フェレル循環における偏西風の成り立ち

日本を含む中緯度では偏西風が吹いているため、天気は概ね西から東へと変わっていきます。また、偏西風の蛇行は天気や気温に大きな影響を及ぼします。偏西風は気象の基本です。

ということで、今回の記事でフェレル循環の範囲で上空の偏西風がどのような仕組みで生じるのか、基本的な点を抑えておきます。

偏西風の元々の成因は南北の温度差です。でも、温度差がどのように偏西風を生じさせるかは大気の大循環のどこにあるかで違ってきます。

　◇　ハドレー循環と極循環によるもの

非常に暖められた、または冷やされた空気が移動することで大気の循環が生じ、タイヤが回転するように空気がぐるぐる回っています。

その過程で高緯度側に向かう風が、コリオリ力によって東向きに変えられ西風（偏西風）が生じます。

　◇　南北の大きな温度差によるもの

これはフェレル循環の範囲で生じる中緯度の偏西風です。その時々で高緯度に位置することもあります。

フェレル循環内では、まず南北の温度差が南北の気圧差を生じさせて高緯度側に風が吹き、それがコリオリ力によって東向きの地衡風となって偏西風が生じます。

今回はフェレル循環内の偏西風の成因について図を用いながら分かりやすく説明します。北半球を前提とします。

模式図「フェレル循環における偏西風の成り立ち１」をご覧ください。北半球の緯度高度鉛直断面図です。

図の右側はハドレー循環、左側は極循環、中央はフェレル循環の範囲です。緯度を括弧書きにしているのは、その時の大気の状態で実質的な位置が変わることがあるからです。

ハドレー循環と極循環では空気が鉛直方向・南北方向に循環してかき混ぜられているので、南北の温度差は小さいです。

それに対し、フェレル循環の範囲では空気の文字通りの循環がないため、空気がかき混ぜられず南北方向の温度差が大きくなっています。その特徴を等温面の傾きで示しています。

このように温度差の大きい大気は傾圧大気でもあります。傾圧大気の意味についてはこちらの記事をご覧ください。

温度差があると地表の気圧が変わらなくても上空では暖かい空気の方が気圧が高く、冷たい空気の方が気圧が低くなります。「高気圧の上空は低気圧？」を参照してください。

模式図「偏西風の成り立ち２」にあるように、フェレル循環の範囲では南北方向の温度差が大きいので南北方向の気圧差も大きくなっています。そして風は気圧傾度力によって気圧の高い南側から気圧の低い北側へ吹き始めます。

模式図「偏西風の成り立ち３」にあるように、北側へ向かう風はコリオリ力によって右に曲げられ東向きの地衡風になります。これが偏西風です。地衡風ですから等高度線に沿って吹きます。

「偏西風の成り立ち４」にあるようにフェレル循環の範囲で偏西風帯が成立します。緯度は大まかなものです。

フェレル循環における偏西風の成り立ちは以上です。

偏西風帯といっても、どこでも同じような強さで偏西風が吹いているわけではありません。

偏西風帯の中で特に南北で温度差が大きいところで強い偏西風が生じます。

とりわけ寒気と暖気の境目は水平温度傾度が大きく、より強い偏西風が吹いています。さらに、偏西風の中で最も強く吹く帯状の流れをジェット気流と呼びます。

温度差の大きいところと、そこで吹くジェット気流には以下の２つがあります。

　◆　ハドレー循環とフェレル循環の境

　　▷　亜熱帯ジェット気流　

　◆　フェレル循環と極循環の境

　　▷　寒帯前線ジェット気流

偏西風が天気や気温にどのような影響を及ぼすかは以下の要素を考慮する必要があります。

◆　偏西風の位置（特にジェット気流の位置）

◆　偏西風波動（偏西風の蛇行）

特に寒帯前線ジェット気流は大きな蛇行を繰り返しながら位置を大きく変えるので、天気や気温に大きな影響を及ぼします。

寒帯前線ジェット気流の成立と亜熱帯ジェット気流との違いをこれから幾つかの記事で取り上げていきます。まずは下の記事をご覧ください。