地衡風と温度風の平衡

雷雨よりも大きなスケールでは、大気は力の間のほぼ平衡状態に落ち着くため、気圧場と気温の高度による変化を知ることで、予報官は風そのものを再構築することができます。

Definition

地衡平衡とは、水平気圧傾度力とコリオリ力がほぼ等しい状態を指します。温度風とは、地衡風の高度による変化のことであり、水平温度勾配に比例します。

Scope

このトピックでは、気圧傾度力とコリオリ力の間の地衡平衡、鉛直方向の静水圧平衡、地衡風の鉛直シアーと水平温度勾配を結びつける温度風の関係、および湾曲した流れに対する関連する傾度風とサイクロストロフィック平衡について説明します。

Core questions

• 気圧傾度力とコリオリ力の平衡は、大規模な風をどのように決定するのか？
• なぜ水平温度コントラストは鉛直ウィンドシアーを意味するのか？
• 平衡流はいつ破綻し、その結果どうなるのか？
• 曲率と遠心効果は地衡平衡をどのように修正するのか？

Key theories

地衡近似

大規模で変化の遅い運動の場合、加速度は支配的な力に比べて小さいため、風は等圧線に平行に吹く地衡風の値によってよく近似されます。

温度風の関係

地衡平衡と静水圧平衡を組み合わせると、地衡風の鉛直シアーが水平温度勾配によって決定されることが示され、強い上層ジェットが急峻な温度コントラストの上空に位置する理由が説明されます。

Mechanisms

高気圧として空気が蓄積される場所では、気圧傾度力が空気を低気圧の方向へ押し出しますが、地球の自転が移動する空気を偏向させ、コリオリ力がその押し出しと平衡するまで、風は等圧線に沿って流れます。空気の下層が冷たく密度が高い場所では、気圧面がより急な傾斜を持つため、この地衡風は水平温度勾配に比例して高度とともに変化しなければなりません。これが温度風であり、ジェット気流が最も強い温度コントラストの上空に位置する理由です。

Clinical relevance

地衡風と温度風の平衡は、予報官が気温と気圧の解析から上空の風を推測し、ジェット気流の位置を特定し、大気が平衡状態から逸脱している領域、すなわち上昇運動と気象現象の発生が集中する領域を診断することを可能にします。

History

19世紀のブイス・バロットの経験則である「北半球では風は低気圧を左手に見るように吹く」という法則は、地衡平衡を予見していました。20世紀初頭における地衡風と温度風の関係の定式化、およびチャーニーのスケール解析におけるそれらの中心的な役割は、それらを力学気象学の基礎としました。

Key figures

• Christophe Buys Ballot
• Carl-Gustaf Rossby
• Jule Charney

Seminal works

• holton2013
• martin2006

Frequently asked questions

気圧パターンが分かれば、風を推定できますか？

はい。大規模なスケールでは、地衡関係により、等圧線の密集度から風速を、等圧線に平行な方向から風向を推定できます。北半球では低気圧を左手に見る方向になります。

ジェット気流はなぜその位置にあるのですか？

温度風の関係は、高度に伴う風速の増加を水平温度コントラストと結びつけています。そのため、最も速い上層風であるジェット気流は、暖気と寒気の間の明確な境界の上空に形成されます。