7ミ賓（D

7（天気図の見方；ストレッチ効果；可降水量）

教室
お天気の見方・楽しみ方（1）

序章

小倉義光＊
1．お天気学

いっても，雨・雪・雷など，形態も違うし降る量も違

日本気象協会発行の「気象」という雑誌に，1990年

う．雲についても，対流圏界面に達するような深い対ころから「やさしい気象」というシリーズを連載した．

流雲もあれば，逆転層に頭を抑えられた浅い対流雲も身近な気象や世界で話題となっている気象を，初めてある．時には深い対流が組織化されてメソ対流系が形気象を学ぶ人のために解説したものである．数年経っ成されることもある．空一面を覆う層状の雲もある．て，それをまとめ加筆したのが「お天気の科学一気象

こうして，前線や暖域にいろいろのメソ気象が出現す災害から身を守るために」（小倉，1994）である．そのる．これまででも，メソ気象を議論するときには，メ10年前に書いた「一般気象学（初版）」（小倉，1984）

ソ気象の構造と進化はそれよりもスケールの大きい環

は，気象学にとって最も基本的な物理学的法則や概念境に支配されるということで，必ず総観気象に注意がを，できるだけ丁寧に説明することを目的としたので，払われてきた．しかし，時が流れるままに，空気が流日常接するお天気の変化が，そのような基礎的な法則れて，温度が変わり気圧が変わり，風が変わって，そとどう関連するのか，十分に説明する余裕がなかった．の環境の中で最適のメソ気象が出現し，やがて消滅す

それで，「一般気象学」の副読本となるように，「お天る．最後には，低気圧も消え去っていく．このように，気の科学」では気象災害を起こす天気を主題としっっ，温帯低気圧は，内部に多くのサブシステムを包含した日々のお天気の変化をもたらす高・低気圧や前線など1つの天気システム（weathersystem）だ．そして，の総観気象や，集中豪雨・竜巻・ダウンバースト・天気システムを学ぶ学問がお天気学である．だから，フェーンなどのメソ気象を解説した．こうしたわけで，お天気学には総観気象学，メソ気象学，雲微物理学な

爆弾低気圧や新しいシャピロの低気圧モデルの話など

どがブレンドされている．

は「お天気の科学」のほうに出てくる．

幸い「天気」には「天気の教室」という欄があるの2．日本付近の天気システムの多様性

で，そこに投稿して，今度は「一般気象学」や「お天わが国は，いろいろな気象災害も起こるが，お天気気の科学」を卒業された方，あるいは気象予報士を対を楽しむのには実によい国だ．いろいろな天気システ

象として，再びお天気を見る喜び，楽しさを語りたい

ムが絶えず頭上で発生し通過していくからだ．このこと思う．ある時刻のお天気とその変化は，いろいろのとは毎日の新聞やテレビ，あるいは気象庁・民間気象

気象要素がいろいろの水平スケールを持って出現し，会社のホームページの天気図や衛星雲画像などからす

相互に複雑に，しかし有機的に作用し合って進化してぐ実感できる．

いる複合体である．例えば，温帯低気圧1つを取り上衛星雲画像は天気システムを知る最も重要な情報源

げてみても，そこには温暖前線や寒冷前線が組み込まの1つだ．1つ1つの衛星雲画像を天気図解析や数値れており，それぞれに雲が発生し降水がある．降水と予報モデルからの出力と比べ合わせ，雲画像から天気システムの構造と進化について，できるだけ多くの情＊Yoshimitsu OGURA，東京大学海洋研究所．
◎2005 日本気象学会

2005年9月

報を得ようという努力の結果がBader6！α1．（1995）の本である．この本については以前に紹介したことが29692

お天気の見方・楽しみ方（1）慶費い博7、桝＾、 鷹、・、ぐψ←！

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第1図 周期が約2．5〜6日の範囲内で変動する成分の標準偏差値の北半球分布図．（a）250hPa面の高度（等値線の間隔は10m），（b）300hPa面での南北風速（問隔は2ms−1），（c）地上気圧（問隔は1hPa）．（Changαα1．，2002）．

