前回の記事で傾圧大気の定義を等密度面との関係で説明しましたが、今回は等温面との関係に焦点を当てます。温度についてなので、より身近に感じると思います。加えて風に関する傾圧大気の特徴にも着目します。以下の説明は北半球を前提とします。
１．傾圧大気の定義（等温面）と特徴
前回の記事で紹介しましたが、傾圧大気の定義と特徴をもう一度紹介します。
▶ 定義（密度）・・等圧面と等密度面が交わる大気
▶ 定義（温度）・・等圧面と等温面が交わる大気
▶ 風に着目した説明・・風速が高度とともに増大している大気
▶ 傾圧大気か判断する方法・・等圧面上に等温線が引いてあるなら傾圧大気
▶ 等温位面・・中緯度で南北方向の傾度が大きい
２．模式図の説明
上の模式図「傾圧大気と等温面」をご覧ください。「一般気象学 第2版補訂版 （東京大学出版会）」の図7.19と図7.20を参考に作成しました。
図の下側から説明します。縦軸が高度、横軸が緯度、下端が最下層（地上）、上端が最上層です。図の中の実線が等圧面、破線が等温面です。
この図では、暖色（赤）から寒色（青）に向かって温度が低くなることとしています。
図では低緯度、中緯度、高緯度とありますが、それぞれの意味については「偏西風の吹く範囲はどこ？」をご覧ください。
３．大気の温度を決める要素
◇ 高度・・対流圏では高度の上昇（正確には気圧の低下）とともに温度は下がります。これは感覚的に分かりますね。高い山の上では寒いです。
◇ 緯度・・概ね赤道付近が最も高温で極付近が最も低温です。
４．順圧大気
◇ 順圧大気とは
まず、低緯度と高緯度に着目してください。低緯度と高緯度では等圧面と等温面は交差していません。このように等圧面と等温面が平行している大気を順圧大気といいます。
描いた色に注目すると鉛直方向の変化はあっても水平方向の変化はありません。
つまり、鉛直方向には温度の違いはあるけれど水平方向には温度の違いはないということです。
同様に気圧も高度とともに下がっていきますが、水平方向（緯度別）には変化はありません。
このように順圧大気では等圧面も等温面も傾きがないので、2つの面が交わることはありません。
◇ 順圧大気になる理由
低緯度と高緯度が順圧大気になる理由は直接循環（ハドレー循環と極循環）によって空気がかき混ぜられ、南北の温度差が小さくなるからです。温度差が小さいと層厚の厚さもほぼ同じで気圧傾度が小さいからです。
実際には低緯度も高緯度も全くの順圧大気というわけではなく、ほぼ順圧大気という方が正確です。
５．傾圧大気
中緯度の大気は傾圧大気です。傾圧大気になる理由は南北の温度差が大きいからです。大きな温度差は等圧面と等温面の関係に下記のような影響を及ぼします。
◇ 等圧面
温度が高くなると層厚が厚くなります。すると高度が上がるに連れ南北の気圧傾度は大きくなります。このあたりの仕組みは「層厚（そして温度風の関係）」を参照してください。
図では、等圧面を示す実線が南から北に向かって下がっていることと、上空ほどその傾斜が大きくなっていることで表しています。
◇ 等温面
図にあるように等温面も北から南へと下がっています。
しかし、等温面の傾きの方が等圧面の傾きより大きいので、両者は交わることになります。なぜ傾きの大きさに違いが生じるかは省略します。
ただ、気体の状態方程式によると気圧が一定のとき、密度と温度は反比例の関係にあるので、等密度面の傾きと等温面の傾きは正反対になることは分かります。
このように傾圧大気では等圧面と等温面が交わります。
図にあるように、傾圧大気では南の下層ほど温度が高く（赤）、北の上層ほど温度が低く（青）なっています。
６．等温線
模式図の上側を見てください。低緯度・中緯度・高緯度の大気を斜め上から見た箱で表しています（低緯度・中緯度・高緯度別に分割して描いてます）。
箱の蓋の部分は大気の最上層の等圧面です。低緯度と高緯度の等圧面には等温線が描かれていません。
それに対し、中緯度の等圧面には3本の等温線が描かれています。傾圧大気では等圧面と等温面が交わっているので等圧面上に等温線が引かれるのです。等温線の有無で、その大気が傾圧大気かどうか知ることができます。
７．風速分布
南北の温度の違いが大きいと下層から上層に向かって等圧面の傾きが大きくなっていきます。すると、高度とともに地衡風である西風が強くなっていきます。これが傾圧大気の大きな特徴となっています。
ですから、傾圧大気とは風速が高度とともに増大している大気とも言えます。
この仕組みは温度風の関係によって説明できます。温度風の関係については「層厚（そして温度風の関係）」および「温度風の関係２」をご覧ください。
図では風速分布によって、そのことを示しています。
今回はここまでです。あと、傾圧大気と等温位面の関係について次回考えます。鉛直断面図での等温位面は『第60回一般知識 問８』に出てきました。また登場するかもしれませんね。
※ 資料によっては等温面と等温位面は同じものであるとしているものもありますが、この一連の記事では別個のものとしています。