： （日本海低気圧；春の嵐；テーラー・コラム(柱))お天気の見方・楽しみ方（4)春の嵐を呼ぶ日本海低気圧

小倉 義

光 ・西村

修 司 ・隈部良司

１．問題の発端

第１図と同じような天気図の場合についての解説があ2004年４月27日，日本列島の関東から西の各地では，る．そのころには想像もしなかったことであるが，現雨を伴った強風が吹き荒れる１日となった．新聞報道

在ではこうした低気圧の発生・発達はスーパーコンによると，同日午後５時までに，高知県室戸岬では最ピュータによって，一般的によく予報されるまでに大瞬間風速43.7ms を観測した．このほか和歌山市のなっている．

38.5ms ，宮崎県日南市の33ms ，高知県宿毛市のしかし，仮に気象講習会などでこうした話をしたと27.5ms ，大阪市の25ms など，いずれも各地の４月

き，１人のスマートな参加者が，次のような質問をしとしての観測史上最大値を記録した．また，長崎市はたら，どう答えよう：たくさんの温帯低気圧が日本海28.8ms で１位タイ，東京都心の32.2ms と福井県を通過する．だから，そうした低気圧を日本海低気圧

敦賀市の30.6ms は２位だった．一方，各地で降水量と総称するほどだ．しかし，大見出しで新聞記事になも多く，同日午後５時までの24時間に静岡県伊豆市でるほどの春の嵐はそう頻繁には起こらない．春の嵐を206mm を観測した．

呼ぶ低気圧と呼ばない低気圧の違いはどこにあるの

この日の強風のため，横浜港内に停泊していたマか．また，温帯低気圧の中には中心気圧が970hPa やレーシア船籍の自動車運搬船（全長約165m，約25,000960hPa になるものもあって（例えば前回述べられたトン）が北方に約 5km 流され，27日午後２時５分ごろ低気圧)，それに比べれば，第１図の988hPa の中心気川崎市の防波堤に衝突するという事故があった．
また，

圧はそれほど低いとは思えないのに，被害を起こすほ常磐線の一時運転見合わせなどの交通障害，強風によどの強風が吹いたのは何故か．

る歩行者の転倒などの人身事故などもあった．
第１図が27日00UTC（日本時間09時）における地上２．低気圧の発生・発達天気図である．日本海に中心気圧988hPa を持つ温帯

この質問に対して，某国の総理のように「人生いろ低気圧があり，東西方向には高気圧に挟まれている．

いろ，低気圧もいろいろ」などと答えてはならない．

このように，日本海に低気圧があるときには，その中全く失礼な話である．真面目に答えるために，まず問心に向かって強い南風が吹き，日本列島が春の嵐に襲

題の低気圧の生涯を調べよう．第２図が12時間おきのわれるということはよく知られている．事実，著者の地上天気図から決めた低気圧中心の位置と気圧であ１人（小倉）が初めて書いた気象の本は，正野重方先る．低気圧は26日00UTC に黄河下流域 で 中 心 気 圧生と共著の「気象の話」（子供の科学文庫，誠文堂新光1004hPa をもって発生してから，東北東に進み，24時

社，1948）であるが，その中に「春の旋風」と題して，間後には第１図に示した位置に来ている．中心気圧は24時間で16hPa 低下したから，爆弾低気圧に匹敵する

Yoshimitsu OGURA，東京大学海洋研究所．
気象衛星センター．
函館海洋気象台．
Ⓒ 2006 日本気象学会
2006年 4月

ほどの急激な発達をしている．ところで第２図で重要なことは，中心気圧はこの時刻で最も低く，その12時間後には992hPa と上昇し，それ以後は北東にゆっく
57

320

お天気の見方・楽しみ方(4)第１図

2004年４月27日00UTC（日本時間09時）の地上天気図（気象庁)．

第２図

12時間おきの低気圧中心の位置と気圧．

りと進みつつも同じ値を保っていることだ．つまり，年11月19〜24日の日本海低気圧は発生してから96時間

この低気圧は発生後わずか24時間で最盛期に達し，以後に，アリューシャン列島に達したころ最低気圧と後はゆっくりと衰退していったのだ．前回述べた2000なったのとは大きな違いである．