ある（小倉，2000）．大判500ぺ一ジの大著であるが，た低気圧にお目にかかる機会が多いわけだ．

それでも日本付近で毎日見る雲画像とはかなり違う部

普通，地上低気圧の発生は，地上天気図で4hPa（あ分がある．その理由の1つはBaderの本は主に欧州での天気システムを題材にしているからだ．日本と欧州

るいは2hPa）おきに描いた等圧線が最初に閉じたときと定義する．次回から数回にわたって，日本を含めではストーム・トラックにおける相対的な位置が違う．

た東アジアにおける低気圧の発生の話をする予定であ

普通，ストーム・トラックは顕著な低気圧の移動経路るが，その大部分のケースでは，低気圧が発生したとの意味で使われるが，1970年代の終わりころからは，きには，等圧線が丸く描いてあるだけで，温暖前線も高・低気圧など，総観規模の時間スケール（数日程度）寒冷前線も描いてない．もちろん，前線の描き方は人を持つ擾乱の活動度が高い区域の意味で使われていによって違うであろうが，低気圧が発生してから数時る．そうなった理由は，上層観測網の整備や客観解析間後あるいは十数時間後になって，やっと描かれるこの技術などに進歩により，グローバルに，また一定のとが多い．仮に，かの有名なビヤークネスがノルウェー

時問間隔で，格子点上の気象データが得られるようにでなく東アジアで生まれたら，果たして温帯低気圧のなった結果，高・低気圧の統計的な性質が研究できる

寒帯前線波動説を提唱しただろうか．

ようになったからである．

長期間にわたって観測すれば，高・低気圧の通過にストーム・トラックの入り口に位置するという点では，米国東岸は日本付近とよく似ている．黒潮とメキ伴って，ある格子点，ある等圧面（例えば300hPa面）

シコ湾流という暖流が岸を洗っているという点でも似の高度（ジオポテンシァル）は変動するから，この高ている．しかし，細かく見ると，違いがある．第2図

度の変動の激しさを，例えば標準偏差という統計量では東アジアにおける冬季の温帯低気圧の出現頻度分布表して，それを高・低気圧の活動度の目安とすること図である．この図では，出現頻度の極大を結んだ線をができる．第1図がそうした図の一例である（Chang

低気圧の平均的な通過経路としている．主な通過経路

6砲1．，2002）．250hPa面の高度，300hPaでの南北風成分，地表面気圧など，いろいろな気象要素の変動成が4つある．1つは東シナ海を発生地として本州南方海上を通過して太平洋に抜けるもので，東シナ海低気分の標準偏差を示している．この値が大きいほど，活圧という．東シナ海を発生地としなくても，本州南岸動度が強いと思えばよい．に沿って進行するものは南岸低気圧という．もう1つ

そうしてみると，ストーム・トラックは太平洋と大は，ボッカイ湾や黄海を発生地として日本海を通過す

西洋に一つずつあり，日本は太平洋のストーム・トラッるもので，日本海低気圧と総称する．もう1つは，東・クの入り口（西の端）に位置しているのに，欧州は大西サヤン山脈を含む山塊の風下側（東側）を発生地と西洋のストーム・トラックの出口に位置していることし（いわゆる風下低気圧，leecyclone），東に向かうもが分かる．つまり，日本付近は誕生したばかりの温帯の．最後はウラル山脈を源として，約600Nに沿って東低気圧が通過することが多いのに，欧州では，成熟し進するもので，これは日本には直接関係しないし，数30

天気52．9．

お天気の見方・楽しみ方（1）作ったのも，この地域の低気圧の航空機観測に基づい

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693ている．暖かいメキシコ湾沿岸でも少数ながら発生する．

しかし，日本付近は東アジアのモンスーン域に位置も0ノ＼￥イ30！

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第2図1

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そして，それぞれの季節に特有の天気システムが出現する．日本付近の天気システムに多様性があるのも不、

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く，冬・春・梅雨・盛夏・秋雨・晩秋という六季があるという高原・松本（2003）の提案には説得力がある．

