アリゾナ州フェニックスでダウンバーストが観測された。
空港で発生したマイクロバーストのイラスト。空気は地表に達するまで下降運動を続け、その後、あらゆる方向に広がります。マイクロバーストの風向は竜巻とは逆です。

気象学では、ダウンバーストは、上空の点源から発生し、放射状、つまり地表レベルの衝撃領域からすべての方向に直線的に吹く、下向きかつ外向きの強い突風システムです。これは、積雲混雑や積乱雲などの深く湿った対流状態のときに発生します。破壊的な風を発生させる可能性があり、高速の風が中央領域を旋回し、空気が内側と上方に移動する竜巻と混同されることがあります。これらは通常、数秒から数分間続きます。ダウンバーストは、雷雨（または雷を発生させない積乱雲や積乱雲からダウンバーストが発生することがあるため、深く湿った対流）内の特に強い下降気流です。ダウンバーストは、降水によって著しく冷却された空気の領域によって最も頻繁に発生し、地表に到達した後（下降し）、すべての方向に広がって強風を生成します。

ドライダウンバーストは雨量が非常に少ない雷雨に伴って発生し、ウェットダウンバーストは降水量の多い雷雨によって発生します。[1] マイクロバーストとマクロバーストは、それぞれ非常に小規模と大規模のダウンバーストです。ドライダウンバーストの稀な変種であるヒートバーストは、降雨量の少ない古い流出境界やスコールラインの裏側で鉛直流によって発生します。ヒートバーストは、形成時に雨で冷やされた空気が不足し、降下中に圧縮加熱されるため、非常に高い温度を生成します。

ダウンバーストは航空業界で注目されているトピックです。なぜなら、ダウンバーストによって垂直のウィンドシアが発生し、特に対気速度性能の窓が最も狭い着陸(または離陸) 時に航空にとって危険となる可能性があるからです。過去数十年間に起きたいくつかの致命的かつ歴史的な墜落事故はこの現象に起因しており、航空乗務員の訓練では、ダウンバースト/ウィンドシア事象を適切に認識して回復する方法について徹底的に学習します。ウィンドシアからの回復は、他の悪天候事象の中でも、航空乗務員が受け、必ず修了しなければならないフライトシミュレーター訓練の標準的なトピックです。検知およびナウキャスト技術は、世界の多くの地域、特に主要空港の周辺で実装されており、多くの場合、実際に飛行場にウィンドシア検知装置が設置されています。この検知装置は、航空管制官とパイロットが、嵐の際に空港内または空港付近での運航の安全性と実現可能性について判断する際に役立ちます。[2]

意味

ダウンバーストは直線上にダメージを与えます。

ダウンバーストは、下降する気柱が地表に衝突した後に四方八方に広がり、時速240キロメートル（150マイル）を超える直線的な風を発生させる現象で、竜巻による被害と類似するが、区別できる被害をもたらすことが多い。[1]ダウンバーストによる被害は、下降する気柱が地表に衝突する際に広がるにつれて中心点から放射状に広がるのに対し、竜巻による被害は回転する風に一致する収束的な被害となる傾向がある。竜巻による被害とダウンバーストによる被害を区別するため、マイクロバーストによる被害には直線的な風という用語が用いられる。

降水のない空気やバーストを含む空気中のダウンバーストはドライダウンバーストと呼ばれ、[3]降水を伴うものはウェットダウンバーストと呼ばれます。これらは通常、降水で冷やされた空気が地表に押し寄せることで形成されますが、雷雨の力学プロセスによって上空の強風が地表に向かって偏向することで発生することもあります（後方側面下降気流を参照）。[要出典]ほとんどのダウンバーストの範囲は4 km（2.5マイル）未満であり、マイクロバーストと呼ばれます。[4]範囲が4 km（2.5マイル）を超えるダウンバーストはマクロバーストと呼ばれることがあります。[4]ダウンバーストは広い範囲で発生することがあります。極端なケースでは、ダウンバーストが連続して発生し、デレチョが発生します。デレチョは、幅320km（200マイル）以上、長さ1,600km（1,000マイル）以上の広大な地域を覆い、12時間以上持続し、最も激しい直線風を伴います。[5]

