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用語解説
本ページは爆弾低気圧情報データベースの内容の理解を手助けするため、また、データベースを用いて調査研究する際の参考として、関連用語の解説をしています。厳密さよりも平易さを優先しているため、必ずしも正確でない記述があります。
より正確な理解が必要な場合は専門の教科書等を参照して下さい。
基本概念
- 気圧傾度力
- 空気塊は気圧の高いところから低いところへ動こうとします。気圧差が大きいほどその力が強く働きます。これを気圧傾度力と呼んでいます。台風や爆弾低気圧の中心付近の気圧は非常に低いので、気圧傾度力も極端に大きくなり、暴風や強風が吹くことになります。
- コリオリ力（転向力）
- 北半球では温帯低気圧の中心付近では反時計回りの風が吹いています。なぜ渦を巻いたような風が吹くのでしょうか。気圧傾度力だけでは説明できずに何か別の力も考える必要が出てきます。そこで、みかけの力を導入して、私たちが知っている物理法則と私たちが実際に見ている大気現象とのギャップを埋める（つじつま合わせをする）必要があります。そのみかけの力というのがコリオリ力（転向力）です。地球と一緒に回転している私たちが、同様に回転している大気の運動を眺めているので、みかけの力が働いているように見えてしまうのです。
コリオリ力は北半球では風に対して直角右向きに働き、風速の大きさに比例します。
- コリオリパラメーター（コリオリ因子）
- 地球は球面なので、緯度の違いによって私たちの居る地表面が傾いていきます。もし私たちが北極点に居て私たちが立っている地表面を水平面と考えると、地球の自転軸はそのまま水平面の回転軸になりますが、もし私たちが赤道に居るとすると、赤道での水平面は北極点と比べると90°傾いてしまい、もはや水平面は回転していません。私たちが地球と一緒に回転しているので、みかけの力を導入したわけですから、赤道ではコリオリ力は考えなくてもよいことになります。このような緯度の違いを考慮して、2ΩsinΦをコリオリパラメーター（コリオリ因子）と呼んでいます（Φは緯度、Ωは地球の自転角速度）。
コリオリパラメーターと風速の積がコリオリ力なので、同じ風速でも緯度が高い（低い）ほどコリオリ力は大きく（小さく）なります。
- 地衡風
- 気圧傾度力とコリオリ力が完全にバランスしている時に吹く仮想的な風です。地衡風は等圧線と平行に吹いています。コリオリ力は北半球では風に対して直角右向きに働くので、低気圧の場合、地衡風は反時計回りの風になります。地表面摩擦の影響を受ける大気境界層では地衡風平衡は崩れ、等圧線に交差して風が吹きます。同じ気圧傾度力でも緯度が高いとコリオリ力が大きくなるので、両者がバランスするには地衡風速は相対的に小さくならないといけません。別の言い方をすると、中心気圧が同じ低気圧でも緯度の高い（低い）地域の低気圧の方が中心付近の地衡風速は相対的に弱く（強く）なります。
このように地衡風速はコリオリパラメータの影響を受けるので、爆弾低気圧の定義式では緯度変化の影響を考慮してsinΦで補正を行っています。
- 温位
- 外部との熱の出入りがない状態（断熱変化）で、空気塊を上空のある気圧面から地表付近の1000hPa面まで下降させたとすると、高い気圧のために空気塊は圧縮され、内部エネルギーが増加、つまり昇温します。昇温した時の温度θは当然ながら元の空気塊の温度より高くなっています。このθを温位（potential temperature）と呼んでいます。もし空気塊が断熱変化をしている限り、たとえば空気塊を元の気圧面の高度からさらに上昇させても断熱膨張により温度は低下しますが、再びその空気塊を1000hPaまで下降させると空気塊の温度はやはりθになります。つまり、熱の出入りがない限り空気塊の温位は常に一定になります。
温位の鉛直勾配が大気の（静的）安定度の指標になります。このように、温位は断熱過程において保存量として扱うことが出来るため、大気の運動のしくみを理解する上で、とても重要な概念です。
- 相当温位
- 温位はあくまでも乾燥大気という仮定の下での概念です。実際の大気では対流圏下層に豊富な水蒸気が存在しているので、水蒸気の凝結の効果が無視できません。そこで、空気塊に含まれる水蒸気が全て凝結して空気塊を加熱した分を温位に加味した、相当温位（equivalent potential temperature）と呼ばれる概念もよく使われます。湿潤断熱過程においては、相当温位は保存量となります。
一般に、低気圧が急発達する時には、対流圏下層において低気圧中心に向かう暖湿気流が観測されますが、暖湿気流の相当温位は非常に高くなります。
- エルテルの渦位
- コリオリパラメーター（コリオリ因子）はその緯度での地球の回転を反映しているので、惑星渦度とも呼びます。私たちが見ている低気圧や高気圧は、大気が地球の自転とは異なる運動をしている（つまり風が吹く）ことを意味するので、その風の回転成分を相対渦度と呼びます。惑星渦度と相対渦度の和が絶対渦度です。
等温位面において「絶対渦度と（静的）安定度の積」で定義したものを「エルテルの渦位」または「等温位面渦位」と呼んでいます。ここで、大気の（静的）安定度は温位の鉛直勾配に依存します。なぜこのような物理量を定義するのかと言うと、断熱・無摩擦のもとで等温位面上では渦位は常に一定である（保存される）からです。空気塊は温位と渦位という二つの保存量をもつことになります。等温位面上で空気塊がどのように移動していくのかを知る上で、いわばトレーサーのような役割をもっています。