20

DE〔一FEB、120しているという点で，米国東岸とは決定的に違う．だ

思議ではない．

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冬季（12月一2月），東アジアにおける温帯低気圧の出現頻度分布図．図の範囲を経度・緯度2．5。のマス目に細分し，中心がそのマス目に入った低気圧の数を数えたもの．図中の数字は出現数を10倍してある．1958−1987年の統計（Chen6齢1．，3．低気圧の発生における水蒸気の重要性
日本と欧州の天気システムの違いを起こす原因としては，大気中の水蒸気の量の違いもあると思う．これまで不思議にグローバルな水蒸気量の分布図を見たこ

1991）．

とがなかったが，この原稿執筆中に第4図に出会った．

これは可降水量（単位断面積をもち地上から大気の上JANUARY

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2301；8ノノ ｛50端までの気柱に含まれる水蒸気が，すべて凝結し落下讐。

110，，認したと仮定したときの降水量（mm））の長年の平均分布を示す．第4図aは米国航空宇宙局（NASA）が作

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40成したもので，第4図bは米国環境予測センター．．
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（NCEP）と米国大気研究センター（NCAR）の再解析

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データに基づいたものである．広い海上の可降水量をゾンデなどで直接測定することは実際上困難なので，

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衛星などで得られたデータをいろいろ加工して，可降水量を推定することになるが，使用するデータや処理、．の仕方の違いなどから，第4図の両者には量的に多少
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第3図

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1月，北米大陸及びその周辺海域における温帯低気圧の出現頻度分布図．28年間の総数（ZishkaandSmith，1980）．の違いは見られる．それはともかく，日本付近は緯度が高いノルウェーや英国に比べれば2倍か3倍くらいの可降水量があることが分かる．大西洋西部に比べて，太平洋西部では高い可降水量の区域が広がっているのは，インドネシアを中心とした海洋大陸の海水面温度も少ない．

一方，第3図は北米大陸とその近海における冬季の低気圧の出現数と平均的な通過経路である．主な発生は，世界でも最も高いことが影響しているからであろう．

地は北部ロッキー山脈の風下側（カナダのサスカチュ

水蒸気量における東アジアの特異性は，夏のモンスーン季に最も明確となる．第5図はNCEP／NCAR

ワン州や米国のモンタナ州など）と南部ロッキー山脈の再解析データに基づいた6月の分布である．チベッの風下側（テキサス州やオクラホマ州など）である．

ト・ミャンマー地方では65mmを超えるという驚異的

こうした低気圧は北米大陸を斜めに横断して五大湖付な値をもつし，55mmを越える地域も東南アジアに広近を通過する．観測データが豊富な陸上を通過するのがっている．これがマレーシア・華南からの南西風と，で，貴重な低気圧である．第4節でそうした低気圧の北太平洋高気圧の西端を巡る風にのって，梅雨前線に話をする．もう1つの発生地は大陸東岸・大西洋西部殺到する．

で，シャピロ・カイザーが新しい低気圧のモデルを2005年9月

31694

お天気の見方・楽しみ方（1）a）NVAPb）ReanaIysis−2510152025303540455055mm

第4図 可降水量の分布図．12年間（1988−1999）の平均．（a）米国航空宇宙局（NASA）の水蒸気プロジェクト（NVAP）が作成．空間解像度は10（経度）×10（緯度）．（b）米国環境予測センターと国立大気研究センターが再解析したデータに基づいて作成．空間解像度は2．5。（経度）×2．5Q（緯度）．（Amenu andKumar，2005）．

90N

細な事例解析を行う．その結果を，アメリカ合衆国国

60N

立気象センター（NMC）が出した現業の予報と比較する．その結果分かったことは，現実には低気圧は急速30Nに発達しているのに，予報モデルがそれを予測できなEQかったケースというのは，現実には低気圧の中心付近30Sで激しい降雨があったのに，モデルはそれを予測しなかった場合であった．特に，水蒸気を多く含むメキシ

60S

90S

コ湾沿岸を通過した低気圧についてはそうであった．

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第5図

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またこうした低気圧では，予報された低気圧は現実の低気圧より遅れて発生する傾向があった．こうした結6月における可降水量の分布．米国環境予測センターと国立大気研究センターが再解果から，彼は深い対流に伴う降雨が温帯低気圧の発達析したデータに基づいて，田上浩孝が作成．
1958−2001年の平均．

