第14章 大気の大循環
| 目次 | |
| １． | 大気の大循環と地球の自転 |
| ２． | ジェット気流 |
| 用語と補足説明 | |
地球のエネルギー収支をみると、赤道付近で熱の供給過剰、極地方で放出過剰となっている。そこで、熱が余っている赤道付近から、熱が足りない極地方へと熱が移動する。それを担う一つが大気である。もし地球が自転していないとすれば、それは単純に赤道で上昇して極で下降する大気の対流となる。地上では極地方から赤道に向かって吹く風、すなわち北半球では北風、南半球では南風となる。
しかし実際には地球は自転しているのでコリオリの力が生ずる。このために対流は3つのセルに別れてしまう。
まずコリオリの力の弱い程度では、赤道で上昇し、中緯度で下降する比較的単純な対流になっている。これをハドレー循環という。この対流により下降気流が降りてくる場所が亜熱帯高圧帯であり、雲が発生しにくいので、そこに陸があると砂漠地帯になっている。両半球の亜熱帯高圧帯から赤道に向かって地上を吹く風は、コリオリの力によって北半球では北東の風（北東貿易風）、南半球では南東の風（南東貿易風）となる。貿易風は太平洋の東側、大西洋でははっきりしているが、太平洋の西側、インド洋では季節風により乱されている。
両半球の貿易風が衝突するところが熱帯収束帯である。熱帯収束帯は夏には北半球より、冬には南半球よりになる。この熱帯収束帯のとくに海上では大規模な積乱雲が発達しやすい。また、台風が生まれる場所でもある。下の衛星画像では熱帯収束帯上に並ぶ積乱雲を見ることができる（夏なので赤道より少し北側。小笠原近海には台風も見える）。
帆船時代には、この安定した貿易風を利用して大洋を横断していた。なお、貿易風（tradewind）の“trade”は貿易ではなく、「ネットで百科＠home」（日立システムアンドサービス）によると、「trade
の本来の意味は〈道〉
2005年6月28日03時（世界標準時）の気象衛星ひまわり6号の画像
気象庁：http://mscweb.kishou.go.jp/panfu/general/outline/image/gms6.htm
中緯度ではコリオリの力が強くなり、上図のようなはっきりとした対流（フレネル循環）というよりは、大きな蛇行した西よりの風（偏西風）として動いている。これをロスビー波という。高緯度側から低緯度側に向かって吹くときは冷たい風として、低緯度側から高緯度側に吹くときには暖かい風となっている。中緯度ではこのロスビー波、さらにそれに付随する渦である低気圧や高気圧によって、低緯度から高緯度へと熱が運ばれている。
中緯度の偏西風と、極から吹いてくる冷たい東よりの風（極偏東風）が衝突するところには前線が生じて、低気圧が発生しやすい。とくに大陸が少ない南半球では、南緯40°から60°あたりはいつも天気が悪く暴風圏ともいわれる。
２．ジェット気流
ハドレー循環の中緯度側の上空では強い西風が吹いていて、これを亜熱帯ジェット気流という。
これは低緯度では小さい風速でも、緯度が高くなると地球の自転が遅くなるので、その差の分だけ対地球（地面）の速さが速くなるのである。例えば赤道での地球の自転の速さは40000kmを24時間で1周＝1700km・h-1（460m・s-1）、北緯30°では35000kmを24時間で1周＝1400km・h-1（400m・s-1、北緯30度では赤道での速さのcos30°＝0.87倍）である。赤道上空で（の対地速度が）1m・s-1の弱い西風でも、その空気塊はもともと地球と一緒に動いているので、北緯30°にまで北上すると地球の自転の速さの差（この場合は60m・s-1）だけ速くなる。つまり、61m・s-1の猛烈な風となってしまう。
もう一つ、中緯度上空のロスビー波の圏界面付近でも強い西風が吹いている。これを寒帯前線ジェット気流という。寒帯前線ジェット気流は偏西風の蛇行に従って大きく蛇行している。また、冬に強く、夏にはやや弱くなる傾向がある。
亜熱帯ジェット気流と寒帯前線ジェット気流が合流して一本のジェット気流になることもある。また季節によって大きく南北に移動する（北半球では夏に北よりに、冬に南よりになる）。また、ジェット気流は低気圧・高気圧、梅雨などとも関係が深い。
亜熱帯ジェット気流も寒帯前線ジェット気流も、ちょうど長距離の航空機がとる高さに近い。すなわ西から東に飛ぶときはできるだけジェット気流を利用するように、逆に東から西の飛ぶときはできるだけジェット気流を避けるようにした方がよい。このジェット気流のため東京−福岡便は20分程度、東京−ハワイ便は行きと帰りで2時間程度の差ができる。
木星大気の運動：木星は太陽系の惑星のなかで一番自転が速い。つまり、コリオリの力が一番強い。このために木星大気の対流は地球よりも多いセルに別れている。木星の大気の運動が地球よりも複雑な原因のもう一つは、木星内部から出てくる熱が太陽から送られてくる熱に匹敵するほど大きいためである（地球大気の運動を考えるときは、地球内部から出てくる熱は無視してよい）。このような大気の運動は、木星型の他の惑星でもみられる。
暴風圏：「咆える40°、狂う50°、叫ぶ60°」「唸る40°、吠える50°、叫ぶ60°」などというたとえもある。
温度風：気温が低い場所と高い場所を比べると、低い場所での空気の密度の方が高い。そこでもし地上の気圧が等しい（その上に存在している空気の量が同じ）としても、気温が低い場所（空気の密度の高い場所）では、高さによる気圧の下がり方が大きい。だから、同じ高さの気圧を比べると、気温が低い場所の方が気圧が低いことになる。つまり同じ高さでは、気圧傾度力は温度の高い方から低い方に向かってはたらく。またこの気圧傾度力は、温度差が大きいほど大きな力になることがわかる。このような気温の差が原因で生ずる気圧傾度力によって吹く風を温度風という。
地表の気温が低い北極・南極の上空は、同じ高さの低緯度と比べればつねに気圧が低くなっている。だから気圧傾度力は低緯度側から高緯度側に向かってはたらく。上空の風は、この気圧傾度力とコリオリの力がつり合って、風を背にすると低圧部を左に見るように等圧線に平行に吹く風（低圧部が北になるから西風）、すなわち西風として吹く地衡風となる。これがジェット気流のもう一つの説明となる。つまり。ジェット気流には温度風の性格がある。こうして考えると、南北の気温の差が大きい冬（夏は極も暖かくなる）に、ジェット気流が強くなることもわかる。
