擾乱

大気における擾乱：刻々と変化する大気の小さな乱れ

地球の大気は、自転や様々な要因によって常に流動し、対流運動を繰り返しています。しかし、その大規模な流れの中に、時間的・空間的に小さな、刻々と変化する乱れが常に存在します。気象学では、このような大気の乱れの現象を「擾乱」と呼びます。騒乱といった言葉とは区別して、気象学における専門用語として「気象擾乱」と表現されることもあります。

擾乱とは何か？

大気は常に動いていますが、その動きは規模によって様々です。例えば、偏西風や偏西風波動のような、一年を通して存在する大規模な流れがあります。その中で、高気圧や低気圧、台風などは、発生と消滅を繰り返す、比較的規模の小さな運動と言えるでしょう。

これは、川の流れに例えることができます。全体として高地から低地へと流れるという大きな流れの中で、大小様々な渦が発生したり消滅したり、地形の影響で流れが変化したりする様子と似ています。

このように、大規模な大気の流れの中で、時間とともに変化する小さな規模の乱れを、気象学では「擾乱」と定義しているのです。特に、波動性を持つ擾乱は「波動擾乱」と呼ばれ、大気擾乱の代表的な例と言えるでしょう。

擾乱の発生原理

擾乱は厳密には、「定常状態からのずれ」として定義されます。ここで言う「定常状態」とは、着目している現象よりも、時間的にも空間的にも大きな規模の現象のことです。例えば、川の流れの中の小さな渦に着目するなら、川全体の流れるという現象が定常状態となります。

しかし、気象学においては、この用語はかなり広義に用いられます。低気圧が発生しそうな領域なども、擾乱と呼ばれることがあります。

擾乱は、大気中に力学的・熱力学的不安定が生じた際に発生します。この不安定性とは、主に気圧や温度の乱れのことです。大気は、この不安定な状態を解消しようと運動し、その運動が擾乱となるのです。

例えば、偏西風波動によって気圧の尾根から谷への風が吹くと、上空の方が気圧が高いという力学的不安定が生じます。これを解消しようと下降気流が発生し、結果として高気圧という擾乱が生じます。この不安定が解消されると、それ以上の大きな擾乱は発生せず、擾乱の時間的・空間的規模が決まります。

このように、擾乱の規模は、その不安定の種類によって決まります。そのため、大気中には様々な規模の擾乱が存在します。そして、それらの擾乱は互いに密接に関連し合っており、これを「擾乱の階層構造」と呼びます。

擾乱の種類と規模

擾乱の規模は様々です。例えば、発生してから数秒で消えるつむじ風は、時間的にも空間的にも非常に小さな現象です。同様に、大気中で暖められた空気が上昇する熱泡も、小さな規模の擾乱です。

竜巻や積乱雲も、数時間程度で消滅する、比較的規模の小さな擾乱です。このような秒から1時間程度の擾乱を「マイクロスケールの擾乱」と呼びます。一方、積乱雲による雷雨や竜巻などは、数時間に及ぶこともあり、「メソスケールの擾乱」と呼ばれます。

さらに、低気圧、高気圧、海陸風、熱帯低気圧などは数日間に及ぶため「総観スケールの擾乱」に分類されます。そして、超長波、プラネタリー波、ロスビー波などは数ヶ月単位で発生する大規模な擾乱であり「惑星スケールの擾乱」と呼ばれます。高気圧などは惑星規模に達することもあります。一般的に、時間的規模が大きい擾乱ほど、空間的規模も大きい傾向があります。

まとめ

大気中の擾乱は、その規模によってマイクロスケール、メソスケール、総観スケール、惑星スケールなどに分類されます。これらの擾乱は互いに影響し合いながら、地球の大気現象を複雑で多様なものとしています。この擾乱の理解は、天気予報や気象学研究において非常に重要です。

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