1993年にケニアのアンボセリ国立公園で見られた砂嵐

砂塵旋風（地域によってはダートデビルとも呼ばれる）は、強力で、よく発達した、比較的短命な旋風です。その大きさは、小さいもの（幅18インチ（約50cm）、高さ数ヤード（約10m））から大きいもの（幅30フィート（約10m）、高さ0.5マイル（約1km）以上）まで様々です。主な鉛直方向の動きは上向きです。砂塵旋風は通常無害ですが、稀に人や財産を危険にさらすほど強くなることがあります。[1]

砂塵旋風は、どちらも垂直に回転する風柱を伴う気象現象という点で 竜巻に似ていますが、砂塵旋風は通常、晴天時の晴天時に発生し、竜巻の強さに近づくことはほとんどありません。

形成

ポーランド、クラクフの砂塵旋風

砂塵旋風は、地表近くの熱い空気の塊が上空の冷たい空気を急速に通過して上昇気流を形成するときに発生します。熱い空気は冷たい空気よりも密度が低いため上昇します。適切な条件下では、上昇気流は回転し始めます。上昇する空気は垂直方向に伸びて回転軸に近づき、角運動量保存の法則により回転が強まります。二次的な空気の流れにより、より多くの熱い空気が水平方向に加速され、形成される渦の底部へと向かいます。より多くの熱い空気が上昇気流と入れ替わるように渦に向かって流れ込むと、回転は強まります。[2]完全に形成された砂塵旋風は、熱い空気が上昇して円を描きながら移動する漏斗のような煙突です。熱い空気は上昇するにつれて冷えて浮力を失い、最終的に上昇を停止します。上昇する際に、渦の中心の外側に下降する空気を押しのけます。この戻ってきた冷たい空気は、回転する熱い空気の外壁とのバランスとして機能し、システムの安定性を維持します。[3]

回転と表面摩擦によって前進運動量が生じ、渦は水平方向に移動する。砂塵旋風は、近くの高温の地表空気源の上を通過すると持続する可能性がある。[4]

しかし、熱い空気ではなく冷たい空気が吸い込まれると、数秒で消散してしまいます。これは、より冷たい地表空気の領域に入ったとき、または動きが遅くなり、利用可能な熱い空気がすべて使い果たされたときに起こります。[5]

特定の条件により、砂塵旋風が発生する可能性が高まります。

  • 平坦な不毛地帯、砂漠、または舗装道路：平坦な条件では、熱気の「燃料」がほぼ一定である可能性が高くなります。埃っぽい、または砂っぽい条件では、粒子が渦に巻き込まれ、砂嵐が容易に見えますが、渦の形成には必要ありません。
  • 晴天または薄曇り:地表付近の空気を加熱し、理想的な砂塵旋風の条件を作り出すには、地表で大量の太陽エネルギーを吸収する必要があります。
  • 風が弱い、または無風で気温が低い：砂塵旋風が持続する根本的な要因は、地表付近の空気と大気の間の極端な温度差です。風が強いと、砂塵旋風の回転効果が不安定になります。

強度と持続時間

多くの砂塵旋風は通常小さく弱く、直径は3フィート（0.9メートル）未満であることが多く、最大風速は平均時速約45マイル（70キロメートル）で、発生後1分以内に消滅することが多い。まれに、砂塵旋風が非常に大きく強烈になることもあり、直径が最大300フィート（90メートル）に達し、風速が時速60マイル（100キロメートル）以上になることもあり、消滅するまでに20分以上続くこともある。[6]直径が小さいため、砂塵旋風自体にはコリオリの力がほとんど働かず、高気圧回転を伴う砂塵旋風が発生することがある。[7]

