アイスランド付近の温帯低気圧

気象学において、サイクロン（/ ˈ s aɪ . k l oʊ n /）は、強い低気圧の中心の周りを回転する大きな気団であり、上空から見て北半球では反時計回り、南半球では時計回り（高気圧の反対）に回転する。[1] [2]サイクロンは、低気圧の帯の周りを回転する内向きの螺旋状の風を特徴とする。[3] [4]

サイクロン（低気圧）は地球以外の惑星、例えば火星、木星、海王星などでも観測されています。[5] [6] サイクロンの発生はサイクロンの形成と発達の過程です。[7]

温帯低気圧は、中緯度における温度差が顕著な広い領域（傾圧帯）で波として発生します。これらの傾圧帯は、低気圧循環が閉じて強まるにつれて縮小し、気象前線を形成します。低気圧のライフサイクルの後半では、寒気団が暖気を押し下げて寒冷核系となり、温帯低気圧は閉塞状態となります。低気圧の進路は、2日から6日間のライフサイクルを通じて、亜熱帯ジェット気流の方向づけによって決定されます。

気象前線は、温度、湿度、密度が異なる 2 つの空気塊の境界を示すもので、最も顕著な気象現象と関連しています。強い寒冷前線は、通常、狭い帯状の雷雨と悪天候を特徴とし、スコールや乾燥線が先行する場合もあります。このような前線は循環中心の西側に形成され、一般に西から東へ移動します。一方、温暖前線は低気圧中心の東側に形成され、通常、層状 降水と霧が先行します。温暖前線は、低気圧の進路に先立って極方向へ移動します。閉塞前線は、低気圧のライフサイクルの後期に低気圧の中心付近で形成され、多くの場合、嵐の中心を包み込みます。

熱帯低気圧の発生は、熱帯低気圧の発達過程を指します。熱帯低気圧は、激しい雷雨活動によって引き起こされる潜熱によって発生し、温核です。[8] [9]サイクロンは、温帯、亜熱帯、熱帯の各段階間を遷移できます。[10]メソサイクロンは陸上で温核サイクロンとして発生し、竜巻の形成につながることがあります。[11]メソサイクロンから ウォータースパイクも発生しますが、不安定性が高く垂直方向の風のシアが低い環境で発生する場合の方が多いです。[12]大西洋と北東太平洋では、熱帯低気圧は一般にハリケーン(古代中央アメリカの風の神ウラカンの名前に由来) と呼ばれ、インド洋と南太平洋ではサイクロン、北西太平洋では台風と呼ばれます。[13] 渦の不安定性の成長は普遍的ではありません。例えば、渦の大きさ、強度、湿潤対流、表面蒸発、各潜在高度における潜在温度の値は、渦の非線形発展に影響を与える可能性がある。[14]

名前

サイクロンという用語は、ギリシャ語のκύκλος（古代ギリシャ語で「円」または「リング」を意味するkýklos ）に由来し、サイクロンの風が螺旋状になることに由来する。[15]この言葉は、イギリス東インド会社の役人ヘンリー・ピディントンによって造られた。彼は1836年から1855年の間にカルカッタで発生した熱帯暴風雨に関する40本の論文を『アジア協会誌』に発表した。[16]

構造

表面分析による温帯低気圧と熱帯低気圧の比較

すべてのサイクロンには共通する構造的特徴がいくつかあります。サイクロンは低気圧の領域です。[17]サイクロンの中心（成熟した熱帯低気圧では目と呼ばれることが多い）は、その領域内で最も気圧が低い領域です。[17]中心付近では、圧力勾配力（サイクロンの中心の圧力とサイクロン外部の圧力との比較）とコリオリの力はほぼ釣り合っている必要があります。そうでなければ、圧力差の結果としてサイクロンは崩壊してしまいます。[18]

コリオリの力により、大きなサイクロンの周りの風の流れは、北半球では反時計回り、南半球では時計回りになります。[19]そのため、北半球では、地球の表面に対して最も速い風は、北向きのサイクロンの東側と西向きのサイクロンの北側で発生します。南半球ではその逆になります。[20]

