はじめて学ぶ海洋学：第４回

台風はどうして日本に来ちゃうの？
海洋と大気の相互作用
教科書34p．～49p．
yokose@kumamoto-u.ac.jp

今日の内容• 台風の原動力は、熱帯の暖かい海• 海水は、地球の大事な熱貯蔵庫• 大気循環は、暖められた海水が支配する• 地球の熱を大気循環を使って宇宙へ放出

地球温暖化と海洋学的知識の関連「不都合な真実」をよりよく理解するために

2010年、台湾の南西にいた台風13号

台風の発生と進路は、なにが決めるのか？

台風の進路はインターネットで調べられる• 比較してみると面白い
気象庁サイト（３日先まで）（５日先まで）ヨーロッパのサイト（１０日先までの予測）
Windy（上記サイトのデータを使用）
アメリカのサイト（５日先まで）
カナダのサイト（１０日先まで）
各サイトのモデル計算を比較した図

台風の進路を決める偏西風・貿易風

台高高台風・ハリケーン・サイクロンは赤道の近くで発生して、カーブしながら高緯度地方に向かう。

いずれも赤道近くの、洋上で発生している教科書48p． 図2-13参照

地球の大まかな気圧配置：緯度による分帯
低低高低低
高低高高低低低

高高高低
台風は、高気圧の周囲に沿って移動している。
高低高高

7月の気圧配置高低低

1月の気圧配置

高高高高低低高低低高高低台風は温度の高い海水をエネルギー源にしている。
2005年にアメリカ南部を襲ったハリケーン
カトリーナ。
死者・行方不明者＝約2500名
避難民： 300万人＜世界的な影響＞
原油価格や穀物価格の高騰

2005年ハリケーン
カトリーナ

台風は、海面温度の高いところで発生する。

台風のおさらい• Hurricanes太陽が真上から当たる熱帯地方は、地球上で最も日射量が高く、しかもアルベドの低い海に覆われているため加熱されやすい。
寒い

熱いだから、赤道周辺の海水は効率よく太陽で熱せられる。
海水が熱せられることと、台風が発生することのつながりは？
Good Point!

大気循環における水の役割は重要
540cal/g 水滴が凝結する
発熱
水
分が蒸発す
る

水

氷ができる
雲

80cal/g
発熱

氷

水

雨

540cal/g
吸熱
太陽の光によって熱せられる〔海面や地面〕

地 雪 80cal/g
表がに 解 吸熱
降けりて
注雨ぐと
なって

水を介した、熱の輸送（潜熱）
固体

吸熱

融解

凝結

液体

加熱

冷却

吸熱

気体

蒸発

凝結

発熱
発熱

水（0℃, 1g）に100cal 熱量を加える：100℃のお湯になる。
氷（0℃, 1g）に100cal 熱量を加える：20℃の水になる。

応用例は、そうです、保冷剤です。
基本的には、99％水と少量の高分子吸収体など。
保冷材は、凍っていないと意味がありません。

水素結合が、温度変化を妨げる
-O＋H

H＋＋H

H＋-O-＋H

H＋-O-

H＋-O-＋H

H+とO-からなる、水素結合を切断するのにエネルギーが必要水は,100℃でなくても蒸発する！

• 水が蒸発するのは、周囲より温度が高いから？
いいえ、水は、１００℃でなくても蒸発します。
冬だろうと、夏だろうと、洗濯物は乾きます。
ただ、夏に比べると冬のほうが乾きが遅くなる。
（飽和水蒸気圧や沸騰と間違えないように）。