は彼の博士論文であり，卒業後，彼は国立気象センターに大きな影響を及ぽすと結論したのである．この論文に就職した．

約30年前に比べれば，予報モデルは格段に進歩し，4．低気圧の発達に及ぽす水蒸気凝結の影響
上記のように，可降水量にこだわるのは，可降水量予報精度もはるかに良くなっている．気象庁が現在運が降水量に関係するからである．よく知られているよる．その予報精度は文句なしに世界のトップクラスで用している気象予報モデルは世界最高峰の一つであ

うに，熱帯低気圧や台風では，運動エネルギーの源はある．しかし，それでも予報は外れる．時としては，水蒸気が凝結する際に放出する凝結の潜熱である．一大きく外れる．昨年6月26日朝日新聞夕刊に，「天気予方，温帯低気圧の場合には，位置のエネルギーが運動報苦戦続く」という見出しの記事が載った．それによのエネルギーに変換されて，低気圧は発達する（次回

ると，気象庁が昨年1年問の天気予報の検証をしてみで話題にする）．ところが温帯低気圧でも，その発生・ると，大外れの日数は降雨では30日，最高気温が56日，発達に降水量が大きな影響を持つことを示したのが最低気温が30日だった．ここで同庁が定めた大外れのTracton（1973）である．彼のアプローチはこうである．

基準は，前日の夕方に発表した予報内容に基づいて，まず前記の様に，気象データが豊富に得られるロッ

降雨では「高い確率で降ると予想したににもかかわらキー山脈より東の米国大陸上で，急速に発達した低気ず，ほとんどの地域で降らなかった日」，最高温度と最圧9例を選ぶ．特に，地上の降雨計のデータやレーダー

低温度では「予想より30C以上も違った日」とのことなど，降雨の情報を丹念に収集する．9例について詳である．

32

天気52．9．

お天気の見方・楽しみ方（1）695

それならば，Tractonの例に倣い，大外れのあったる．風に流されて東西方向に移動する空気円筒を追いケースを丹念に集めて詳細な事例解析を行い，何故大かけて，微小時間窃だけ経った時刻における渦度の増外れとなったかを調べることは，お天気の見方・楽し加量を∠ζとすると，それは∠ω／、4ρに比例するというみ方の一つであろう．ここでいう楽しみ方は，勿論知法則がある．式で書くと：的好奇心の満足である．そして，その結果は予報精度の向上に役立つであろう．

∠ζ／∠！＝∫（∠ω／4ρ）となる．ここで∫はその空気円筒が位置している地点

5．ストレッチ効果

それでは，低気圧の中心付近で多数の積乱雲や層状のコリオリ・パラメータである．気圧傾度を与えて地の雲が発生し，開放された凝結の潜熱が上昇流を強化

衡風速を計算する際には，∫の値が必要なので，コリオしたとして，どのようにそれが数千kmのスケールを持つ低気圧の発達に寄与するのか．それを説明するのリ・パラメータはおなじみと思う．この式を渦度の時間変化を表す渦度方程式という．左辺は単位時間当たが渦度の時間変化におけるストレッチ効果である．

りの渦度の変化量，右辺がストレッチ効果を表す．ス

この効果は総観気象を考える上で最も基本的な概念

トレッチは激しい運動の準備として行うストレッチ体の1つなので，詳しく説明したい．第6図に示したよ
うに，気圧ρを持つ等圧面と，気圧ρ＋砂を持つ等圧操のストレッチである．何故そう呼ぶかというと，円面に挟まれた微小な円筒状の空気を考える．円筒の下に示したように，円筒の高さは∠ω∠！だけ伸びる．とこ

筒の上・下面におけるωの値の違いにより，第6図b

面及び上面における鉛直ρ速度をそれぞれωとω＋ろが，円筒の中の空気の質量は保存されなければなら∠ωとする．∠は微小な量という記号である．気象予報

ないから，円筒の底面積は小さくならなければいけな
い．

士の実技試験には700hPa鉛直ρ速度図がよく登場すすなわち円筒は鉛直方向に伸長したことになる．

るから，鉛直ヵ速度はおなじみと思うが，そうでない伸長したことによって渦度が増加したのであるから，読者は，ρとωをそれぞれ高度zと普通の鉛直速度ω

これを伸長（ストレッチ）効果と呼ぶのである．もちに置き換えて読めばよい．ただし，zとρでは方向が違ろん，逆に，円筒の底面積が増え，円筒が平たくなれうので，ωとと〃の符合は逆になる．さて，総観規模のば，渦度は減少する．