形成

初期の温帯低気圧は、画像上の赤い点の位置に形成されます。これは通常、低気圧発生初期に衛星画像で見られる木の葉のような雲の形成と垂直（直角）になります。上層ジェット気流の軸の位置は水色で示されています。
熱帯低気圧は、上昇気流中の水分の凝結によって放出されたエネルギーが暖かい海水上で正のフィードバックループを引き起こすことで発生します。 [21]

サイクロンの発生は、大気中のサイクロン循環の発達または強化です。[7]サイクロンの発生は、ある種のサイクロンの発生につながるいくつかの異なるプロセスの総称です。[22]

熱帯低気圧は、活発な対流活動の結果として形成され、暖核です。[9]メソサイクロンは、陸上で暖核サイクロンとして形成され、竜巻の形成につながる可能性があります。[11] ウォータースパウトもメソサイクロンから形成されますが、不安定性が高く、垂直方向の風のシアが低い環境で発生することが多いです。[12]サイクロリシスはサイクロン生成の反対で、高気圧の形成、つまり反サイクロン生成を扱い、高気圧システムに相当します。[ 23]

地表低気圧は様々な方法で形成される。地形が地表低気圧を形成することもある。メソスケール対流システムによって、当初は暖核である地表低気圧が発生することもある。[24]擾乱は前線に沿って波状に発達し、低気圧はその頂上に位置する。低気圧の周囲では、流れは低気圧性となる。この回転流は、低気圧の西側では極地の空気を赤道方向へ、東側では暖気を極方向へ移動させる。西側には寒冷前線が、東側には温暖前線が形成される。通常、寒冷前線は温暖前線よりも速い速度で移動し、低気圧の前方にある高密度の気団がゆっくりと侵食することで温暖前線に「追いつく」。さらに、低気圧の背後に流れ込む高密度の気団は、より高圧で密度の高い寒気団を強化する。寒冷前線は温暖前線を覆い、温暖前線の長さを短縮させる。[25]この時点で閉塞前線が形成され、暖かい空気の塊が上空の暖かい空気の谷に押し上げられ、トロワルとも呼ばれます。[26]

熱帯低気圧の発生は、熱帯低気圧の発達と強まりである[27]。熱帯低気圧の発生メカニズムは、中緯度低気圧の発生メカニズムとは明確に異なる。熱帯低気圧の発生、すなわち暖核低気圧の発達は、好ましい大気環境における顕著な対流から始まる。熱帯低気圧の発生には、主に2つの条件がある。十分に暖かい海面水温[ 28]と低い鉛直風せん断[29]である。

世界中で毎年平均86個の熱帯低気圧が発生し、[30]そのうち47個がハリケーン/台風の強さに達し、20個が強力な熱帯低気圧（サファー・シンプソンハリケーンスケールで少なくともカテゴリー3の強さ）になります。[31]

総観型

イギリスとアイルランドに影響を与える温帯低気圧の架空の総観図。等圧線間の青い矢印は風向を示し、「L」記号は「低気圧」の中心を示しています。閉塞前線、寒冷前線、温暖前線境界に注意してください。

総観図では以下の種類のサイクロンが識別できます。[32]

表面ベースのタイプ

地上ベースのサイクロンには、温帯低気圧、亜熱帯低気圧、熱帯低気圧の 3 つの主な種類があります。

温帯低気圧

温帯低気圧は、総観規模の 低気圧システムであり、熱帯の特徴を持たない。 [33]前線と水平勾配（垂直勾配ではなく）と関連しており、「傾圧帯」とも呼ばれる。[34]

「温帯低気圧」は、熱帯地方外、中緯度に位置する低気圧を指します。これらの低気圧は、発生地域から「中緯度低気圧」と呼ばれることもあります。また、熱帯低気圧が熱帯地方を越えて移動（温帯遷移）した場合は「後熱帯低気圧」と呼ばれることもあります。[34] [35]気象予報士や一般の人々からは、これらの低気圧はしばしば「低気圧」または「低気圧」と呼ばれます。[36]これらは、高気圧とともに、地球上の多くの地域で気象に影響を与える日常的な現象です。[37]

