Up 気象学が偏西風の高速を説明する仕方 作成: 2022-12-10
更新: 2023-01-23


    気象学は,偏西風の高速を「角運動量保存」を持ち出して説明する(註)
    これは「角運動量保存」の誤用である。

    そして気象学の言いたいことは,応分のロジックで述べることができるものである。
    そのロジックを以下に示す。
      誤解の無いよう念のため:
      論理的に問題の無い形に述べ直しているだけで,偏西風の高速の説明としては間違っている。 ──ただのアブストラクト・ナンセンスである。

    地球の自転は,地上の点に回転速度を与える。
    「風速」とは「地点Pの風速」のことであって,この速度はPの回転速度に対する相対速度である。

    地上の点の回転速度を計算してみよう。
    地球の半径を \( R \) (m),角速度を \( \Omega \) (ラジアン/秒) とすると,緯度 \( \theta \) (ラジアン) の地点の回転速度 \( v \) (m/秒) は, \[ \quad \quad v = ( R\ cos( \theta) )\ \Omega \]


    \( R, \Omega \) は,「地球1周 4万km」「1日24時間」を使って,つぎのように計算される: \[ \quad \quad R = \frac{ 40000 \times 1000 }{ 2 \pi } \\ \ \\ \quad \quad \Omega = \frac{ 2\ \pi }{ 24 \times 60 \times 60 } \] よって, \[ \quad \quad v = ( R\ cos( \theta) )\ \Omega = \frac{ 40000 \times 1000 }{ 24 \times 60 \times 60 } \ \ \ cos( \theta) \]
    これを計算すると,「地上の点の回転速度」がつぎのように得られる:
    緯度 (°) 回転速度 (m/秒)
    0 463
    10 456
    20 435
    30 401
    40 355
    50 298
    60 231
    70 158
    80 80


    いま,北緯30度で「無風」を表している空気塊が,南側からの圧によって北緯40度に押し上げられたとしよう。
    すると,この空気塊は \( 401 - 355 = 46 \) m/秒 の風になる。

    (移動は, 自転する地球に固定した視座で見たもの)
    46 m/秒は,けっこうな強風である。

    偏西風の高速は,これである。
    偏西風の高速は,《低緯度から高緯度に押し上げられた風は,強風になる》で説明されるものである。


    これが偏西風の高速の説明になっていないのは,低緯度から高緯度に押し上げられる」が,成立しないからである。
    気象学は「低緯度から高緯度への風の平行移動」を信じているが,自転球体上の移動がそんなふうになることは無いのである。


    註. 例えばつぎのように「角運動量保存」を誤用する:
      田中 (2007), pp.50,51
    回転する地球表面に束縛された大気には、角運動量の保存則が成り立つ。 これを気象要素で表現すると以下のように書ける。
      回転半径 × 空気塊の絶対速度 = 一定
    図2.7のように、たとえば赤道上に地理的に静止していた空気のチューブが、北緯30度まで移動したとする。 ここで、赤道上で静止している空気は、宇宙空聞から見ると地球の自転とともに猛スピードで西から東に移動しており、1日で1周している。
    地球の半径を6370キロメートルとするとその空気塊の速度は463メートル毎秒となる。
    これは音速よりも速い。 もちろん、空気全体が回っているので、赤道に立っている人にも、音は普通に聞こえるわけである。
    したがってこの空気は、速度 × 回転半径 = 463メートル毎秒 × 6370キロメートル の角運動量をもっている。
    この空気のチューブが北緯30度まで移動したとすると、回転半径は 6370キロメートルから5517キロメートルに短縮されるので、角運動量保存則からこの空気塊の速度は535メートル毎秒に増大する。
    北緯30度の地面の回転速度は401メートル毎秒なので、空気のチューブは地面に対して134メートル毎秒の西風となる。
    北緯45度なら328キロメートル毎秒、60度なら696メートル毎秒である。
    図2.7 (p.43)


    「角運動量」は,コマの話である。
    「チューブの角運動量保存」の絵を描けと言われたら,コマになったチューブの絵を描くことになる。
    それは, つぎのような絵である:

    引用文献
    • 田中博 :『偏西風の気象学』(気象尾ブックス016)), 成山堂, 2007.