風はなぜ吹くか Why do winds blow? （地形効果、局地風、季節風

風はなぜ吹くか
Why do winds blow?
（地形効果、局地風、季節風）
(Orographic effect, local wind, seasonal wind) 28 April 2015
大気の運動を表す座標系
(Coordinate system for atmospheric motion) 自転角速度：Ω
(angular velocity of earth’s lotation) 地面（接平面）は天頂に対し
y
z
x
接平面�
€
Ωsinφ
の角速度で回転�
(tangential plane) 緯度：φ
(Latitude) 地衡風、傾度風、旋衡風
(geostrophic wind, gradient wind, cyclostrophic wind)
遠心力�
(centrifugal force) 旋衡風�
(cyclostrophic wind) 気圧傾度力�
コリオリ力� (pressure gradient) (Coriolis’ force) 高�
低
傾度風� (gradient wind) 地衡風�
(geostrophic wind) 傾度風�
(gradient wind) 等圧線� (isobar) 曲率半径および風速と、
ロスビー数（コリオリ力と慣性力(遠心力) の比）との関係 (Rossby number) ロスビー数： Ro =U / fL
−5
コリオリパラメーター(北緯33度）：� f = 2Ωsinφ = 7.943×10
€
風速　曲率半径�
100m
€
1km
10km
傾度風�
100km 1000km
10m/s
1260
126
12.6
1.26
0.13
50m/s
6310
631
63.1
6.31
0.63
100m/s
12600
1260
126
12.6
1.26
旋衡風�
山岸　2002 支配方程式
(governing equation) 地衡風
��
(geostrophic wind) 傾度風
1 ∂p
fVg = −
ρ ∂n
Vg v
fVgr = −
(gradient wind) 旋衡風�
y
V
(cyclostrophic wind) 2
cy
r
=−
1 ∂p V
−
ρ ∂n
r
2
gr
1 ∂p
ρ ∂n
ベルヌーイの式で風速を見積もると、�
€V
≈ 2ΔP
g
∂p
∂y
x
ug
∂p
∂x
€
等圧線�
€
気圧差が0.5hPaで10m/sの風�
温度風（Thermal wind) 二つの高度間の地衡風の差�
��
g ∂z1
ug1 = −
,
f ∂y
g ∂z 2
ug 2 = −
f ∂y
g ∂
ug 2 − ug1 = −
(z2 − z1 )
f ∂y
R ∂Tm p1
ug 2 − ug1 = −
ln
f ∂y
p2
€
風を読む・・・天気図（weather chart) アジア太平洋天気図（３，９，１５，２１時）地上天気図高層天気図（等圧面天気図） (upper level
weather chart) 北半球天気図 (weather chart of
Northern hemisphere) 極東天気図（３，６，９，１２，１５，１８，２１時） 850, 700, 500, 300hPa等圧面における高層天気図（９，２１時）地上および 500hPa等圧面における高層天気図（２１時）インターネットで取得可能な天気図 http://www.hbc.co.jp/pro-weather/
地上天気図の例時刻の表示はUTC (世界標準時）日本時間は＋９時間低気圧高気圧の進行速度は ktで表示　1kt=0.51m/s 等圧線　1000hPa基準 4hPaごとに実線高層天気図の例 (850 hPa) 前線の解析、対流圏下層の様子高層天気図の例 (500 hPa) 対流圏中層の様子、偏西風、気圧の谷や尾根、寒気低気圧の発生パターン (genesis of depression) 日本の平均風速分布
(distribution of mean wind velocity in Japan) NEDO
局地風の分類
(Category of local wind) 海陸風(sea and land breeze)
熱的要因斜面風(katabatic wind )
山谷風(mountain valley wind)
フェーン(Föhn)
おろし
ボラ(Bora) 力学的
（地形効果）山岳波(lee wave)
後流(wake) 海陸風循環と山谷風循環反流�
上昇気流�
谷風�
海風�
海風前線�
海�
日射による地表面加熱�
日中�
反流�
��
山風�
陸風�
地表面からの放射冷却�
海�
夜間�
海岸線における平均風の日変化
(hodograph of sea/land breeze) 山谷風(mountain valley wind) 地形効果１(orographic effect) 地形効果２(orographic effect) 山越え気流の安定性
(stability of air-flow over mountain) 浅い水の流れ(shallow water)が障害物を超えるときの運動方程式 ∂( H + h)
∂u
∂u
+ u = −g
∂t
∂x
∂x
∂H ∂ ( Hu)
+
=0
∂t
∂x
定常流れ(steady flow)の場合 €
2
0
u2
u
+ H0 =
+ H + h = const.