マイクロバーストという用語は、メソスケール気象学者のテッド・フジタによって、直径4km（2.5マイル）以下の範囲に影響を与えるものとして定義され、ダウンバーストの一種として、より広い範囲に影響を及ぼす一般的なウィンドシアとは区別されています。[6]フジタはまた、直径4km（2.5マイル）を超えるダウンバーストをマクロバーストという造語で表現しました。[7]

ドライダウンバースト

ドライマイクロバーストの概略図

雨が雲底に降り注いだり、乾燥した空気と混ざったりすると、蒸発が始まり、この蒸発作用によって空気が冷やされます。密度の高い冷たい空気は下降し、地表に近づくにつれて加速します。冷たい空気は地表に近づくと、あらゆる方向に広がります。このような、曲率がほとんどまたは全くないパターンで広がる強風は、直線風と呼ばれます。[8]

ドライダウンバーストは、通常、地表降雨量がほとんどないか全くない高層雷雨によって発生します。Skew -T log-P熱力学図で見られるように、熱および水分プロファイルが逆V字型を示す熱力学的プロファイルを特徴とする環境で発生します。Wakimoto (1985) [要出典]は、米国高原地帯におけるドライダウンバースト環境の概念モデルを開発しました。このモデルは、中層の水分、中層対流圏の雲底、そして低い地表相対湿度という3つの重要な変数で構成されています。これらの条件により、降下する空気から水分が蒸発し、空気が冷却されて密度が高くなるため、降下速度が速くなります。

湿ったダウンバースト

湿性マイクロバースト
2025年9月22日、ブラジルのピラシカーバで発生したウェットダウンバースト。

ウェットダウンバーストは、地表でかなりの降水量を伴う。[9]これらのダウンバーストは、雲塊の下方加速における降水抵抗と、「ドライ」ダウンバーストを引き起こす傾向のある負の浮力に大きく依存する。結果として、これらのダウンバーストの形成には、より高い混合比が必要となる（これが「ウェット」マイクロバーストと呼ばれる）。氷、特に雹の融解は、ダウンバーストの形成に重要な役割を果たしているようである（Wakimoto and Bringi, 1988）[全文引用要]。特に地表から1km（0.6マイル）下の層では顕著である。[10] [全文引用要]これらの要因は、ウェットマイクロバーストの予測を困難にしている。

直線風

直線風（鋤風、突風、プレーリーハリケーンとも呼ばれる）は非常に強い風で、竜巻のような回転する被害パターンを示さず、被害をもたらすことがある。[11]直線風は雷雨の突風前線でよく見られ、雷雨のダウンバーストで発生する。これらの現象は、竜巻が発生していなくても、かなりの被害をもたらすことがある。突風は最大で58メートル/秒（130マイル/時）に達することがあり[12]、26メートル/秒（58マイル/時）以上の風が20分以上続くこともある。[13]米国では、このような直線風は、不安定性が最も高く気象前線が定期的に国を横断する春に最も多く発生する。[要出典]デレチョスと呼ばれる直線的な風現象は、米国東部全域で発生する可能性がある[14]

直線的な風は海洋事業に損害を与える可能性があります。小型船舶、カッター、帆船はこの気象現象の危険にさらされています。[要出典]

形成

ダウンバーストの形成は、乾燥した空気中を雹や大きな雨滴が落下することから始まります。雹は融解し、雨滴は蒸発することで周囲の空気から潜熱を奪い、空気を著しく冷却します。冷たい空気は周囲の暖かい空気よりも密度が高いため、地表に沈みます。冷たい空気が地面や水面に衝突すると広がり、メソスケール前線がガストフロントとして観測されます。ダウンバーストの直下および直近の地域では、風と降雨量が最も強くなります（もしあれば）。また、雨で冷やされた空気は中層対流圏から下降するため、気温の大幅な低下が見られます。地表との相互作用により、ダウンバーストは急速に勢いを失って扇状に広がり、マイクロバーストの周辺でよく見られる特徴的な「渦巻き形状」を形成します（図参照）。ダウンバーストは通常​​、スコールラインやデレチョ現象を除き、数分間しか持続せず、その後消滅します。しかし、その短い持続時間にもかかわらず、マイクロバーストは航空や財産に重大な危険をもたらし、地域に甚大な被害をもたらす可能性があります。

