偏西風は、中緯度を中心に西から東へ流れる地球規模の風です。ただし、偏西風は地表から上空まで同じ強さで吹いているわけではありません。気象庁は、低緯度と高緯度の気温差によって大規模な大気運動が起こり、その運動が地球の回転の影響を受けて中緯度では西風になると説明しています。
さらに、上空では南北の温度差に対応した気圧配置が強く表れ、偏西風は高度とともに強まりやすくなります。その中でも特に強い帯状の流れがジェット気流です。偏西風を理解するには、「なぜ西から東へ吹くか」だけでなく、「なぜ上空ほど強まり、細い強風帯になるのか」という立体的な構造を見ることが重要です。
偏西風は中緯度を取り巻く地球規模の西風帯である
気象庁は偏西風を、極を中心にして西から東に向かって吹く地球規模の帯状風と定義しています。平均的には、赤道付近と極地方の下層部を除く対流圏の広い範囲が偏西風域です。
つまり偏西風は、一つの低気圧や前線に伴う一時的な風ではありません。北半球・南半球の中緯度を大きく取り巻く大気大循環の一部です。日々の高気圧や低気圧は、この大きな西風帯の中を移動することが多く、日本の天気変化も偏西風の位置や蛇行に強く影響されます。
出発点は低緯度と高緯度の大きな温度差にある
地球では、低緯度ほど太陽から受け取るエネルギーが多く、高緯度ほど少なくなります。気象庁は、この放射エネルギーの差によって低緯度と高緯度の間に気温差が生じ、その差を小さくするように大規模な大気運動が起こると説明しています。
中緯度の偏西風は、この南北の温度差を背景にしています。暖かい低緯度側の空気と冷たい高緯度側の空気が並ぶと、大気の厚さや上空の気圧分布にも南北差ができます。
南北の温度差が大きい季節ほど、上空の気圧傾度も強まりやすく、偏西風やジェット気流も強くなる傾向があります。NWSの教材も、極側と低緯度側の温度差が大きい寒候期ほどジェット気流が強まりやすいと説明しています。
上空では南北の気温差が気圧傾度として現れる
暖かい空気の柱は膨張して厚くなり、冷たい空気の柱は薄くなります。そのため、同じ気圧面でも暖かい側では高度が高く、冷たい側では高度が低くなります。
中緯度では一般に低緯度側が暖かく、高緯度側が冷たいので、上空の等高度線には南北方向の傾きができます。この傾きは気圧傾度力に対応し、空気を高い高度側から低い高度側へ動かそうとします。
NWSのジェット気流教材では、ジェットの南側に暖気、北側に寒気があり、上空では南側の高度が高く北側が低くなるため、気圧傾度力が生じると説明されています。
地球の自転が流れを曲げ、西風方向へ整える
気圧傾度力だけなら、空気は高い気圧側から低い気圧側へ直接流れようとします。しかし地球は自転しているため、動き始めた空気にはコリオリ力が働きます。
北半球では進行方向の右、南半球では左へ曲げる向きにコリオリ力が働きます。上空では摩擦が小さいため、気圧傾度力とコリオリ力がほぼ釣り合う地衡風に近い状態が成立しやすくなります。
NWSの解説では、上空の気圧傾度力とコリオリ力の釣り合いによって、ジェット気流は西から東へ流れるとされています。したがって、偏西風の向きは南北の温度差だけでなく、地球の自転が加わって初めて決まります。
偏西風は高度とともに強まり、上空でジェット気流になる
偏西風の重要な特徴は、上空ほど強まりやすいことです。南北の温度差がある大気では、高度が上がるほどその温度差に対応した西風の鉛直シアが現れます。これを熱風関係と呼びます。
気象庁は、偏西風のうち上層で特に風が強い部分をジェット気流とし、対流圏界面付近で風速が最大になると説明しています。また、ジェット気流は通常およそ10km上空に強風の軸を持ち、寒候期には中心風速が50〜100m/sに達することがあるとしています。
つまりジェット気流は、偏西風とは別の独立した風ではありません。南北の温度差を背景に高度とともに強まった偏西風の中で、特に風速が大きくなった細い帯状領域です。
偏西風は一直線ではなく南北に蛇行する
偏西風は地球をきれいな円形で一周しているわけではありません。気象庁は、偏西風が南北の温度差を小さくするように波を打って蛇行すると説明しています。
この蛇行によって、暖かい空気が北へ、冷たい空気が南へ運ばれます。蛇行が大きいと強い寒気が低緯度まで南下することがあり、逆に暖気が高緯度まで北上することもあります。
偏西風の蛇行は地上の高気圧・低気圧の動きと密接に関係するため、同じ季節でも日本付近の気温や天気が大きく変わる要因になります。
偏西風の構造を知ると天気の移り変わりが見えやすくなる
偏西風の仕組みを一つにつなげると、低緯度と高緯度の温度差が大規模な気圧差をつくり、上空では気圧傾度力が生まれます。そこへ地球の自転によるコリオリ力が加わり、中緯度に西から東への大規模な風が形成されます。
さらに南北の温度差があるため、西風は高度とともに強まりやすく、対流圏上部ではジェット気流になります。そして偏西風は南北に蛇行しながら熱を運び、高気圧や低気圧の移動にも影響します。
つまり、偏西風は単なる「西から東へ吹く風」ではありません。地球の南北の温度差、上空の気圧配置、地球の自転、熱輸送が組み合わさってできる、立体的な大気循環です。
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参考資料
- 気象庁「大気の構造と流れ」
- 気象庁「気圧配置 大気の流れ・エルニーニョ・予報手法に関する用語」
- NOAA/National Weather Service「THE 300 / 200 MB CHART」
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