAA) の部門は、大気物理学に関わる研究プロジェクトと気象モデリングを監督しています。米国立天文学・電離層センターも高層大気の研究を行っています。

地球の磁場と太陽風が大気と相互作用し、電離層、ヴァン・アレン放射線帯、地電流、放射エネルギーを作り出します。

気候学は、物理学、化学、数学の基礎科学に基づく、気象学、海洋学、地質学、天文学といったより専門的な学問分野のより一般的な知識を基盤とする科学です。数週間程度続く短期的な気象システムを研究する気象学とは対照的に、気候学ではそれらのシステムの頻度と傾向を研究します。数年から数千年にわたる気象現象の周期性、および大気の状態と関連した長期的な平均気象パターンの変化を研究します。気候学を実践する気候学者は、気候の性質（地方、地域、地球）と、気候の変化を引き起こす自然要因または人為的要因の両方を研究します。気候学は過去を考慮し、将来の気候変動を予測しようとします。

気候学的に興味深い現象には、大気境界層、循環パターン、熱伝達（放射、対流、潜熱）、大気と海洋および地表（特に植生、土地利用、地形）との相互作用、大気の化学的および物理的構成などがあります。関連分野には、天体物理学、大気物理学、化学、生態学、自然地理学、地質学、地球物理学、氷河学、水文学、海洋学、火山学などがあります。

大気文学は、地球の上層大気（成層圏界面より上の大気層）と、他の惑星の対応する大気領域を科学的に研究する学問です。大気全体が地球の上層大気またはその一部に相当することもあります。大気化学と大気物理学の両方の分野である大気文学は、成層圏界面より下の大気層に焦点を当てる気象学とは対照的です。 ^[5] 大気学者が研究する大気領域では、化学分解と電離が重要な現象です。

太陽系の惑星はすべて大気を持っています。これは、それらの重力が十分に強く、気体粒子を地表近くに留めておくことができるためです。より大きなガス惑星は、大量の軽いガスである水素とヘリウムを近くに保つのに十分な質量がありますが、より小さな惑星はこれらのガスを宇宙に放出します。^[6]地球の大気の組成が他の惑星と異なるのは、惑星上で発生したさまざまな生命プロセスによって自由分子酸素が導入されたためです。^{[7]水星の大気の多くは}太陽風によって吹き飛ばされました。^[8]濃い大気を保持している唯一の衛星はタイタンです。トリトンには薄い大気があり、月には大気の痕跡があります。

惑星の大気は、太陽やその内部から受けるさまざまなエネルギーの影響を受け、ハリケーン（地球）、惑星規模の砂嵐（火星）、地球サイズの高気圧（大赤斑と呼ばれる）、大気の穴（海王星）などの動的な気象システムを形成します。 ^[9]少なくとも1つの太陽系外惑星、HD 189733 bが、大赤斑に似ているが2倍の大きさの気象システムを持っていると主張されています。^[10]

ホットジュピターは、彗星の尾のように恒星の放射線によって大気を宇宙空間に放出していることが示されています。^{[11] [12]}これらの惑星は昼側と夜側で温度差が大きく、超音速の風を発生させる可能性があります。^[13]ただし、HD 189733bの昼側と夜側の温度は非常に似ているように見え、惑星の大気が恒星のエネルギーを惑星の周りに効果的に再分配していることが示されています。^[10]

• 大気汚染

ウィキメディア・コモンズには、大気科学に関連するメディアがあります。

• 天気図に応用された大気流体力学 - 移流、変形、渦度などの原理
• 国立大気研究センター（NCAR）のアーカイブは、大気科学の歴史を記録しています。