台風の衛星画像を見ると、雲が中心のまわりをぐるぐると巻く巨大な渦になっています。では、なぜ台風は単に空気が中心へ集まるだけではなく、渦を巻く構造になるのでしょうか。
結論からいうと、台風の中心付近には低い気圧があり、周囲の空気が中心へ向かって流れ込みますが、その空気は地球の自転によるコリオリ効果のため直進できず、北半球では進行方向の右へ曲げられます。その結果、中心へ向かう流れが反時計回りの回転を伴うようになり、台風全体が巨大な渦として組織化されます。
まず空気は低い気圧へ向かって動く
台風の中心付近では周囲より気圧が低くなっています。空気には気圧の高いところから低いところへ動こうとする性質があるため、周囲の空気は中心へ向かって流れ込みます。
もし地球が自転していなければ、空気はより直接的に低圧部へ向かうはずです。しかし実際の地球上では、大規模に移動する空気は自転の影響を受けます。
この地球の自転による見かけの力がコリオリ力です。北半球では動く空気を進行方向の右へ、南半球では左へ曲げるように働きます。
なぜ北半球の台風は反時計回りになるのか
北半球で低気圧の中心へ向かって空気が流れ込むと、その空気はコリオリ効果によって右へ曲げられます。
中心の北側から南へ向かう空気は西寄りへ、東側から西へ向かう空気は北寄りへ、南側から北へ向かう空気は東寄りへ曲げられます。こうした偏向が全方向で起こると、中心のまわりを反時計回りに回る循環が形成されます。
気象庁も、台風は巨大な空気の渦巻きであり、地上付近では上から見て反時計回りに強い風が吹き込んでいると説明しています。
南半球では回転方向が逆になる
南半球では、コリオリ効果は動く空気を進行方向の左へ曲げます。そのため、南半球の熱帯低気圧は時計回りに回転します。
台風やハリケーンの回転方向が北半球と南半球で逆になるのは、低気圧そのものの性質が違うからではなく、地球の自転による偏向の向きが反対になるためです。
この性質は、台風が地球規模の大気運動の一部であることをよく示しています。
なぜ赤道付近では台風がほとんど発生しないのか
コリオリ効果は地球上のどこでも同じ強さではありません。赤道ではほぼゼロで、緯度が高くなるほど大きくなります。
NOAAは、熱帯低気圧が形成されるには、渦を組織化するのに十分なコリオリ効果が必要であり、赤道からある程度離れた場所であることが条件の一つだと説明しています。
赤道付近では海水温が高く、積乱雲が発達しやすくても、大規模な回転を維持するためのコリオリ効果が弱いため、台風のようなまとまった渦へ発達しにくいのです。
コリオリ効果だけで台風が生まれるわけではない
ここで注意したいのは、コリオリ効果があるだけで台風が発生するわけではないということです。
熱帯低気圧が発生するには、暖かい海、十分な水蒸気、大気の不安定さ、低い鉛直シア、そして最初からある程度の渦度を持った擾乱など、複数の条件が必要です。
NOAAも、必要な条件がそろっていても、すべての擾乱が熱帯低気圧へ発達するわけではないとしています。
つまり、コリオリ効果は「なぜ回転するのか」を説明する重要な要素ですが、「なぜ発生するのか」のすべてを説明するものではありません。
もともとの小さな渦が組織化される
台風は、何もない場所から突然巨大な渦が生まれるわけではありません。発生前には、熱帯の低圧部や風の収束域など、ある程度の回転を持つ擾乱が存在することが一般的です。
その周囲で積乱雲が繰り返し発達すると、空気が上昇し、地上付近では中心へ向かう流れが強まります。
流れ込む空気がコリオリ効果によって曲げられ続けると、もともとの小さな回転がより組織化され、広い範囲の渦へ発達していきます。
積乱雲の発達と渦の強まりはどう結びつくのか
暖かい海から供給された水蒸気を含む空気が上昇すると、積乱雲が発達します。水蒸気が凝結すると潜熱が放出され、台風内部の上昇流や暖かい中心構造を支えます。
