地球の自転と太陽のエネルギーにより、風は地球上を循環しています
なぜ気になるのか？ 風の方向は、緯度や海の近さなどの要因によって地球上で異なります。
私はすでに以下のことを知っているはずです。
大気中の風の循環は、地球の自転と太陽からの入射エネルギーによって引き起こされます。 風は3つの異なるセルに分かれて各半球を循環し、赤道から極地へとエネルギーと熱を運ぶのに役立っています。
図A. Hadley Cellの循環。
赤道に最も近い循環セルをハドレーセルと呼びます。
赤道に近い循環セルはハドレーセルと呼ばれ、赤道では水平方向の気圧勾配が弱いため、風が弱くなります。 温暖な地表の状態は、局所的な低気圧をもたらします。 赤道では暖かい空気が上昇し、雲が発生して大気が不安定になります。 この不安定性によって雷雨が発生し、大量の潜熱が放出されます。
ハドレーセルは、赤道から約30度までの緯度に分布しています。
ハドレーセルは赤道から約30度までの緯度に分布しており、この緯度では地表の高気圧によって地上付近の空気が発散されます。 そのため、上空から空気が降りてきて、表面の高気圧から離れて発散する空気を「補う」ことになります。 赤道から北上する大気は、極付近の大気に比べて暖かく湿っています。 このため、2つの異なる空気塊の間に強い温度勾配が生じ、ジェット気流が発生する。 緯度30°の地域では、このジェットは亜熱帯ジェット気流と呼ばれ、北半球と南半球の両方で西から東に向かって流れている。
図B.一般的な風向き。 (画像はNASAより)。
緯度30°からは、地表に沈んだ空気の一部が赤道に戻り、ハドレーセルが完成します。 これにより、北半球では北東の貿易風、南半球では南東の貿易風が発生します。 風の流れの方向に影響を与えるのがコリオリの力です。 北半球では、コリオリの力で風が右に向きます。
緯度30度から60度の間では、フェレルセルと呼ばれる新しいセルが発生します。
緯度30度から60度にかけては、フェレルセルと呼ばれる新しいセルが形成され、この緯度では地表に偏西風が吹いています。 これは、緯度30度で沈んだ空気の一部が極地に向かって北上を続け、コリオリの力で（北半球で）右に曲がるためです。 この空気はまだ温かく、緯度60度付近で極地から降りてくる冷たい空気に接近します。 気団が地表に収束すると、緯度60度の低地圧により空気が上昇し、雲が発生します。
緯度60度の2つの気団はうまく混ざらず、暖かい空気と冷たい空気を分ける極前線を形成します。
緯度60度では2つの気団がうまく混ざり合わず、暖かい空気と冷たい空気を分ける極前線が形成されます。 極前線とは、暖かい熱帯気団と、北から移動してくる冷たい極地気団との境界線のことである（「前線」という言葉は、軍事用語で、敵対する軍隊が衝突する場所のことである）。 上空のポーラージェット気流は、極前線の上に位置し、おおむね西から東に向かって流れています。 冬は夏に比べて温度差が大きいため、ポーラージェットが最も強くなる。
緯度60度以上では、ポーラーセルが冷たい極域の空気を赤道方向に循環させます。 極地からの空気は、極セルとフェレルセルが交わる緯度60度で上昇し、その一部は極セルを通って極地に戻ります。
Walker Circulation
図C. Walker Circulation。
ハドレー循環、フェレル循環、極域循環が南北に沿っているのに対し、ウォーカー循環は東西に沿った循環です。 東部太平洋上では、南米西岸の表面高気圧が赤道付近の東風貿易風の強さを高めます。 この風は、高気圧からインドネシア付近の低気圧に向かって吹き抜ける。 東太平洋のエクアドルやペルーなどの南米沿岸では、冷たい水が深海から表層に向かって上昇する「湧昇流」が発生します。 この冷たい水は特に栄養分が豊富で、大型の魚類が豊富に生息している。 一方、インドネシア付近の西太平洋は、比較的暖かい水です。 インドネシア上空には表面低気圧があり、空気が上昇して雲を形成します。 そのため、西太平洋の熱帯地域では一年を通して大量の雨が降る。 その後、空気はエクアドル付近の表面高気圧の上の領域に向かって再び上空を循環し、これがウォーカー循環となります。
図D.エルニーニョ。
ウォーカー循環や貿易風が弱まり、暖かい水が南米に近い東の熱帯太平洋に向かって「スロッシングバック」することがあります。 これは、水の入ったバスタブに扇風機を当てたときのようなものです。 扇風機が安定して吹いていれば、扇風機から遠い側の水が風下に向かって溜まっていく傾向があります。 急に風を弱めると、溜まっていた水の一部がファンに向かって押し寄せてきます。 暖められた水が湧き上がった場所を覆うことで、東太平洋に住む魚や動物への栄養分の流れが遮断されてしまうのです。 この東太平洋の温暖化はエルニーニョと呼ばれています。
農業との関係は？
ハドレーセルとウォーカー循環の変化は、多くの地域で劇的な気候変動をもたらします。 例えば、エルニーニョの冬には、太平洋東部の暖かい水の存在が亜熱帯ジェットの位置を変え、フロリダやジョージア州南部に大雨をもたらします。 エルニーニョとその反対のラニーニャが南東部の天候にどのような影響を与えるかについては、www.agroclimate.org、エルニーニョの位相に応じた年ごとの気候の違いを見ることができます。
温暖化した気候では、ハドレーセルの長さが長くなり、30°前後の地域の気候が変化する可能性があります。 例えば、北半球の砂漠の多くは緯度30°付近にありますが、ハドレーセルの長さが長くなれば、乾燥した状態が30°の北側に移動することになります。
もっと詳しく知りたいですか？
ジェットストリーム、エルニーニョ、ラニーニャ、悪天候の危険性
上記の情報に付随するアクティビティ：
Activity: Atmospheric Processes-Convection (Link to original activity).
Teacher Set-up Instructions
Student Activity: pdf document word document
Description: このアクティビティでは、食用色素とお湯や水を使って、水の中を流れがどのように動くかを示します。 これは、空気が流体としてどのように作用するかをシミュレートするものです。
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Activity: 再生可能エネルギー。 Wind (pdf version of original activity.)
Description: このアクティビティでは、気圧、風速、風向の関係に焦点を当てます。 生徒はこれらのパラメータを使用して米国の表面地図を分析し、地図上に表示されるパターンとの関係を形成します。
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