温帯低気圧は偏西風内の温度と露点の勾配の帯に沿って発生するため、ほとんどの場合傾圧型に分類されるが、低気圧の周囲の温度分布が半径にわたってほぼ均一になると、ライフサイクルの後半に順圧型になることもある。 [38]温帯低気圧は、中心部を温めるのに十分な温水上に停滞し、その結果中心対流が発生すると、亜熱帯嵐に、さらに熱帯低気圧に変化する可能性がある。[39]冬季に発生する特に強い温帯低気圧は、俗にノーイースターと呼ばれる。[40]

極低気圧

2009年12月の日本海上空の低気圧

極低気圧は、北半球と南半球の両方で、主極前線の極側の海域に見られる小規模で短命な低気圧（低気圧）である。極低気圧は、1960年代に利用可能になった気象衛星画像で初めて確認され、高緯度に多数の小規模な雲渦が見られることがわかった。最も活発な極低気圧は、ノルウェー海、バレンツ海、ラブラドル海、アラスカ湾など、冬季の北極海およびその付近の特定の氷のない海域に見られる。極低気圧は陸地に上陸すると急速に消散する。南極の低気圧は、大陸周辺の気海温度差が一般的に小さいため、北極の低気圧よりも弱い傾向がある。しかし、活発な極低気圧は南極海上に見られることがある。[41]

冬季には、対流圏中層の気温が−45℃（−49℉）に達する寒冷低気圧が外洋上を移動すると、深層対流が発生し、極低気圧の発達が起こりやすくなります。[42]極低気圧の水平方向の長さは通常1,000キロメートル（620マイル）未満で、存続期間は2、3日以内です。これらはメソスケール気象システムの一部です。極低気圧は従来の天気予報では検知が困難な場合があり、船舶やガス・石油プラットフォームなどの高緯度地域での活動に危険をもたらします。極低気圧は、極メソスケール渦、北極ハリケーン、北極低気圧、寒気低気圧など、様々な名称で呼ばれてきました。今日では、この用語は通常、地表付近の風速が少なくとも17メートル/秒（時速61キロメートル、時速38マイル）に達する、より活発なシステムを指すのに用いられています。[43]

亜熱帯

2016年1月に北大西洋で発生した亜熱帯暴風雨アレックス

亜熱帯低気圧は、熱帯低気圧と温帯低気圧の両方の特徴を持つ気象システムです。赤道から北緯50度の間で発生することがあります。[44] 1950年代初頭、気象学者は亜熱帯低気圧を熱帯低気圧と分類すべきか明確ではなく、亜熱帯低気圧と温帯低気圧の混合型を指すために準熱帯低気圧や亜熱帯低気圧といった用語を使用していました。[45] 1972年までに、米国立ハリケーンセンターは、この低気圧を正式に分類しました。[ 46 ] 亜熱帯低気圧は、2002年に大西洋盆地の公式熱帯低気圧リストから除外されました。[44]亜熱帯低気圧は、一般的な熱帯低気圧よりも中心から離れた場所に最大持続風が吹く広い風向パターンを持ち、温度勾配が弱い地域から中程度の地域に発生します。[44]

亜熱帯低気圧は、熱帯地方で通常見られるよりも上空の気温が低い温帯低気圧から発生するため、その形成に必要な海面水温は約23℃（73°F）で、これは熱帯低気圧よりも3℃（5°F）低い。[47]これは、亜熱帯低気圧が従来のハリケーンシーズンの範囲外で発生する可能性が高いことを意味する。亜熱帯低気圧はハリケーン並みの強風を伴うことは稀であるが、中心部が温まるにつれて熱帯性になる可能性がある。[48]

トロピカル

国際宇宙ステーションから見たハリケーン・フローレンス

熱帯低気圧は、低気圧の中心と多数の雷雨を特徴とする暴風雨システムであり、強風と豪雨をもたらします。[49]熱帯低気圧は、湿った空気が上昇する際に放出される熱をエネルギー源とし、湿った空気に含まれる水蒸気が凝結します。[ 49 ]熱帯低気圧は、北東風、ヨーロッパ風、極低気圧などの他の低気圧性暴風とは異なる熱メカニズムによって発生するため、「暖核」暴風雨システムに分類されます。[49] [9]

