傾圧不安定の直感的理解(1)
ー高気圧・低気圧の
発達理論の理解のためにー
三重大学・大学院生物資源学研究科
共生環境学専攻
地球環境気候学研究室
教授 立花義裕
作図協力:当研究室4年生一同
2011年5月バージョン
コ
リ
オ
リ
力
が
な
い
と
コ
リ
オ
リ
力
が
あ
る
と
重力による
トルク
まとめると 上空
高
温
地上
赤道
低
温
コリオリ力がないと
対流が起き、この
状態は解消される
極
バランス
コリオリ力
によるトル
ク 上空
重力による
トルク
バランスする!!
コリオリ力があると
とはいうけれど・・・
高
低
重力によるトルクと
温
地上
赤道
温
トルクバランスをする。
よって
の対流
は起きない。
“バランスする“という表現には穴がある
不安定
山の頂上のボールを動かすと
斜面を落ちていきつづける
バランス・・・
中立
平らな地面の上のボールは動かしても
戻りもしなければ、それ以上動きもしない。
安定
谷底のボールは、動かしても
元の場所に戻ってくる
;等密度線
0
5
赤道ρ;小
上空ρ;小
2
1
5
3
5
5
4
5
α
6
5
9
 10
極ρ;大
等密度面との角度α<βの方向に動かしてみると
左下に行くと ;周囲に比べ重いので沈もうとする
8
不安定な面
β
地上ρ;大
右上に行くと ;周囲に比べ軽いので浮こうとする
7
特に
どちらも、より進もうとする
傾圧不安定
と呼ぶ
不安定
これが、ラージスケールで見た、
地球上の高気圧・低気圧の出来る原因である。
この不安定が大きな流れになると
C
鉛直対流の模式図
W
とても緩やかな傾きをもった面にも、対流は出来る
鉛直スケール;
10km
α ;1°
水平スケール;6000km
傾斜対流の模式図
北
西
東
南
鉛直対流(a)と傾斜対流(b)の比較
高
低
高
西
北
東
南
(a)
(b)
(b)の傾斜対流を地上に投射したら、低気圧・高気圧が見える。
つまり、実際の高気圧・低気圧は、とても緩やかな傾斜を持った
傾斜対流である。
これを、エネルギー論で考えてみよう
発達する;
2
V  大 つまり、運動エネルギーは大きくなる
運動エネルギーが増す理由は?
はじめ、大気の状態が
下図の通りだとする。
上空
同
W
じ
W
C
重心;G
地面
重心を
重心は
考えてみよう
下がる
ΔZ
斜め方向に不安定になり
対流起こる
重心が下がる
重心による位置エネルギーが減る
C
重心;G
最終的に
このようになる
運動エネルギーが増す
つまり、減らした位置エネルギーを利用して、運動エネルギーに転換している。
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講義資料4(気象学の理解において必須の「高低気圧の発達理論」を