58〝天気" 53．4．

お天気の見方・楽しみ方(4)321

ちなみに，統計的に見ても日本海を含む東アジアの爆弾低気圧は，発生すると，すぐ最も速い成長期に入るという性質をもつという．
すなわち，寒期の西太平洋の爆弾低気圧の60％は，発生後僅か12時間で生涯の最大の発達率（中心気圧が減少する割合）をもつ．同じ
く77％は発生後24時間で，88％は36時間で最大の発達率を持つという調査結果があ る（ Jyakum etal.,1989)．本シリーズ（2）で，水蒸気の凝結に伴う潜熱の放出という加熱効果が低気圧の発達を助成すると述べたが，このことが関係していると思われる．
話が横にそれたが．今回の場合はどうか，上層の気象状況と関連させて調べよう．第３図は第１図の36時間前である25日12UTC での（a）300hPa と（b）700hPa の高層天気図である．
第３図 b では，日本およびその東にほぼ南北に走る軸を持つ大きなトラフがあるが，そ の 西 方110‑120E あたりに，北東―南西に走る短波のトラフがある．短波のトラフというのは，東西方向の波長が短いトラフのことで，特に波長何 km 以下のものという定義がある
わけではないが，現に日本およびその東を覆っている

第３図

2004年４月25日12UTC における高層天気図．
（a）300hPa，（b）700hPa（気象庁)．太い実線はトラフの軸を示す．

大きなトラフに比べれば，その小ささは納得できるだ
ろう．第３図の短波のトラフの位置が高度とともに西きい．に傾いていることから，この短波のトラフを持つ擾乱

第４図 a は同時刻における地上天気図である．700は発達中であることが分かる．また大気の傾圧性は大hPa の短波トラフの中心付近（第３図 b)，110°
E，42°

2006年 4月59322

お天気の見方・楽しみ方(4)N のあたりに A と記号した中心気圧1006hPa の低気寒冷前線も解析されている．その後も東進を続け，27圧がある．しかし，この低気圧が発達して第１図の低

日00UTC には第１図の状態となった．このように，低気圧になったのではない．第４図 a から６時間後の25気圧 B が第１図の低気圧の前身であるから，厳密に言日18UTC の天気図には（第４図 b)，低気圧 A の南にうと，今回問題とする低気圧の発生時刻は，低気圧 B

新たに中心気圧1006hPa の低気圧 B が解析されていが始めて閉じた等圧線を持つ低気圧として登場した25

る．前線は解析されていないから，これはノルウェー

日18時である．

学派の言う寒帯前線波動説で発生した低気圧ではな

なぜ最初に700hPa のトラフの下に出現した低気圧

い．さらに６時間経った26日00UTC までには（第４図A でなく，その南方に後から出現した低気圧 B が主導c)，低気圧 B は発達しながら東進する間に低気圧 A権を握ったのかの理由は，前２回で述べたのと同じでを吸収して，低気圧 B だけが1004hPa となり，温暖・あるから繰り返さない．本シリーズの目的は東アジア

第４図 ６時間毎の地上天気図．（a）25日12UTC，（b）25日18UTC，（c）26日00UTC（気象庁)．
60〝天気" 53．4．

お天気の見方・楽しみ方(4)323のお天気系を見ることである．天気解析の歴史が長いというのが理由の１つである．もう１つは，一般的に北欧や英国，あるいは米国の中西部や東部に比べて，台風の上部には時計回りの流れがあるのと同じよう東アジアのお天気系の最大の特徴は，大気中の水蒸気に，低気圧に伴う上昇流が圏界面で止められ，渦度のが多いということであると思うので，繰り返し同じよ