「熱帯」という用語は、これらのシステムの地理的起源（地球上のほぼ熱帯地域でのみ発生する）[50]と、その形成が海洋熱帯気団に依存していることの両方を指します。「サイクロン」という用語は、嵐のサイクロン性を指し、北半球では反時計回り、南半球では時計回りに回転します[50]。熱帯低気圧は、発生場所と強さに応じて、ハリケーン、台風、熱帯暴風雨、サイクロン性暴風雨、熱帯低気圧、または単にサイクロンなど、さまざまな名称で呼ばれます[50] 。

熱帯低気圧は、非常に強い風と豪雨を引き起こすだけでなく、高波と破壊的な高潮を引き起こすこともあります。[51] 風によって波のサイズが大きくなり、その過程でより多くの熱と水分がシステム内に取り込まれ、その結果、波の強さが増します。熱帯低気圧は広大な温水域で発生するため、[52]陸地を通過すると強さを失います。[53]これが、沿岸地域が熱帯低気圧によって大きな被害を受けるのに対し、内陸地域が強風の影響を比較的受けない理由です。[50]しかし、大雨は内陸で大規模な洪水を引き起こす可能性があります。[50]高潮とは、海面上昇のことです。これは、中心気圧の低下によって水が「吸い上げられる」ことと、風によって水が「積み上げられる」ことによって引き起こされます。高潮は、海岸線から最大40キロメートル（25マイル）の範囲で広範囲にわたる沿岸洪水を引き起こす可能性があります。 [50]熱帯低気圧は人類に壊滅的な影響を与える可能性がある一方で、干ばつの緩和にも役立ちます。[54]また、熱帯地方から熱とエネルギーを運び去り、温帯 地域へと輸送します。[50]そのため、熱帯低気圧は地球の大気循環メカニズムにおいて重要な役割を果たしています。その結果、熱帯低気圧は地球の対流圏の平衡を維持するのに役立っています。[50]

多くの熱帯低気圧は、大気中の弱い擾乱の周囲の大気条件が良好な場合に発生します。 [50]他の種類の低気圧が熱帯性の特徴を獲得すると、他の熱帯低気圧が発生します。熱帯低気圧は、対流圏の風によって移動します。条件が良好なままであれば、熱帯擾乱は強まり、目を形成することさえあります。一方、周囲の条件が悪化したり、熱帯低気圧が上陸したりすると、熱帯低気圧は弱まり、最終的には消滅します。熱帯低気圧は、高緯度に向かって移動するにつれて、そのエネルギー源が凝結による熱放出から気団間の温度差に変化すれば、温帯低気圧になる可能性があります。[9]熱帯低気圧が温帯低気圧に移行する過程で亜熱帯低気圧になることは通常考えられません。[55]

上位レベルタイプ

極低気圧

極低気圧、亜極低気圧、または北極低気圧（極渦とも呼ばれる）[56]は、冬に強くなり夏に弱まる広大な低気圧領域です。[57]極低気圧は、通常 1,000 キロメートル (620 マイル) から 2,000 キロメートル (1,200 マイル) に及ぶ低気圧の気象システムであり、 [58]北半球では空気が反時計回りに、南半球では時計回りに循環します。高高度で極方向へ移動する気団に作用するコリオリの加速度により、高高度で反時計回りの循環が発生します。空気の極方向への動きは、極セルの空気の循環に起因します。極低気圧は、熱帯低気圧のように対流によって駆動されるのではなく、また温帯低気圧のように冷気団と暖気団の相互作用によって駆動されるのではなく、極セルの地球全体の空気の動きによって生じます。極低気圧の基底は中層から上層対流圏にあります。北半球では、極低気圧は平均して2つの中心を持ちます。1つはバッフィン島付近、もう1つはシベリア北東部にあります。[56]南半球では、西経160度付近のロス棚氷の縁付近に位置する傾向があります。 [59]極渦が強い場合、その影響は偏西風（東向き）として地表で感じられます。極低気圧が弱い場合、顕著な寒波が発生します。[60]

