渦有効位置エネルギー(傾圧不安定波6)

ここしばらく傾圧不安定波をエネルギーの観点から考えていますが、今回は偏西風が蛇行した場合、位置エネルギーがどう変化するのかについて取り上げます。

まず偏西風が波打つと、その北側の寒気の分布も波打つことが分かります。

寒気は暖気に比べてより大きな位置エネルギーを持っていますから、位置エネルギー、特に有効位置エネルギーの大きな部分の分布が波打って現れるということにもなります。

この変化が温帯低気圧の発生・発達の重要な要素となっています。

では、まずは前回の復習から

1.傾圧不安定波

前回、帯状運動エネルギーに渦エネルギーが加わると偏西風波動(傾圧不安定波)が生じることを説明しました。

別の言い方をすれば傾圧不安定波には帯状エネルギーと渦エネルギーの二つの要素が含まれているということです。

前回の記事にも載せましたが下の図がそのことを表しています。

2.渦有効位置エネルギー

2-1 水平方向

上の図で有効位置エネルギーに視点を置いてみると次の図が描けます。オレンジの曲線が偏西風、青く塗られてところが寒気、白が暖気です。

このように渦エネルギーを加味した有効位置エネルギーを渦有効位置エネルギーと言います。

この図のピンクの矢印は温度差があることを表現しています。矢印が東西方向になっていることに注目してください。

偏西風が蛇行すると寒気が南下、暖気が北上するので、気温差は南北方向だけではなく東西方向にも生じることが理解できます。

ということは有効位置エネルギーの大きさの違いもやはり南北方向だけではなく東西方向にも生じるという訳です。

2-2 鉛直方向

この状態を鉛直方向で見ると次の図が描けます。

少し前の記事に載せた帯状有効位置エネルギーの鉛直図と似ていますが、図の左右の方角が違っています。

帯状有効位置エネルギーの時は北側が寒気、南側が暖気でした。

渦有効位置エネルギーの場合は東西方向の温度差もあるので、上記のように西側が寒気、東側が暖気として描ける場合があります。もちろん西が暖気、東が寒気という場合もあります。そして南北の温度差もあり、非常に複雑になっています。

こうした複雑な構造こそが有効位置エネルギーから運動エネルギーへの変換そして温帯低気圧の発生・発達のカギとなります。

3.渦運動エネルギー

ここでこれまで何度か出てきた表をまた見てください。

傾圧不安定波とエネルギー(表)

一番右側の列は有効位置エネルギーが運動エネルギーに変換される時のエネルギーを示しています。

この表で分かるように渦有効位置エネルギーから変わる運動エネルギーを渦運動エネルギーと呼びます。

渦運動エネルギーは温帯低気圧と密接な関係があるので、次回じっくり取り上げます。

表の説明は一回で終わらせるつもりだったんですが・・・ 飽きずに次回も読んでくださるとうれしいです。

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