ストレッチ効果の逆の伸縮効果によって，渦度が弱まうな図を示しているわけである．

るからと思われる．第６図に等温線は記入してないが，大雑把に言うと，トラフの軸のすぐ西側にサーマルト

３．最盛期の低気圧ラフがある．すなわち，上層のトラフは冷たい．

こうして出来た低気圧の27日00UTC における構造

ちなみに，第５図と第６図から６時間後の衛星可視が第５図である．ちょうど日本列島に春の嵐を起こし画像が，「天気」2004年６月号（p.474）に「今月の気ている第１図の低気圧を，海面気圧と925hPa におけ象衛星画像」として掲載されているので，併せて参照

る風と相当温位の分布で見たものである．二つの低気していただきたい（ただし，付図の地上天気図に解析

圧 A と B が合流した結果として，中心付近では局地されている閉塞前線は，前回のケースと同じく後屈温的な渦度の最大値が二つ接近して存在し，複雑な分布暖前線と思われる)．
上に述べた温暖コンベヤーベルトをしているが，その点を除けば前回（3）の第５図 a との先端の雲の西，水蒸気画像で暗域の中に，もう１つ，b の中間の状態となっている．すなわち，逆向きトラフ

雲頂高度の低い雲の塊があるのが明瞭に認められる．の中で誕生したため，低気圧中心の東側には強い南風

低気圧の流れとそれに伴う雲の生成は重要かつ興味あが低緯度地帯から流れ込んで，合流型の前線形成過程る問題で，別の機会にもっと詳しく議論したいと思う．

により，明瞭な温暖前線を形成している．また，もとさて，今回の低気圧が，中心気圧で見る限り，日本もと大気の傾圧性が強かったので，低気圧中心の西側海で最盛期に達したという特徴は，風の高度分布に如を流れる北風が寒気を運び，ここではシア型の前線形実に現れている．第７図は千葉県勝浦におけるウィン成も寄与して，明瞭な寒冷前線が作られている．そしドプロファイラのデータである．ほぼ27日04UTC かて，風は日本海低気圧で普通に見られるように，寒冷ら11UTC ころまで，測定された最下層の350m から前線に沿った暖域で最も強い．主な流れは，暖域の下最上層の 9km まで，風向は南西で，風速は70〜80ノッ層の空気塊が南西風に乗って温暖前線に向かい，これトとほぼ一様な風が吹いている．すなわち，風は水平を乗り越えて温暖前線面に沿って上昇し，対流圏面に面上では第５図に示したように場所によって違うが，達するという流れである．この流れが下層の高温多湿高度方向にはほぼ一様である．11UTC 以降は乾燥貫の空気を上層に運び，雲を作り，雨を降らせるので，入（dryintrusion）に伴って，高度ほぼ 4km 以上に乾温暖コンベヤーベルト（warm conveyer belt）という燥した大気が入ってきたため，ウィンドプロファイラ名が付いた（Browning,1990)．このシリーズ（2）南のデータが得られにくくなっているが，それ以下の下岸低気圧の第10図と同じく，第５図の雲をレーダーで層では相変わらず一様な風が吹いている．ある１地点

見ると，寒冷前線に沿って対流性の雲があり，温暖前で風が高度方向に一様であるということは，地衡風の線を越えては層状性の雲が広がっている．

議論を使えば，温度風がゼロであること，換言すれば，このように，下層で低気圧が発達し雲が生成されて等圧面上で温度（同じことであるが温位）が一様であいるとき，上空はどうなっているのか．第６図が同時ること，さらに換言すれば，大気が順圧であることを刻に衛星水蒸気画像に重ねた300hPa における風と渦示す．同時刻における500hPa 面上の温位の分布が第度の分布を示す．前に述べた短波のトラフはますます８図に示してあるが，確かに北日本を除くと，日本列発達し，トラフの軸では，北風が南西風に急激に変化

島の上空では温位はほぼ322〜324K と驚くほど一様していて，軸に沿って250×10 s の正渦度が並んでである．

いる．それ以外にも，大きな正の渦度がトラフに広がっ

この時刻に大気が順圧であることは驚くに値しなている．これと対照的に，トラフの東側で層状雲が広い．第３図に見た擾乱は大気が傾圧的に不安定だからがった区域には，約100×10 s の負の渦度がほぼ一発達した擾乱である．つまり，大気の傾圧性があまり様に広がっている．これは，温暖コンベヤーベルトににも大きくなりすぎたために起こった擾乱であるか乗って，層状雲の頂がこの高度に達したときには，短ら，擾乱は大気の傾圧性を弱めて，順圧大気にしよう