危険

メキシコの大規模な砂嵐
米国アイオワ州で発生した強力な砂塵旋風による住宅被害。
米アイオワ州で強い砂嵐により住宅側面に軽微な被害

砂塵旋風では通常、けが人は出ないが、稀に発生する激しい砂塵旋風によって過去には被害が出たり、死者も出たことがある。[8] 2000年9月14日、そのような砂塵旋風がアリゾナ州フラッグスタッフのココニノ郡フェアグラウンドを襲い、仮設テントやスタンド、ブースのほか、恒久的なフェアグラウンドの構造物にも甚大な被害をもたらした。負傷者は数名報告されたが、死者は出なかった。被害の程度から判断すると、砂塵旋風は最高風速75mph（120km/h）の風を発生させたと推定されており、これはEF0竜巻に相当する。[9] 2003年5月19日、メイン州レバノンの2階建ての建物の屋根が砂塵旋風によって持ち上げられ、建物が倒壊して中にいた男性が死亡した。[10] [11] 2008年6月18日、ワイオミング州キャスパー近郊で、少年野球場のスコアラー小屋が砂嵐でひっくり返って女性の上に倒れ、女性が死亡した。彼女は小屋の後ろに隠れて砂嵐から身を守ろうとしていた。[12] 2010年、テキサス州イーストエルパソでは、ジャンプハウスに乗っていた3人の子供が砂嵐に持ち上げられ、高さ10フィート（3メートル）以上持ち上げられ、フェンスを越えて3軒先の裏庭に落下した。[13] [14] 2018年、コロラド州コマースシティでは、強力な砂嵐によって仮設トイレ2つが空中に吹き飛ばされたが、負傷者はいなかった。[15] [16] 2019年、中国河南省虞城県で発生した大規模な砂嵐で、ジャンプハウスが空中に持ち上げられ、子供2人が死亡、子供18人と大人2人が負傷した。[17]

砂塵旋風は約100件の航空機事故に関係している。[18]多くの事故は単純なタキシングの問題だが、致命的な結果を招いたものもいくつかある。砂塵旋風はスカイダイバーやパラグライダーのパイロットにとっても大きな危険と考えられている。なぜなら、砂塵旋風により、ほとんどまたは全く警告なしに、切り離すには低すぎる高度でパラシュートやパラグライダーが潰れ、パラシュート降下者の重傷や死亡につながる可能性があるからだ。 [19] [20] [21] 1996年6月1日もそのケースで、砂塵旋風によりスカイダイバーのパラシュートが地上約30フィート（9.1メートル）で潰れた。ダイバーは後に負傷により死亡した。[22]砂塵旋風は山火事の一因にもなる。 1868年にデンマークのビルン市エンゲベックで発生した事例では、砂嵐によって薪の束がヒーターの中に投げ込まれ、1万ヘクタールから5万ヘクタール以上に及んだとみられる山火事が発生しました。[23]

電気活動

砂塵旋風は、たとえ小さなものであっても、1メートルあたり1万ボルトを超える電波ノイズや電界を発生させることがあります。[24]砂塵旋風は小さな塵や埃の粒子を巻き上げ、それらは旋回する際に接触帯電または摩擦帯電（摩擦帯電）によって帯電します。また、旋回する帯電粒子は、毎秒3～30回変動する磁場も生成します。[25]

これらの電界は、渦が物質を地面から大気中へ持ち上げるのを助ける可能性がある。現地実験によると、砂塵旋風は通過する地面の1平方メートルあたり毎秒1グラム（1エーカーあたり毎秒10ポンド）の塵を巻き上げる。底部で直径約100メートル（330フィート）の大きな砂塵旋風は、30分で約15トン（17ショートトン）の塵を空中に巻き上げる。世界中の砂漠を吹き荒れる巨大な砂塵嵐は、発生する数回の嵐で、毎年大気中の鉱物塵の8％を占める。これに比べて、夏に砂漠を横切るかなり小さな砂塵旋風は約3倍の塵を巻き上げるため、大気中の塵の含有量に総合的に大きな影響を与える。これが発生すると、砂柱と呼ばれることが多い。[26]

火星の砂塵旋風

2020年にキュリオシティ探査車が捉えた砂嵐

火星の砂塵旋風は、火星の表面に発生する対流性の大気渦です。NASAのバイキング探査機が報告したデータから発見され、その後のミッションでは周回衛星や火星表面探査車によって撮影されてきました。

火星の砂塵旋風は、その形状や外観は地球の砂塵旋風に似ていますが、地球上の砂塵旋風の何倍もの大きさになることがあります。その威力は探査機やその他の技術にとって脅威となるほどで​​すが、[27]記録されている遭遇の中には、探査機の砂塵を掃き清めるという形で実際に役立ったものもあります。