2g
2g
H 0 u0 = Hu = const.
無次元量についての解の式 €
#
Fr 2 3
Fr 2 &
u* + u* % h* −
−1( + 1 = 0
2
2
$
'
(flow pattern dependent of Froude number and mountain height) Fr =
U
H 0 gΔθ /θ
＝慣性力/浮力 (inertia force/buoyancy force) 1.0
臨界曲線�
h/H0
€
フルード数と山岳高さによる流れの形態
Δθ
不安定�
(unstable) 逆転層(inversion layer) U
€
H0
θ
亜臨界�
山 (critical line) 超臨界�
h
（subcritical) 1.0
Fr
（supercritical) おろしと跳水
(downslope wind and hydraulic jump) 跳水（hydraulic jump)
フェーンとボラの比較
(Comparison between Föhn and Bora) どちらも山脈の風下側に生じる風。
�フェーンは温度上昇、湿度下降
�ボラは温度下降、湿度下降�
フェーン
ボラ
顕著な季節
暖候季
寒候季
原因となる主な気団赤道または熱帯、亜熱帯海極または寒帯、亜寒帯大陸
洋性気団
性気団
関連する低気圧
熱帯低気圧、熱帯外低気圧熱帯外低気圧、寒帯低気圧
対流圏の平均循環系暖候季に南成分が強い地域寒候季に北成分が強い地域
（北半球）
発達する地域
低緯度、中緯度
中緯度、高緯度
フェーンとボラの比較 Fr =
U
(Δρ / ρ) gh
フェーン(Föhn) 湿ったフェーン�
乾いたフェーン�
乾燥断熱減率：10℃/km
(dry adiabatic lapse rate) 湿潤断熱減率： 5℃/km
(moist
adiabatic lapse rate) �
東南アジアのフェーンボラと気圧配置ボラの発生する地形各地の局地強風(吉野 1978)
局地強風の原因
(source of local wind) 1.冬の季節風に伴うもの：関東の空っ風
2.日本海の低気圧へ向かうもの：清川ダシ
3.台風通過に伴うもの：広戸風、やまじ風
4.高気圧圏内で起こる山風型：まつぼり風、富山のダシ�
肱川おろし肱川おろしの成因やまじ風内部重力波の発生条件
(Genesis condition of internal gravity wave) ✔ Richardson数(Richardson number)
g dρ
g dθ
−
ρ dz
Ri = θ dz 2 =
2
du
/
dz
du
/
dz
(
) (
)
Ri<0: 不安定 0<Ri<0.25: 弱安定 Ri>1: 強安定浮力と慣性力の比を表す
✔ Brunt-Väisälä振動数(Brunt-Väisälä frequency)
g dθ
N=
θ dz
内部重力波の上限周波数を与える。Riの分子はN2
山岳波(lee wave) 浮力による復元力が過剰に作用して波動を引き起こす。桜島噴煙で見た山岳波�
山岳波に伴う雲レンズ雲と笠雲
(lenticularis and cap cloud) 鳥海山にかかるレンズ雲 (2009.12.5) 富士山にかかる笠雲 Morning glory ヨーク岬半島高さの異なる海風前線の上下境界面にできる重力波が孤立波となって渦を形成するもの。 Morning gloryの様子

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