蒸気圧
0℃ 6hPa
80℃ 475hPa
760mmHg = 30

20℃
100℃

23hPa
1013hPa

inch Hg 柱

40℃ 74hPa
120℃ 1989hPa＝インチは親指の幅

水蒸気は軽いので空気中を上昇できる。
• 空気は、基本的に窒素（N2)と酸素（O２）でできている。

• それぞれの分子量は、28と32である。一方、水分子（H2O）は、18なので、平均的な空気よりも軽い。

• したがって、必ずしも温度が高くなくても上昇できる。

• ただし、水滴になると一気に密度が増加して落ちてくる（雨）。

教科書41ｐ．図２－８参照

水蒸気を多く含んだ軽い空気は、上昇し、膨らんで、さらに軽くなる。
上昇流

拡大

下降流

圧縮

冷却
加熱
圧力が下がる

圧力が上がる

積乱雲と水蒸気の蒸発：夏空

成層圏

対流圏界面

対流圏

水蒸気

太陽にやって暖められた、赤道地域の海や夏の海は、多量の水蒸気が発生し、水分と熱を上空に持ち上げる。

教科書

42ｐ．図２－９参照

熱宇宙から見た積乱雲

http://eol.jsc.nasa.gov/scripts/sseop/photo.pl?mission=ISS016&roll=E&frame=27426

ISS016-E-27426

地球の熱を宇宙に吐き出せ
熱圏
中間圏界面

放射

中間圏
紫外線の吸収

成層圏界面
成層圏
放射

対流圏

対流圏界面

オゾン層

横風を上昇気流と下降気流で作り出せ！

大気の循環パターン
低気圧
（上昇流）

高気圧
（下降流）

暖められた気体は軽くなって上昇冷やされた気体は、重くなって下降する。

海陸風の原理（大気循環の局地性）

シーブリーズ

ランドブリーズ
http://www.free-online-private-pilot-ground-school.com/Aviation-Weather-Principles.html

教科書p．３８

図２－７参照モンスーン：巨大な海陸風
大陸と海洋の位置関係で決まる
海洋：
熱しにくくさめにくい

7月

大陸：
熱しやすくさめやすい

1月

大気の循環が風を起こす！
冷やされて重くなった空気

熱
赤外線放射

成層圏

対流圏界面

水蒸気

対流圏
雨

乾いた重たい空気となって地表に戻る

高気圧

湿潤で軽い空気
水分は雨となって戻ってくる

低気圧

単位体積当たりの気体分子数が異なる
期待の熱帯地域で上昇して、極域で下降すだ赤
空極
る簡単なセルだろうか？
か道
気域
らは、年
上中
昇暑
流くが水
卓蒸
越気
すがる豊
富がは
冷、や年さ中れ寒てい、か降らりてくる。

もっと複雑な循環セルを地球は持っています。
放射冷却による下降流

フェレル循環

ハドリー循環

極循環

複雑さは、地球の自転によってもたらされます。

積乱雲

渦巻きを作り出すコリオリ力

貿易風：コリオリ力による渦巻き
左南に半曲球がでるは性、質進が行あ方る向。に対して

亜熱帯高圧帯
貿易風
熱帯収束帯

右北に半曲球がでるは性、質進が行あ方る向。に対して

Wind patterns• Global wind Pattern大気の循環は、渦巻き状

Oceanography (Tom Garrison, 2012)回転している場での物の動き

その場でみると、曲がっているけど。
外側から見ると意外とまっすぐ！

コリオリ力• Coriolis effect自転の影響（コリオリ力）で右に曲がる（北半球）

ちなみに：自転スピードは赤道上で500m／sec（音速：330ｍ／sec）
公転スピードは、30km/sec

• コリオリ力は北半球と南半球で向きが変わる。
北半球では、右に曲がろうとする
南半球では、左に曲がろうとする• コリオリ力は、緯度によって異なる
高緯度地方は、影響が大きい
低緯度地方は、影響が小さい
赤道上では、コリオリ力が働かないコリオリ力2 (スピン成分：渦）流れに対して直角右向きに作用するコリオリ力は、極で最大になり赤道で0になる。
北上流に対してのβ効果は、時計回りの回転を与える。南下流に対してのβ効果は、北上流の場合とは逆に、反時計回りの回転を与える。地球は、自転している上に球体であるという特徴を持つため、このような効果が自然現象に現れる。
ただ、地球規模の現象だから、実生活で体感することはまず不可能である。

高気圧・低気圧の風向き
時計回り（北半球）に噴出す
高気圧の風砂漠地帯が帯状に存在する理由• 乾いた風が吹き降りる場所
乾燥地帯• 湿った空気が上昇できる場所
湿潤地帯

高緯度，中緯度，低緯度（30°刻み）赤道極東風
高緯度
ー60°Ｎー
偏西風
中緯度ー30°Ｎー
低緯度 貿易風ー0°ー
低緯度 貿易風ー30°Ｓー
偏西風
中緯度ー60°Ｓー
極東風
高緯度

砂漠地帯がある緯度地域に帯になる

可視光イメージ

波長6000nmイメージ
水蒸気の多いところは白く、少ないところは、黒く示される。

乾燥地帯と湿潤地帯• Seasonal Pressure and Precipitation Pattern

まとめ• 台風は、赤道の近くの海域で発生する。
• 太陽光によって加熱された海水が、その原動力となる。
• 太陽光の熱変換は、地球上の位置と物性に支配される。
• 雪は、太陽光をもっともよく反射し、海洋は逆に、太陽光をもっとも効率よく吸収する。

• 海に吸収された太陽光エネルギーは、水分子の蒸発によって、熱を上空に持ち去る。

• 多量に発生した水蒸気は、急激に上昇し、積乱雲を形成し、時には台風に発達する。

• この上昇過程と上空における放熱過程で、大気循環が駆動され、地球内熱収支に大きく関与する。