中心付近で上昇流が活発になると、地上付近ではその分だけ周囲から空気が流れ込みやすくなります。
流れ込む空気が回転しながら中心へ近づくことで、風速が強まり、渦もまとまりやすくなります。このように、積乱雲の発達と低層の回転は互いに影響しながら台風の構造を強めます。
中心へ近づくほど風が強くなりやすい理由
台風の空気は、中心へ向かいながら回転しています。中心に近づくほど回転半径が小さくなるため、角運動量の保存の影響によって風速が強まりやすくなります。
フィギュアスケートの選手が腕を縮めると回転が速くなる現象と似た考え方です。
ただし、実際の台風では地表面との摩擦、気圧傾度力、コリオリ力、上昇流など複数の力が同時に働いています。そのため、単純な角運動量保存だけですべてを説明できるわけではありません。
最も強い風は中心そのものではない
台風は中心へ近いほど風が強まりやすいものの、中心そのものが最も強いわけではありません。
発達した台風では、中心に「目」と呼ばれる比較的風の弱い領域があり、その外側の眼の壁付近で最も強い風が吹きます。
これは、台風の渦が単純な一点中心の回転ではなく、目、眼の壁、外側の雨帯などを持つ立体的な構造になっているためです。
地上付近の風はなぜ中心へ少し入り込むのか
上空では、気圧傾度力とコリオリ力などがほぼつり合い、風は低気圧の中心を回るように吹きます。
一方、地上付近では地表面との摩擦によって風速が弱まります。するとコリオリ力も弱くなり、気圧傾度力とのつり合いが崩れます。
その結果、風は等圧線に沿って完全に円を描くのではなく、少し中心へ入り込みながら渦を巻くようになります。
台風の地上付近で「反時計回りに吹き込みながら回る」風が見られるのは、この摩擦の影響も関係しています。
台風の渦は上空まで続いている
台風は地上だけの渦ではありません。地上付近から上空まで続く、深い大気の循環です。
低層では空気が回転しながら中心へ集まり、眼の壁付近で上昇します。上空では空気が外側へ流れ出していきます。
この立体的な循環が保たれることで、台風は長時間にわたって巨大な渦として維持されます。
鉛直シアが強いと渦が崩れやすい
高さによって風向きや風速が大きく変わる鉛直シアが強いと、台風の下層と上層の渦の中心がずれやすくなります。
すると積乱雲が中心から偏り、上下にそろった回転構造を維持しにくくなります。
そのため、強い台風が発達・維持されるには、単に回転があるだけでなく、上下方向にもまとまりのある渦構造が重要です。
「水が渦を巻く」のと台風の渦は同じなのか
台風の渦を、排水口へ流れ込む水の渦と同じように考えると誤解しやすくなります。
台風は数百km規模の大気現象であり、地球の自転によるコリオリ効果が重要です。一方、洗面台や浴槽のような小さなスケールでは、コリオリ効果は非常に弱く、容器の形や水の初期の動きのほうが大きく影響します。
NOAAも、トイレや流しの水の回転方向をコリオリ効果だけで説明するのは誤りだとしています。
関連する台風の仕組み
台風の進路がどのような仕組みで決まるかについては、なぜ台風の進路はどのような仕組みで成り立つのか？も参考になります。
台風による高潮の仕組みについては、なぜ台風で高潮が起こるのか？、大雨が降る仕組みについては、なぜ台風で大雨が降るのか？で詳しく扱います。
まとめ
台風が渦を巻く構造になるのは、低い気圧へ向かって流れ込む空気が、地球の自転によるコリオリ効果で曲げられるためです。
北半球では空気が進行方向の右へ曲げられるため、低気圧のまわりに反時計回りの循環が形成されます。南半球では逆に時計回りになります。
ただし、コリオリ効果だけで台風が発生するわけではありません。暖かい海、大量の水蒸気、積乱雲、低い鉛直シア、もともとの擾乱などが組み合わさり、その中で回転が組織化・維持されることで、台風という巨大な渦が成り立っています。
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