TUTTセル

特定の状況下では、夏季に北半球の海洋の中央に位置する熱帯上層対流圏トラフ (TUTT) の底から、上層の寒冷低気圧が分離することがあります。これらの上層対流圏低気圧性渦は、TUTT セルまたは TUTT 低気圧とも呼ばれ、通常は東北東から西南西へゆっくりと移動し、その底は高度 20,000 フィート (6,100 メートル) 未満に広がることはありません。貿易風内の弱い反転地表トラフが通常その下に見られ、広範囲にわたる高層雲を伴うこともあります。下降発達により積雲が増加し、地表渦が出現します。まれに、暖核熱帯低気圧になることもあります。上層低気圧と、熱帯低気圧の後を走る上層トラフは、追加の流出チャネルを引き起こし、低気圧の激化を助けることがあります。発達中の熱帯擾乱は、そこから噴出するジェット気流によって、その影響で上層気圧の谷や上層低気圧を形成したり、その深度を深くしたりすることがあります。[61] [62]

非総観型

以下の種類のサイクロンについては、総観図では識別できません。[32]

メソサイクロン

メソサイクロンは、対流性嵐の中にある、直径2.0キロメートル（1.2マイル）から10キロメートル（6.2マイル）（気象学のメソスケール）の空気の渦で​​ある。[63]空気は上昇し、垂直軸の周りを回転し、通常は北半球と南半球の両方で低気圧と同じ方向に進む。 [64]それらはほとんどの場合サイクロン性であり、つまりスーパーセル内の局所的な低気圧域を伴っている。[64] [65]このような嵐は強い地表風と激しい雹を特徴とすることがある。[64]メソサイクロンはスーパーセル内の上昇気流とともに発生することが多く、そこで竜巻が発生することがある。[64]米国では年間約1,700個のメソサイクロンが発生するが、そのうち竜巻が発生するのは半分に過ぎない。[11]

砂嵐

砂塵旋風は、塵などのゴミが空中に巻き上げられる渦の一種である。 [66] [67]ほとんどの砂塵旋風は、幅が10フィート(3.0m)から300フィート(91m)、高さが500フィート(150m)から1,000フィート(300m)であるが、最も強いものでは高さが数千フィートに達することもある。風速は砂塵旋風の大きさによって異なり、大きいものでは少なくとも時速60マイル(97km/h)、最大で時速75マイル(121km/h)の風が吹く。砂塵旋風は晴れた日に暖かい地表で発生し、地表の種類が変化する地域で発生することが多く、周囲の空気が不安定になることが必要となるため、条件が安定すると消滅する。そのため、砂漠で発生することが多い。通常は数分で消滅するが、強い砂塵旋風は1時間以上続くこともある。砂塵旋風は竜巻よりも小さく、通常は無害ですが、より強いものは小さな構造物を破壊する可能性があります。砂塵旋風は地球だけでなく火星でも観測されています。[66]

竜巻

水上竜巻は水上で発生する柱状の渦で、最も一般的な形態は積雲に連結した非スーパーセル 竜巻です。陸上で発生する竜巻のほとんどよりも弱い場合が多いですが、メソサイクロンによって発生するより強力な竜巻も存在します。[68]

蒸気悪魔

蒸気渦は、上昇する水蒸気によって目に見えるようになる、静かな水面または湿地の上空で発生する穏やかな渦です。[69]

火の渦

火の旋風は、口語的には火の悪魔、火の竜巻、火のネード、または火の竜巻とも呼ばれ、火災によって引き起こされる旋風であり、多くの場合、炎または灰で構成されています。

他の惑星

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した火星のサイクロン

サイクロンは地球特有の現象ではありません。サイクロン嵐は巨大惑星でよく見られ、例えば海王星の小暗斑[70]などが挙げられます。この小暗斑は大暗斑の直径の約3分の1で、目のように見えることから「魔法使いの目」というニックネームが付けられています。この外観は、魔法使いの目の中央にある白い雲によって生じます。[6]火星でもサイクロン嵐が発生しています。[5]大赤斑のような木星の嵐は、巨大ハリケーンやサイクロン嵐と誤って呼ばれることがよくあります。しかし、これは正確ではありません。大赤斑は実際には逆の現象、つまり高気圧です。[ 71 ]

参照

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