天気を考えているのだから，風は第1近似として，いこの効果で渦度がどれくらい増加するものなのか．

つでもどこでも地衡風であるとする．話を簡単にする

例として，円筒の下面はヵ＝1000hPa面にあり，そこために，空気円筒は東西方向にのみ移動するとする．

でのω＝0とする．（あまり微小ではないが）、勃＝一時刻渉において，この空気円筒のもつ渦度をζとす

300hPaとして，ρ＝700hPaにおけるωはω＝一50hPah−1とする．すなわち，大気下層に収束があり，700（a）オ（b）f十△fhPaではこれだけの上昇流がある状況を想定している．緯度35。における∫の値は約8．4×10−5s−1であるから，上式によると，渦度は1時間当たり1．4×10−5s−1増加する．このままの状況で渦度が増大を続けると，半ω十△ω日後には1．6×10−4sdという大きな渦度を持つことになる．次回に爆発的に発達した南岸低気圧のお話をす

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炉

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るが，その低気圧の中心付近の渦度はこの桁の大きさである．こうして，激しい降雨の際に開放された凝結の潜熱は上昇流を強化し，その上昇流がストレッチ効
果により低気圧の発達を助けているのである．

低気圧の発達はやはり低気圧中心の気圧の低下でなρ〆驚、，
伽桝−o隅』

いと実感できないという読者は，コップの中で回転している水を考えたらどうだろう．この水の表面は下に

第6図

渦度の時間変化におけるストレッチ効果の説明図．

2005年9月

へこんでいる．従って，コツプの底面においては，へこみの中心の圧力が周りより低い．水の回転速度が増
33

696

お天気の見方・楽しみ方（1）し，渦度が大きくなるにつれて，中心における圧力もStorm

track

dynamics，J．Climate，15，2163−2183．

Chen，S．一J．，Y．一H．Kuo，P．一Z．Zhang

ますます低くなっていく．

1991：Synoptic
East

謝辞
この原稿について有益なコメントを下さった東京大
学海洋研究所新野宏教授，編集委員，査読者，図の作成・提供をして下さった同所の平田理沙さんと大学院生の田上浩孝さんに感謝します．

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纂刷e
測候時報第72巻第1号及び気象庁研究時報第57巻第1号の内容案内
測候時報第72巻第1号（平成17年9月1日発行及び気象庁研究時報第57巻第1号（平成17年9月9日発行）＜気象庁研究時報第57巻第1号＞◇関東平野西部に発生した線状降水システムの解析が発行されましたので内容（表題：著者：ぺ一ジ：要一2003年8月8日の事例一＝牧野眞一＝PH3旨）についてお知らせいたします．

（要旨省略）

なお，測候時報・気象庁研究時報は気象業務支援セ◇2003年8月5日に北海道東部で発生した大雨の事例

ンター（Te1：03−5281−0440，Fax：03−5281−0443，

解析＝米川博志＝P15−25

URL：http：／／wwwjmbsc．orjp）から購入できます．

2003年8月5日昼前から宵のうちにかけ，北海道東部で活発な雨雲が発生，局地的な大雨となった．メソ＜測候時報第72巻第1号＞

顕著現象を実況監視するうえで有効な特徴を見出すた◇第67回気候問題懇談会報告＝地球環境・海洋部＝め事例解析を行った．その結果，高層資料や数値予報

P1−14モデルから自由対流高度や中立浮力高度などの指数を（要旨省略）

求め，アメダス10分値，地上発散，雲頂温度などの実◇第68回気候問題懇談会報告＝地球環境・海洋部＝

P15−21（要旨省略）

34

況と比較することは，実況監視するための資料として有効であることがわかった．

（気象庁総務部企画課）

天気52．9．