ダウンバーストは、ダウンバースト、アウトバースト、クッションステージの3つの段階を経るサイクルを経ます。[15]

ダウンバーストの発達段階

ダウンバーストの発達は、接触段階、アウトバースト段階、クッション段階の3つの段階に分けられます。[16]

  • ダウンバーストは、下降気流が雲底から下降し始めると最初に発生します。下降気流は加速し、数分以内に地表に到達します（接触段階）。
  • アウトバーストの段階では、ダウンバーストの冷たい空気が地表との衝突点から離れていくため、風は「渦巻き」ます。
  • クッション段階では、カール周辺の風は加速し続けますが、表面の風は摩擦により減速します。
  • 気象レーダーのダウンバースト
    気象レーダーのダウンバースト
  • 時間によるマイクロバーストの垂直断面
    時間によるマイクロバーストの垂直断面

気象レーダーのドップラー表示では、ダウンバーストはアウトバースト期とクッション期における放射状の風の連なりとして観測されます。右端の画像は、 2012年にアラバマ州ハンツビルのARMORドップラー気象レーダーで観測されたダウンバーストです。レーダーは画像の右側にあり、ダウンバーストはレーダーに近づく速度（緑）と遠ざかる速度（赤）を分ける線に沿っています。

乾性ダウンバーストと湿性ダウンバーストの物理的プロセス

簡略化された浮力方程式を用いた基本的な物理プロセス

まず、垂直方向の運動量方程式を使用します。

変数を基本状態と摂動に分解し、基本状態を定義し、理想気体の法則（）を用いると、方程式は次の形で表される。

ここで、Bは浮力である。仮想温度補正は通常かなり小さく、良好な近似値となるため、浮力を計算する際には無視できる。最後に、降水荷重が鉛直運動に与える影響は、液体水混合比（ ）の増加に伴って浮力が減少する項を加えることでパラメータ化され、最終的な小包の運動量方程式の形が得られる。

最初の項は、擾乱圧力勾配が鉛直運動に与える影響です。一部の嵐では、この項は上昇気流に大きな影響を与えます（Rotunno and Klemp, 1982）。しかし、下降気流には（少なくとも最初の近似値では）大きな影響を与えると考える根拠は乏しいため、ここでは無視します。

2つ目の項は、浮力が鉛直運動に与える影響です。ダウンバーストの場合、Bは負の値、つまり雲塊が周囲よりも低温であることがわかります。この冷却は通常、相変化（蒸発、融解、昇華）の結果として起こります。降水粒子は小さくても量が多いため、冷却に最大限寄与し、ひいては負の浮力を生み出します。このプロセスへの主な寄与は蒸発です。

最後の項は水負荷の影響です。蒸発は多数の小さな水滴によって促進されますが、気塊の下降加速に大きく寄与するには、ほんの数個の大きな水滴で十分です。この項は降水率の高い嵐に関連しています。水負荷の影響と浮力の影響を比較すると、気塊の液体の水混合比が1.0  g  kg −1の場合、これは約0.3  Kの負の浮力にほぼ相当します。後者は大きな値ですが、極端ではありません。したがって、一般的に言えば、負の浮力は下降気流の主な要因です。[17]

浮力のみに関連する負の垂直運動

純粋な「小包理論」を用いると、最大下降気流の予測値は

ここでNAPEは負の利用可能な位置エネルギーであり、

ここで、LFSは下降する粒子の自由沈下高度、SFCは表面を表す。これは、最大の下降運動が積分された負の浮力と関連していることを意味する。比較的小さな負の浮力であっても、比較的深い水深にわたって維持されれば、大きな下降気流を引き起こす可能性がある。25 m/s（56 mph; 90 km/h）の下降速度は、比較的小さなNAPE値312.5 m 2 s −2から生じる。第一近似として、最大突風は最大下降気流速度とほぼ等しい。[17]