別名

オーストラリアでは、砂塵旋風は「ウィリー・ウィリー」としてよく知られています。[28] アイルランドでは、「sí gaoithe」または「妖精の風」として知られています。[29] [30]

アッシュデビルズ

最近焼失した地域では、新たに堆積した灰の下にある高温の燃え殻が、多数の砂塵旋風を引き起こすことがあります。灰の重量が軽く、色が濃いため、数百フィート上空まで見える砂塵旋風が発生することがあります。

灰旋風は砂塵旋風に似た形で発生し、最近の火災の焼け跡地域では 不安定な日によく見られます。

モンゴル、南ゴビ州の炭鉱町ツァガーンカドでは、石炭旋風がよく見られます。これは、砂塵旋風が大量の備蓄石炭を巻き上げることで発生します。その暗い色は、竜巻のように見えます。

火の渦

火災旋風または渦巻きは、火災悪魔または火災竜巻とも呼ばれ、可燃性建築物の激しい火災時、あるいはより一般的には森林火災や山火事の際に見られることがあります。火災旋風とは、可燃性物質から放出される燃焼ガスが渦状に形成される現象です。この渦の発生は、砂塵旋風と類似していると考えられます。砂塵旋風とは異なり、火災ガスの渦が垂直の炎の目に見える高さを超えることは考えにくいです。これは、周囲のガスの乱流によって、回転・上昇するガスと周囲のガスとの間に安定した境界層が形成されるのが阻害されるためです。[31]

ヘイデビルズ

「干し草の悪魔」とは、刈りたての干し草畑の上空の暖かい空気中に発生する穏やかな旋風です。穏やかで晴れた日に地面から上昇する熱気の柱から渦が形成され、干し草の茎や塊を空中に巻き上げ、無害に舞い上げます。これはしばしば子供や見物人を喜ばせます。[32] [33] [34]

雪の悪魔

同じ条件で雪旋風、雪の悪魔、または「スノーナド」と呼ばれる現象が発生することもありますが、雪に覆われた地域では温度差による加熱はより困難です。[35]

蒸気悪魔

蒸気渦は、冷たい空気がはるかに暖かい水面や飽和地表の上にあるときに形成される、高さは様々だが直径が小さい飽和空気の小さな渦柱です。[36]また、発電所から上昇する蒸気にもよく見られます。[37]

参考文献

  1. ^ 「砂嵐」。気象用語集。アメリカ気象学会。2016年。
  2. ^ 「Dust Devil」. weather.gov . アメリカ国立気象局. 2021年5月26日閲覧。
  3. ^ ラドラム、デイビッド・M. (1997).全米オーデュボン協会北米気象フィールドガイド. クノップフ. ISBN 978-0-679-40851-2。
  4. ^ トンプソン、アンドレア. 「砂嵐はどのように形成されるのか？」サイエンティフィック・アメリカン. 2021年5月26日閲覧。
  5. ^ 「砂嵐とは何か？」Death-Valley.usフォーラム。2003年5月20日。2003年6月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年5月17日閲覧。
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  7. ^ “Anti-Cyclonic Dust Devil?”. 2005年5月30日. 2023年4月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2022年4月29日閲覧。
  8. ^ 「ダストデビルイベント」国立環境情報センター、国立気象局。 2022年6月11日閲覧。
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  12. ^ 「アリゾナ州のイベントレポート：砂嵐」国立環境情報センター（NCI）国立気象局。 2022年6月11日閲覧。
  13. ^ 「伝説、伝承、そしてレガシー：砂嵐が砂漠の余興として舞い上がる｜2012年7月｜TPWマガジン」tpwmagazine.com . 2022年6月11日閲覧。
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  15. ^ 「動画：コロラドの公園利用者が暴風雨から身を隠す中、ポータブルトイレが空に舞い上がる」ニューズウィーク、2018年6月19日。 2022年6月11日閲覧。
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  21. ^ 「砂嵐で崖から投げ出され、パラグライダーが180km離れた場所に着陸」シドニー・モーニング・ヘラルド、2019年1月3日。 2019年1月3日閲覧。
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