大気の構造と流れ

気温の鉛直分布から見た大気の構造
地球に降りそそぐ太陽エネルギーは、大気よりも地表面で吸収される量がはるかに多い。このため、大気は地表面に近い層から暖められ、上層と下層の大気の交換すなわち対流が起こります。対流が活発で、上空ほど気温が低下する地上から高さ10~16kmまでの大気の層は、対流圏と呼ばれています。雲や降水などの天気現象は対流圏で起こります。
　対流圏より上では、上空に向かって気温の低下率が小さいか、逆に気温が上昇するようになります。 このような気温分布の大気では、対流が起こりにくく成層圏と呼ばれています。また、成層圏と対流圏の境界を対流圏界面といいます。成層圏ではオゾン濃度が高く、オゾンが紫外線を吸収して大気が加熱されることが、成層圏形成の主因です。

地球大気の大規模な運動
　地球に達する太陽エネルギーは、約半分を可視光線が、残りのほとんどを赤外線が占めています。地球は、受け取った太陽エネルギーを赤外線として宇宙に放射します。 大気が受け取る正味の放射エネルギーは、低緯度で正で高緯度では負となり、この放射の効果によって低緯度と高緯度の間に気温差が生じます。この気温差を解消するように、大規模な大気の運動が引き起こされます。この運動は地球回転の影響を受けて、中緯度では西風となります。このうち、上層の特に風の強い部分をジェット気流といい、対流圏界面付近で最大となっています。この西風により、中緯度の高・低気圧は西から東へ移動することが多いです。

さまざまな気象現象

　気象現象は、煙草の煙のゆらぎに見られるようなミクロな乱流から、ブロッキング高気圧と言われるマクロな現象まで非常に広範な空間スケールにわたっている。天気予報に関係する気象擾乱は、水平規模およそ10kmで2～3時間持続する積乱雲（雷雲）、中規模（メソ）現象といわれる大雨をもたらす積乱雲の集団、台風、中緯度の高・低気圧、ブロッキング高気圧などである。これらの現象は独立して存在するものではなく、低気圧に伴う前線に沿ってさらにスケールの小さい雷雲の列が見られるように、相互に影響しあって実際の気象現象として現れる。

ブロッキング高気圧
　中・高緯度の上層のジェット気流が南北に大きく蛇行する場合には、地上では大規模な高気圧が停滞することがある。この高気圧をブロッキング高気圧といい、この様な現象をブロッキングという。これが起こると、同じような気象状態が長期間継続して異常気象をもたらすことが多いため、ブロッキングは週間予報や長期予報の重要な予測対象である。ブロッキング高気圧の発生には、チベット高原などの大きな山岳、大陸や海洋上の加熱が強く影響している。

温帯低気圧
　温帯低気圧は中緯度で発生し、西風にのって西から東に移動する。その水平規模は3～5千km程度であり、発生から消滅までの寿命は数日間である。温帯低気圧は、地表面における寒気と暖気の境目である前線と、前線に沿う悪天域を伴っており、日本のような中緯度地域での天気予報の重要な対象である。温帯低気圧を発達させ維持するエネルギーの源は、太陽エネルギーによって生じる低緯度と高緯度との気温差である。

台風
　熱帯低気圧は低緯度で発生し、その水平規模は数百～千km程度、寿命は１週間程度である。台風とは、北西太平洋に現われた熱帯低気圧のうち、最大風速がおよそ毎秒17m（34ノット）以上のものと定義される。
　熱帯海洋上では、太陽エネルギーが海面を温め大量の水蒸気を発生させ、積乱雲が発生しやすい状態になっている。積乱雲の内部では、水蒸気が凝結して降水となるときに多量の熱エネルギーが放出される。この積乱雲がまとまりをもった大規模な集団として組織化されることにより、熱帯低気圧が発生する。このため、熱帯低気圧は、海面水温が26～27°C以上で、かつ下層の大規模な気流が集まる地域でよく発生する。西太平洋には海面水温の高い海域が拡がっており、熱帯低気圧の発生頻度が高い。

中規模現象
　気象の分野では、水平スケールが20km～2千km程度の現象を中規模現象と呼んでいる。例えば梅雨前線上の低気圧や積乱雲、台風などである。
　梅雨前線や秋の長雨をもたらす秋雨前線は温帯低気圧に伴う前線とは性質が異なる。これらの前線は南の湿った気団と北の乾いた気団の境目に形成され、気温差はそれほど大きくない。前線の移動も明瞭ではなく停滞することが多い。この前線上に数百km程度の拡がりをもつ積乱雲の集団が発生し顕著な降水帯を形成するが、低気圧としてはほとんど発達しないことがある。この気象現象をさらに細かく見ると、水平規模が数十kmの複数個の積乱雲群からなっており、短時間に大雨をもたらす原因となる。

カテゴリ: 地理
質問: 成層圏はどうやってできるのか。
回答: 成層圏ではオゾン濃度が高く、オゾンが紫外線を吸収して大気が加熱されることが、成層圏形成の主因です。

カテゴリ: 地理
質問: 大気の運動はどうやって起こるのか。
回答: 大気が受け取る正味の放射エネルギーは、低緯度で正で高緯度では負となり、この放射の効果によって低緯度と高緯度の間に気温差が生じます。この気温差を解消するように、大規模な大気の運動が引き起こされます。

カテゴリ: 地理
質問: なぜブロッキングは週間予報や長期予報の重要な予測対象なのか。
回答: 中・高緯度の上層のジェット気流が南北に大きく蛇行する場合には、地上では大規模な高気圧が停滞することがある。この高気圧をブロッキング高気圧といい、この様な現象をブロッキングという。これが起こると、同じような気象状態が長期間継続して異常気象をもたらすことが多いため、ブロッキングは週間予報や長期予報の重要な予測対象である。

カテゴリ: 地理
質問: 熱帯低気圧が発生しやすい場所はどこか。
回答: 熱帯低気圧は、海面水温が26～27°C以上で、かつ下層の大規模な気流が集まる地域でよく発生する。