熱爆発

特殊で、はるかにまれな種類のダウンバーストはヒートバーストであり、これは、降水が蒸発した空気が非常に高い高度（通常は、弱まるスコールラインまたはアウトフロー境界の裏側）から下降するときに圧縮加熱されることによって発生します。[18]ヒートバーストは主に夜間に発生し、時速160 km（100 mph）を超える風を生み出し、非常に乾燥した空気を特徴とし、突然、地表温度を38 °C（100 °F）以上に上昇させ、時には数時間続くことがあります。

輸送上の危険

2024年8月に起きたヨット「ベイジアン」の沈没は、以前は竜巻が原因とされていたが、一部はダウンバーストが原因であるとされた。[19]

航空への危険

マイクロバーストが地表に衝突した直後の地表のカールの様子をとらえた一連の写真

ダウンバースト、特にマイクロバーストは、強い垂直方向の風のせん断を引き起こすため、離着陸中の航空機にとって極めて危険です。ダウンバーストに起因する死亡事故も数多く発生しています。[20]

以下は、空港付近でのマイクロバーストに起因すると考えられる致命的な墜落事故や航空機事故の一部です。

マイクロバーストは、着陸を試みているときや離陸直後の航空機の墜落の原因となることがよくあります (アメリカン航空 63 便とデルタ航空 318 便は注目すべき例外です)。マイクロバーストとは非常に強力な突風で、地表にぶつかるとあらゆる方向に広がります。飛行機が着陸しようとすると、パイロットは適切な速度まで飛行機を減速させようとします。マイクロバーストが発生すると、パイロットはマイクロバーストによって作り出された向かい風の力によって対気速度が大きく上昇するのを目にします。マイクロバーストに不慣れなパイロットは速度を落とそうとします。すると飛行機はマイクロバーストを通り抜けて追い風に向かって飛行することになり、翼を横切る空気の量が急激に減少します。飛行機の翼上の空気の流れが減少すると、生成される揚力が低下します。この揚力の減少と強い下降気流が組み合わさって、高度を維持するために必要な推力が利用可能な量を超え、飛行機が失速する可能性があります。[20]飛行機が離陸直後または着陸中に低高度にある場合、回復するのに十分な高度がありません。

これまでに記録された最も強いマイクロバーストは、 1983年8月1日にメリーランド州アンドリュースフィールドで発生し、風速は240.5 km/h（149.4 mph）に達しました。[45]