波のトラフの下流にあるリッジに入り込んでいたからとする．その結果，大気は第７図や第８図に示すよう2006年 4月

61324

お天気の見方・楽しみ方(4)

第５図 ４月27日00UTC（第１図と同じ)，GM S‑5の赤外雲
画像に重ねた地上気圧（黄色，2hPa お き)，925hPa
における風と相当温位（ピンク色，3K 毎）の分布図．
風の記号は，短い矢羽は５ノット，長い矢羽は10ノッ
ト，ペナントは50ノット．

第６図 第５図と同時刻，水蒸気画像に重ねた300hPa における風と渦度（紫色）の分布
図．実線は正渦度，破線は負渦度．50×10 s 毎．記
号 L は地上低気 圧 の 中 心
位置，ブルーの二重線はトラフの軸を示す．
62〝天気" 53．4．

お天気の見方・楽しみ方(4)第７図325千葉県勝浦市のウィンドプロファイラの記録．2004年４月27日02UTC から15UTC までの期間．風の記号は第５図と同じ．に順圧 大 気 に 近 い 状 態 になったのである．
順圧大気では上層のトラフ（あるいは低気圧の中心）と下層の低気圧の中心を結ぶ線は 高 度 と と も に 傾 かず，鉛直に立っていなければならない．実際にそうであることは，第９図に示した高層 天 気 図 が 示 し て いる．また第10図に示した地上天気図においては，低気圧の中心は前線系から大きく離れて，前回示したシャピロ・カイザーのモデルでは最終の第Ⅳ期，すなわち，暖気核の隔離に似た構造をしている．ただ，シャピロ・カイザーのモデルでは，暖気核が第９図のように，対流圏界面に達するような深い構造を持っていることは第８図

４月27日00UTC，500hPa における温位の分布図（2K 毎)．記号 L は地上低気圧の中心位置．

述べていない．また，第10
図に示した低気圧中心が暖気かどうかデータ不足のため確認されていない．

2006年 4月

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326

お天気の見方・楽しみ方(4)第９図

４月28日12UTC における高層天気図：(a）300hPa，（b）500hPa，（c）700hPa，（d）850hPa（気象庁)．

こうして，なぜ今回の低気圧が日本列島に春の嵐をもたらしたのかという質問に対する答えは，中心気圧から見ると，この低気圧は日本海で発達の最盛期に達したこと．さらに，その発達を促した上層のトラフが短波であったため，低気圧全体の水平スケールが小さく，従って気圧傾度が大きかったからである．また，
この低気圧は逆向きトラフの中で発生したため，発生のときから，強い降雨と強い寒冷前線を伴っていた．
強い降雨は強い低気圧の発達を促す．風は寒冷前線に沿って最も強い．日本海で最盛期に達した低気圧に伴う強い寒冷前線が日本列島を横断する際に，風害がもたらされたのである．ちなみに，今回の低気圧の最大の渦度は５×10 s の程度であった．
第10図

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第９図と同時刻の地上天気図（気象庁)．

〝天気" 53．4．

お天気の見方・楽しみ方(4)327

４．テーラー・コラム

があり，最もバロトロピック大気に近いのは500hPa

第９図のように，ほぼ定常で，鉛直に直立した渦巻である．

きは，流体力学でいうテーラー・コラム（Taylor col-これは，ちゃんとした理由があってのことである．

umn）あるいはテーラー柱を思い出させる．カップにごく大雑把に言うと，鉛直速度は，地表面と対流圏界

コーヒーを入れ，カップを回転盤に乗せて，コーヒー面でゼロである．それで総観規模の気象では，鉛直速に回転運動を与える．そこでコーヒーに少しクリーム

度は対流圏大気のほぼ真ん中，500hPa あたりの高度を注ぎ，スプーンを数秒動かしてから引き上げる．すで最大値を持つと見てよい．最大値を持つ高度では，ると，表面だけ見ると，ミルクは曲がりくねった白い

