砂嵐
砂嵐
アリゾナの砂嵐
発生地域主に温帯および熱帯地域
季節夏に最も多い
効果ほこりや破片が空中に舞い上がり、風による被害の可能性あり
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通り抜けて急速に上昇し、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、熱い空気が上向きに円を描いて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、やがて上昇を停止します。上昇するときに、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保ちます。[ 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、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ったときに起こり、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60マイル（100キロメートル/時以上）を超える場合もあり、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、稀に激しい砂塵旋風が過去には損害や死亡事故を引き起こしたことがある。[ 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、砂塵旋風は風速75mph（120km/h）にも達すると推定されており、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あった男性が死亡した。[ 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、ジャンプハウスにいた3人の子供が砂嵐に持ち上げられ、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軒先の裏庭に着地した。[ 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により、インフレータブルジャンプハウスが空中に持ち上げられ、子ども2人が死亡、子ども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、切り離すには低すぎる高度で、ほとんどまたは全く警告なしに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または死亡につながる可能性があるからである。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] 1996年6月1日もまさにそのケースで、砂塵旋風によって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無線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。旋回する帯電粒子はまた、毎秒3～30回変動する磁場を発生させます。[ 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、夏に砂漠を横切るはるかに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

火星の砂塵旋風（MGS）
砂塵旋風は火星の表面に曲がりくねった暗い軌跡を残します。
火星の蛇の砂塵悪魔（MRO）
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恩恵があ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、砂塵旋風は「sí gaoithe」または「妖精の風」として知られています。[ 29 ] [ 30 ]

カナダのモントリオールにあるロイヤル山で見られる、砂塵旋風に似た雪旋風または雪悪魔。
モンゴルの石炭悪魔
灰の悪魔。火災はシェル・クリーク山脈とアンテロープ山脈で発生しました。

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ないためです。[ 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

蒸気悪魔は、冷たい空気がはるかに暖かい水域または飽和表面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でもよく観察されます。[ 37 ]

参考文献

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