建物への危険

2007 年 4 月、カナダのオンタリオ州ヴォーンで、強力なマイクロバーストの風により、数トンの輸送コンテナが丘の斜面を転げ落ちました。
  • 2019年3月31日、ネパールのバラ県とパルサ県の幅33km（21マイル）×長さ45km（28マイル）の帯状地域に、小規模なデレチョ（説明が必要）の特徴を持つ非常に破壊的なダウンバースト群が発生したが、その規模は基準を満たすには小さすぎた。現地時間18時45分頃、海抜83～109m（270～360フィート）で発生し、30～45分間続いた強風により多くの建物が倒壊し、深刻な被害を受けた。その結果、28人が死亡、数百人が負傷した。[54]
  • 2018年7月11日、アリゾナ州フェニックスのスーパーマーケットでマイクロバーストが発生し、火災が発生した。[55]
  • 2018年5月15日、非常に強力な前線がアメリカ合衆国北東部、特にニューヨーク州とコネチカット州を通過し、甚大な被害をもたらしました。約50万人が停電に見舞われ、5人が死亡しました。風速は時速100マイル（160キロメートル）を超え、複数の竜巻とマクロバーストがNWSによって確認されました。
  • 2018年4月3日午後11時53分、テキサス州ウィリアム・P・ホビー空港を湿性マイクロバーストが襲い、航空機格納庫が部分的に崩壊しました。ビジネスジェット6機（格納庫内に4機、格納庫外に2機）が被害を受けました。マイクロバースト発生のわずか数秒前に、激しい雷雨警報が発令されました。
  • 2017年5月23日、テキサス州シーリーを湿性マイクロバーストが襲い、風速80～100マイル（時速130～160キロメートル）の強風が樹木や電線を倒壊させました。シーリー全域で建物に大きな被害が報告されました。シーリー高校の行事に参加していた20名の生徒が、飛散した破片により軽傷を負いました。
  • 2016年8月9日、オハイオ州クリーブランドの東郊クリーブランドハイツ市を湿ったマイクロバーストが襲った。[56] [57]嵐は非常に急速に発達した。午後9時にクリーブランドの西で雷雨が発生し、国立気象局は午後9時55分に激しい雷雨警報を発令した。嵐は午後10時20分までにカイヤホガ郡を通過した。 [58]クリーブランドハイツでは1分間に10回の雷が発生し、[58]風速80mph（130km/h）の風が数百本の木や電柱を倒した。[57] [59] 4万5000人以上が停電し、被害は深刻で2日後も約6000世帯が停電したままであった。[59]
  • 2016年7月22日、ロードアイランド州ケント郡とプロビデンス郡の一部を湿性マイクロバーストが襲い、クランストン市とウェストワーウィック市で強風被害が発生しました。多数の倒木、電線の切断、物的損害は軽微でした。数千人が数日間、時には4日間以上も停電に見舞われました。嵐は深夜に発生し、負傷者は報告されていません。
  • 2015年6月23日、ニュージャージー州グロスター郡とカムデン郡の一部をマクロバーストが襲い、主に倒木による広範囲にわたる被害が発生しました。電力供給は数日間影響を受け、交通信号が長時間にわたり途絶え、事業所も閉鎖されました。
  • 2014年8月23日、アリゾナ州メサを乾燥したマイクロバーストが襲いました。建物の半分と小屋の屋根が吹き飛ばされ、周囲の建物にも大きな被害が出ました。重傷者は報告されていません。
  • 2013年12月21日、オハイオ州ブランズウィックを湿性マイクロバーストが襲いました。地元の店舗の屋根が吹き飛ばされ、その破片が店舗付近の数軒の家屋と車両に損害を与えました。午前1時から2時の間であったため、負傷者はいませんでした。
  • 2012年7月9日、バージニア州スポットシルバニア郡のフレデリックスバーグ市境付近を湿性マイクロバーストが襲い、2棟の建物に甚大な被害をもたらしました。そのうち1棟は児童チアリーディングセンターで、重傷者2名が報告されました。
  • 2012年6月22日、メリーランド州ブレイデンスバーグの町を湿性マイクロバーストが襲い、樹木、アパート、地元の道路に深刻な被害をもたらしました。この嵐により停電が発生し、4万人の顧客が停電しました。
  • 2011年9月8日午後5時1分、ネバダ州ネリス空軍基地をドライマイクロバーストが襲い、複数の航空機シェルターが倒壊した。複数の航空機が損傷し、8人が負傷した。[60]
  • 2011年8月18日、ハッセルトで開催された音楽フェスティバル「プッケルポップ」に湿ったマイクロバーストが襲来し、深刻な被害が発生しました。5人が死亡、少なくとも140人が負傷しました。その後の調査で、風速は時速170キロメートル（110マイル）に達したことが判明しました。
  • 2010年9月22日、シカゴのヘゲウィッシュ地区で湿性マイクロバーストが発生し、少なくとも4軒の住宅に倒木が落下するなど、深刻な被害と停電が発生した。死者は報告されていない。[61]