鉛直速度の鉛直微分はゼロである．ここで，本シリー筋となって渦巻いているが，驚くことには，その部分

ズ（1）において，渦度の変化についてのストレッチ効はまるで白い布でできたカーテンのように，鉛直に果を解説した際の式を振り返ると，500hPa あたりでカップの底まで延びているのである（木村，1985)．どΔω/Δp ０である．従って，500hPa 面では，空気塊の水平面で切断して見ても，表面と同じクリームのパは風に流されて移動しても，自身の持っている渦度はターンが現れるのだ．金太郎飴と同じである．

保存されることになる．このように渦度が保存される

厳密にいうと，テーラー・コラムは流体が非圧縮性ことは，２次元運動の特性なのである．

流体であることに加えて，少しばかりの条件が満たさ

歴史的に見ると，1940年代の終わりから1950年代のれたとき成り立つものである（小倉，1978)．現実の大初めにかけて，気象力学に基づく予報，すなわち今日

気は非圧縮性流体ではないので，カップの中のコーでいう数値予報が試みられたとき，最初に用いられたヒーのような綺麗な金太郎飴は出現しない．事実，第のが，いわゆるバロトロピック・モデルであった．す９図の渦巻きの中心を通り，41°N の緯度線に沿った鉛なわち，500hPa 面の流れは渦度を保存すると仮定し直断面で，風と渦度の分布が第11図に示されているが，て，微小時間後の渦度の分布を計算し，流れは近似的渦巻きの軸は鉛直に直立し，殆ど軸対称ではあるものに地衡風であると仮定して，渦度の分布から逆に500の，渦度の強さは高度について一様ではない．約450hPa 面上の流れを計算する．この計算を繰り返して，

hPa の高度で強さ400×10 s の最大値をとる．また，将来の高・低気圧の位置を予報しようとするものであ

第９図の温度分布をよく見ると，対流圏界面付近の300る．しかし，すぐ分かるように，この方法では渦度にhPa や地表面近くの850hPa では，かなりの温度勾配対するストレッチ効果を全く無視しているので，高・低気圧の発達・衰弱については何も予報できない．それで数年の後には，地衡風近似は依然として使いつつも，傾圧大気を扱うように数値予報は急速に進歩していった．
５．温帯低気圧のハリケーン化
第11図に示した渦は，ほぼ傾度風平衡にある円形の渦という意味で台風に似ているが，もちろん台風とは全く違う．台風の場合は台風の中心を取り巻いて積乱雲の群れがあり，積乱雲の中で放出される凝結の潜熱が台風のエネルギーの源となっているが，今回は主な雲は温暖コンベヤーベルトに乗った雲だけである（図省略)．
また台風では対流圏界面付近の高度に負の渦度があり，このことは巻雲系の雲が台風中心から時計回りに吹き出していることから分かるが，第11図の渦巻きには上部に負の渦度がない．また台風は暖気核を持

