山の手大学生活日記

 たまにマニアックな半引きこもり大学生・気象予報士の日記。読んでる人に少しでもプラスになればな〜と思いつつ忘れた頃に更新。

偏西風はなぜ吹くの?

どれだけ強い男でも、何があっても泣かない男でも、こいつの前では涙を流さずにはいられない。・・・玉ねぎのみじん切り(涙)。

さて、今日は吉祥寺に行って気象予報士の勉強の新しい本を2冊買ってきました。1つは気象予報士のバイブルみたいなもので、気象予報士で読んだことない人はいないという本で、もう1つは結構大きい本なんですが、とあるサイトに「この本をやるかやらないかで合否が決まる」と書いてあった本です。

まぁ、人間って不思議なもので本とか参考書を買うとそれだけで勉強した気分になるんですよね(笑)。もちろん、いくら科学技術が進歩したからといってもまだそんなことが起きる時代ではないので、今からがんばって勉強していきます。まぁ、どっちも重要な本なので時間をかけて何回も読んでいきたいと思います。

さて、今日はいよいよ偏西風についての例の話です。多分、明日はそんなに書くことがないと思うので、今日と明日の2回に分けて書きたいと思います。今日はまず、なぜ偏西風が吹くか、明日はそれを応用した砂漠とかの話をしようと思います。まぁ、長いので覚悟してください(笑)。


では早速本題に。地球は球形なので、赤道付近が一番良く太陽の光があたり、それによって赤道付近が一番暖かくなります。空気は温まると上に上るという性質があります。性質というか、密度が小さくなるため上に行くようになるということです。なので、赤道付近の空気は上昇気流をつくり、上へと上がっていきます(いつもいつもというわけではないけど一般的に上に上がりやすい)。

で、そのようにして上空に上がっていった空気は宇宙空間まで行って地球からさよ〜なら〜ということにはもちろんなりません。昇っていった空気はある程度(10kmくらいかな?・・・多分)までいくとそれ以上は昇らなくなります。んでどうなるかというと、南北方向に進むようになります。

ここまで何となくイメージできましたか?そしたら、ここからは北半球について考えていきます。赤道付近から昇った空気はある程度のところから北に進むようになります。そして、その空気が北緯20°〜30°位のところからだんだんと下に落ちていくようになります。これは恐らく空気が冷やされて密度が大きくなるからです。

そして、地上まで落ちてきた空気がどこに行くかというと、今まで上がって北に進んで落ちてきたという流れのまま、また南の方に進みます。つまり、1週して赤道に戻ると言うことです。このようにして低緯度地域では赤道上空で空気が上昇し、上空で北に進み、20°〜30°で下降し、地上で南に進むという空気の循環が生まれます。このような循環は“ハドレー循環”と呼ばれています。

また、このような流れは極地方でも起きています。今度は逆に北極付近は寒いため、空気の密度が大きくなり空気は下のほうに落ちていくようになります。そして、地上まで降りた空気はそのまま南へ行き、ある程度(60°〜70°かな?詳しくは分かりませんが)になると今度は上昇するようになります。そして、上昇すると今度は北に戻るようになり、こちらでも似たような循環が生まれます。この循環は“極循環”などと呼ばれています。

そして、いよいよ日本などのある中緯度地域を考えていきます。日本のあたりを中心に見ると、上で見たように北(60°〜70°)の方では上昇気流が起き、南(20°〜30°)の方では下降気流が起きています。そして、これを極端に考えると南の方でに空気がたまり、北の方では空気がなくなります。

そうするとその差をなくすために地上付近では南から北への空気の流れが起こります(上空では逆に北から南に)。この循環は“フェレル循環”と呼ばれています。上でも見たように、これは上の2つの循環によって起こっているので“間接循環”です。まぁ、そんな細かいことはどうでもいいですけど(笑)。

しかし、このままだと“偏西風”ではなく“偏南風”ですよね。でも、もちろん南の方から北のほうへの流れがあるのは事実です。では、なぜそれが偏西風になるのか?

長くなりましたが、あと少しがんばりましょう!!

ご存知の通り地球は球形で、そして回転しています。そして、そのような回転する物体の上で動いている物体には、“コリオリの力”と呼ばれる力がかかります。まぁ、コリオリの力がなんで働くのかは私も良く分からないんですが、とりあえずそういうのがあると言うことは理解してください。

で、そのコリオリの力がどのようにかかるかというと、北半球では物体の進行方向の直角右向きにかかります。これはどの方向に動いていても同じです。例えば、東京から大阪のほうへ走る新幹線には富士山側への力がかかっているといった感じです。

そして、もちろん地球上に吹いている風にもコリオリの力は働きます。上に述べたように、日本付近では南から北へ向かって風が吹いています。すると、その風には東の方にコリオリの力がかかります。つまり、北に向かうのではなく、どちらかというと西から東の方に向かって吹くようになります。

そして、最終的に西から東へという流れになると、上で書いたフェレル循環による南から北へ風を吹かせる力と、コリオリの力による南の方へかかる力がつりあって、風の方向が変化しなくなります。これが、いわゆる偏西風です。

つまり、まとめると

? 赤道付近での上昇気流と北極付近での下降気流によりそれぞれ循環ができる。
? ?の2つの循環によって中緯度地域に南から北へ風が流れるようになる。
? その流れに直角右向きに力がかかり、西から東へ吹くようになる

という感じです。

まぁ、ちょっと難しい話もいろいろありましたが、こんな説明でいいでしょうか?ってか、史上最高の長さですね(汗)。

では、明日はこの話を応用して砂漠の話やオゾンホールの話をしたいと思います。それと、偏西風と混同しやすい“ジェット気流”についても一言二言加えたいです。

明日から曜日感覚のない春休みに突入?平日はだらけそうですね〜(汗)。

コメント

コリオリ力は…定性的に説明するのは難しいなぁ。

簡単のために良く知ってる(だろう)遠心力から考える。
回転座標系上で物体が静止しているってことは、
静止座標系から見れば、角度方向に動いているってことでしょ。
でも、これって運動量の向きが動径方向に変化してるってことだよね。
てことは、この物体は動径方向に引力を受けてるから
静止座標系から見ると角度方向に動いていられるわけだ。
でも、もう一回回転座標系から見ると、物体は静止してるわけで、
動径方向に引力を受けるにもかかわらず静止してるんだから、
それとは逆向きに見かけの力が働いてなきゃいけない。
これが遠心力。

じゃあ今度、回転座標系上で物体が動径方向に等速で動いてる状態を考える。
向きは、中心から離れる向きにしとこう。
この場合は、静止座標系で見ると変な挙動してるんだけど、
(角度方向等速円運動、動径方向等速直線運動の合成)
角運動量は半径と運動量の外積、つまり半径と角度方向運動量の積だから、
半径が増加するってことは角運動量の大きさが増加してるんだよね。
てことは、この物体はトルク(力のモーメント)を同じ方向に受けてるから
こんな動きができるわけだ。
このトルクってのは半径と力の外積、つまり半径と角度方向の力の積だから、
回転してる向きに角度方向の力を受けてるわけ。
でも、もう一回回転座標系から見ると、物体は角度方向に静止してるわけで、
やっぱり逆向きに見かけの力が働いてなきゃいけない。
これがコリオリ力。

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