  • 2010年9月16日午後5時30分過ぎ、ニューヨーク市セントラル・クイーンズ地区の一部を時速125マイル（200キロメートル）の強風を伴う湿性マクロバーストが襲い、長さ8マイル、幅5マイルの範囲で樹木、建物、車両に甚大な被害をもたらしました。報告によると、約3,000本の樹木が倒れたとのことです。グランド・セントラル・パークウェイでは、樹木が車に倒れ、1人が死亡しました。[62] [63]
  • 2010年6月24日午後4時30分過ぎ、バージニア州シャーロッツビル市を湿性マイクロバーストが襲いました。現場報告と被害状況調査によると、シャーロッツビル市では嵐の最中に多数のダウンバーストが発生し、風速は推定時速75マイル（120キロメートル）を超えました。数分のうちに、道路には木々や倒れた電線が散乱し、多くの家屋が木に倒されました。嵐の直後、シャーロッツビル市と周辺のアルベマール郡に住むドミニオン・パワー社の顧客最大6万人が停電に見舞われました。[64]
  • 2010年6月11日午前3時頃、サウスダコタ州スーフォールズ南西部の一帯を湿性マイクロバーストが襲いました。4軒の住宅（いずれも居住者）に大きな被害が出ました。負傷者は報告されていません。推定時速100マイル（160キロメートル）の強風により、ガレージの屋根が吹き飛ばされ、壁が倒壊しました。修理費用は50万ドル以上と推定されています。[65]
  • 国立気象局によると、2009年5月2日、テキサス州アービングにある、ダラス・カウボーイズの練習に使用されていた軽量鋼鉄とメッシュの建物がマイクロバーストによって倒壊した。 [66]
  • 2006年3月12日、カンザス州ローレンスをマイクロバーストが襲いました。カンザス大学キャンパスの建物の60%が、この嵐によって何らかの被害を受けました。暫定的な推定では、修復費用は600万ドルから700万ドルとされています。[67]
  • 1989年5月13日、風速95マイル（時速150キロメートル）を超えるマイクロバーストがテキサス州フォートフッドを襲いました。200機以上の米軍ヘリコプターが被害を受けました。この嵐は砦の建物の少なくとも20%に損害を与え、25世帯の軍人が宿舎からの避難を余儀なくされました。陸軍は予備的な被害見積もりで、約200機のヘリコプターの修理に5億8500万ドル、建物やその他の施設の修理に約1500万ドルの費用がかかると発表しました。[68]
  • 1980年5月9日、前進する寒冷前線の先端で発生したマイクロバーストが、タンパ湾にかかるサンシャイン・スカイウェイ橋の下の狭い水路を通過しようとしていた全長606フィート（185メートル）の貨物船MVサミット・ベンチャーを直撃した。突然の豪雨で視界はゼロとなり、風速70マイル（時速110キロメートル）を超える直線的な風が船を橋脚に押し付けた。その結果、南行きの橋脚が壊滅的な崩落を起こし、数台の自家用車とグレイハウンドバスが150フィート（46メートル）下の海中に転落し、35人が死亡した。[69]
  • 1977年7月4日、ミネソタ州中西部で独立記念日のデレチョが発生しました。デレチョは東南東に移動するにつれ、正午頃にはミネソタ州中部で非常に激しい勢力となりました。その時間から午後にかけて、デレチョは時速80マイルから100マイル（160キロメートル/時）を超える風速を発生し、ミネソタ州中部からウィスコンシン州北部にかけて甚大な被害をもたらしました。デレチョは急速に南東に進み、最終的にオハイオ州北部で弱まりました。

参照

参考文献

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参考文献

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  • ウィルソン、ジェームズ・W、ロジャー・M・ワキモト(2001). 「ダウンバーストの発見 ― TT・フジタの貢献」アメリカ気象学会誌、82(1).
ウィキメディア・コモンズには、ダウンバーストに関連するメディアがあります。
  • イリノイ大学 WW2010 プロジェクト
  • NWSジェットストリームプロジェクトオンライン気象学校
  • ダウンバースト事件 ~ テキサス州デントン郡 (2017年6月13日アーカイブ、Wayback Machine )
  • ダウンバーストイベント ～ ウィスコンシン州北部、1977年7月4日
  • ドライダウンバースト現象 ～ ノースカロライナ州全域、2004年3月7日
  • 準公式マイクロバーストハンドブックのホームページ（NOAA）
  • マイクロバーストの風せん断を制御する ( NASA )
  • マイクロバースト（ワイオミング大学）
  • マイクロバーストとダウンバーストの予測（予測システム研究所）