第11図

低気圧の中心を通る41°
N に沿った鉛直断面内の風と渦度の分布．渦度は50×10 s 毎．太い実線は輝度温度から決めた雲頂高度．

2006年 4月

つ渦巻きなのに，第11図の渦巻きの上部の温度は低い（第９図)．
それにしても，発達した温帯低気圧の成れの果てと65328

お天気の見方・楽しみ方(4)して，ほぼ軸対称で直立した回転軸を持つ渦巻きが出来たというのは興味深い．というのは，最近 Davis andBosart（2001，2003）は温帯低気圧がハリケーンになることがあるという議論をしているからである．台風
あるいはハリケーンが北上して中緯度の傾圧帯に入ると，温帯低気圧化することは知られている．彼らはこれと逆のプロセスの話をしているのだ．
彼らによれば，熱帯低気圧が発生するのに好都合な環境は：① 26.5℃以上の海面温度，② 組織化された深い対流に整合的な対流圏上層の発散，③ 湿った下層および中層大気，④ 地表面近くの低気圧性循環，⑤ 弱い風の鉛直シアである．
この④ は少し説明を要するかもしれない．前章で，微小時間 Δt の間に渦巻きの渦度 ζが増加する量 Δζ
を与える渦度の式を既に引用した（本シリーズ（1))．
実は，これは近似的な式であって，もう少し近似の精度をよくした式は，（Δω/Δp)
Δζ/Δt＝(f＋ζ）(1)で与えられる．微小な高度差 Δp による鉛直 p 速度 ωの差が Δω で表されている．fはコレオリ・パラメータである．例えば，緯度20°における fの値は約5.0×10s である．一方，例えば梅雨前線のような弱い停滞前線でも，10×10 s 程度の渦度があるのが普通である．従って，初期にある程度の低気圧性の循環があると，その場に発生した擾乱は，初期に ζ＝０の場合よりも，もっと早く成長できることになる．
話が横にそれたが，Davis and Bosart（2003）が問題にした点は，最後の ⑤ 鉛直シアである．どれくらいのシアを弱いと見るかについては，850hPa と200hPaの間の風速の差が15ms 以下でないと熱帯低気圧は発生しないという報告がある一方で，その半分くらいを閾値とする報告もある．彼らは2000年および2001年の大西洋ハリケーンシーズン中に，20°N より高緯度の地帯での低気圧を調べて，一般場の鉛直シアが弱まっ

第12図 はじめ前線における温帯低気圧として発生し，後にハリケーン M ichael として発達した2000年10月15‑17日の期間，数値実験による諸要素の時系列．
（a）低気圧の中心気圧，（b）最大地表風速（ms )．クロスは QuikS（c）
低気圧中心を囲む
CAT からの実測値．
308km×308km の範囲内で平均した鉛直
シ ア（実 際 は200hPa と900hPa の 風 速差)．P1，P2，P3はそれぞれ傾圧性の発達期，静穏期，熱帯性の発達期を示す．総ての物理過程を入れたモデルを使った結果が「コントロール」，海面温度を実際より低くして行った実験の場合が「reduced SST」
（Davis and Bosart, 2003)．

たため，温帯低気圧から熱帯低気圧に変化したケースが10例あったとしている．その中の代表的な場合について，数値実験の結果を図示したのが第12図である．

われの低気圧の場合は，すでにこれだけよく組織化さまず１番下の c 図が示すように，一般場の鉛直シアはれた低気圧性循環があっても，900hPa と200hPa の時間とともに減少しているが，200hPa と900hPa の間の鉛直シアが約20ms あるから，仮に水面温度が風速差が閾値とする15ms 前後くらいにまで弱くな

26℃以上であっても，熱帯低気圧とはならなかったでると，低気圧の中心気圧は再び下がり始めるし（a 図)，あろう．

地表面の風速も強くなって（b 図)，温帯低気圧が熱帯低気圧化したことを示している．第９図に示したわれ66〝天気" 53．4．

お天気の見方・楽しみ方(4)謝辞

原稿改良のため．有益なコメントを下さった担当編
集委員別所康太郎氏と査読者に感謝したい．

329

tions of the Genesis of Hurricane Diana（1984).Part
Ⅰ：Control simulation,M on.Wea.Rev., 129, 1859‑1881.
Davis, C.A. and L. Bosart, 2003：Baroclinically in-参考文

献Browning, A.K., 1990：Organization of clouds andprecipitation in extratropical cyclones. In
Extratropical Cyclones―The Eric Palmen M emorial Volume（C.M . Newton and E.O. Holopaineneds.),Amer.M eteor.Soc., 129‑153（研究時報，第62巻，1995，第１号に北畠尚子らによる邦訳あり)．
Davis, C.A. and L. Bosart, 2001：Numerical simula-2006年 4月

duced tropical cyclogenesis, M on. Wea. Rev., 131,2730‑2747.
Jyakum,J.R.,J.R.Anderson,R.H.Gruman and E.L.
Grunner, 1989：North Pacific cold‑season surface
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木村龍治，1985：流れの科学（改訂版)，214pp．
小倉義光，1978：気象力学通論，東京大学出版会，249pp．

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