傾度風【大気の力学】

地衡風は、等圧線がまっすぐなときに吹く風でした。しかし実際の低気圧や高気圧のまわりでは、等圧線は曲がっていて、風もカーブしながら吹きます。この記事では、カーブして吹く「傾度風」のしくみと、低気圧・高気圧での風の強さのちがいを学びます。

この記事のポイント

傾度風とは

地衡風は、気圧傾度力とコリオリ力がつり合って、まっすぐな等圧線に平行に吹く風でした。ところが、低気圧や高気圧のまわりの等圧線は、円に近い形をしています。

風が等圧線に沿ってカーブしながら進むと、空気にはカーブの外側へ向かう遠心力（えんしんりょく）がはたらきます。車がカーブを曲がるとき、体が外側へ押される感じがするのと同じです。

摩擦のない上空で、気圧傾度力・コリオリ力・遠心力の3つがつり合い、曲がった等圧線に沿って吹く風を「傾度風（けいどふう）」といいます。地衡風と同じく、傾度風も「力」ではなく「力がつり合って吹く風」です。

3つの力（いずれも空気1kgあたりの力）は、次のとおりです。

遠心力＝ V² ／ r

遠心力は風速の2乗に比例します。風速が2倍になると、遠心力は4倍になります。また、半径が小さい（カーブが急な）ほど大きくなります。

北半球の低気圧のまわりでは、風は反時計回りに吹きます。このとき、気圧傾度力は中心（低圧側）へ向かう内向きです。コリオリ力は風の右向きなので外向き、遠心力も外向きです。

気圧傾度力＝コリオリ力＋遠心力

(1/ρ)×(Δp/Δn) ＝ fV ＋ V²/r

内向きの気圧傾度力を、外向きの2つの力で支えている形です。遠心力が手伝ってくれるぶん、コリオリ力は気圧傾度力より小さくてすみます。コリオリ力は風速に比例するので、風速は地衡風より小さくなります。

北半球の高気圧のまわりでは、風は時計回りに吹きます。気圧傾度力は中心から外へ向かう外向きです。コリオリ力は風の右向きなので内向き（中心向き）、遠心力は外向きです。

コリオリ力＝気圧傾度力＋遠心力

fV ＝ (1/ρ)×(Δp/Δn) ＋ V²/r

今度は、内向きのコリオリ力1つで、外向きの2つの力を支えます。コリオリ力は気圧傾度力より大きくなければならず、風速は地衡風より大きくなります。

「同じ気圧傾度」とは、等圧線の間隔が同じという意味です。天気図で等圧線の混み方が同じでも、低気圧のまわりの風は地衡風より弱く、高気圧のまわりの風は地衡風より強くなります。

なお、高気圧の中心付近では、気圧傾度があまり大きくなれません。気圧傾度が大きすぎると、3つの力がつり合う風速が存在しなくなるためです。そのため、高気圧の中心付近は等圧線の間隔が広く、風が弱いのがふつうです。

また、竜巻のように半径がとても小さく風が強い渦では、コリオリ力が遠心力に比べて無視できるほど小さくなります。このときは、気圧傾度力と遠心力の2つがつり合って吹く風（旋衡風）と考えます。