本データベースでは310K等温位面の渦位に着目しています。310Kは北半球冬季の北緯45度付近では大雑把に400 hPaくらいで、渦位の値は1 PVU程度です（PVUは慣例的な単位）。1 PVU（あるいは1.5 PVU）を力学的対流圏界面として、その下は対流圏の空気、2 PVUより大きい空気は成層圏の空気と大雑把に考えることができます。成層圏では静的安定度が大きく、高緯度ほどコリオリパラメーターが大きいので、渦位の定義から、渦位の値は成層圏の高緯度側で大きくなることがわかります。
310K等温位面の渦位の値が局所的に大きくなるということは、そこで（力学的）対流圏界面が押し下げられていることを意味します。その落ち込み（凹部）が極端になっている状態を「圏界面の折れ込み」といいます。一般に、圏界面の折れ込みの前面（東側）では上昇流が誘起されるので、関連して下層の地上低気圧が急発達する場合があります。これを上層の渦擾乱（渦位アノマリ）とのカップリングといいます。爆弾低気圧の定義の範疇に入るような急発達する低気圧の多くはこのようなカップリングが生じていると考えられます。高渦位の空気が高緯度から日本付近へくさび状に侵入する様子を予測あるいはモニタリングをすることは、低気圧の急発達の前兆現象として非常に重要です。
大気循環
- テレコネクション
- テレコネクション（teleconnection）とは、遠く離れた複数の地域間で、気温や気圧などの気象要素に統計的に有意な相関がみられる現象を指し、遠隔結合、遠隔伝播とも呼ばれています。地理的に固定される傾向が強いため、テレコネクション・パターンの持続は、異常気象や気象災害の原因となりやすいことがわかっています。
東アジア近傍には寒帯前線ジェットと亜熱帯ジェット（アジアジェット）の二種類のジェット気流が存在しています。これらのジェット気流を導波管として、ジェットに沿ってロスビー波（惑星波）と呼ばれる波が西から伝わってきます。波の伝播によって波列パターン（テレコネクション・パターン）が形成されると、日本付近の上空では気圧の谷あるいは気圧の峰が深まります。その状態が長期間持続すると、猛暑や寒冬などの異常気象になる場合があります。
- 亜熱帯ジェット気流
- 北緯30度付近の中緯度では一般に南北の温度差が大きくなっています。ある二つの等圧面に挟まれた大気層の厚さはその層の平均気温に比例するので、対流圏上層では南北の気圧差（低緯度で高圧、中緯度で低圧）も大きくなります。等圧線が混んでくると地衡風速も増加するので、結果的に強い西風が吹くことになります。これを亜熱帯ジェット気流と呼んでいます。通常は200hPaから300hPa付近に強風軸をもっています。
ロスビー波（惑星波）の伝播などが原因で亜熱帯ジェット気流が蛇行し、日本の西で気圧の谷が強まると、しばしば温帯低気圧が日本近海で急発達し、爆弾低気圧の定義の範疇に入る場合が多くなります。
- 寒帯前線ジェット気流
- 北半球の亜寒帯でも南北の温度差が大きい地域があり、その上空には偏西風ジェットが吹いています。そのジェット気流を寒帯前線ジェット気流と呼んでいます。高緯度ほど対流圏界面高度が低くなるので、寒帯前線ジェット気流の強風軸の高度は、亜熱帯ジェット気流の高度より低くなっています。
ユーラシア大陸では南に亜熱帯ジェット、北に寒帯前線ジェットが位置し、ダブルジェットの状態になっています。しかし、亜熱帯ジェットは恒常的に存在していますが、寒帯前線ジェットは不安定で、明瞭に見られないことも頻繁にあります。また、冬季の日本付近では二つのジェット気流が合流して両者が判別しづらい場合が多々あります。
ロスビー波の伝播や傾圧不安定などが原因で寒帯前線ジェット気流も蛇行し、日本の西で気圧の谷が強まると、しばしば温帯低気圧が日本近海で急発達します。
温帯低気圧
- 温暖コンベアベルト
- 急発達する低気圧の場合、その多くで低緯度側から低気圧の中心に向かう強い暖湿気流（高い相当温位）が観測されます。上層の気圧の谷の東側に位置する、高相当温位で特徴づけられるこの暖湿気流は温暖コンベアベルト（Warm Conveyor Belt: WCB）と呼ばれています。
発達中の低気圧に伴うWCBは温暖前線面に沿って上昇していきますが、低緯度側から多量の水蒸気を低気圧システムに流入させる働きを担っており、温暖前線近傍での活発な対流活動（降水現象）に大きく寄与しています。
- 寒冷コンベアベルト
- 低気圧の中心気圧が急速に低下していくと、低気圧中心近傍では（北半球の場合）反時計回りの風の流れが強まります。温暖前線の北側では、WCBの下（温暖前線面の下方）を掻い潜るように寒冷な（低い相当温位の）東風が発達していきます。この寒冷な空気の流れは主に大気境界層内に限定されており、寒冷コンベアベルト（Cold Conveyor Belt: CCB）と呼ばれています。
CCBは低気圧中心の北側から西側に回り込みながら、後屈前線近傍で上昇し雲域を形成します。爆弾低気圧の定義の範疇に入る低気圧の多くでCCBの発達がみられ、気象衛星画像ではコンマ状の雲域として可視化される場合があります。
- シャピロ・カイザー・モデル
- 温帯低気圧のライフサイクルとして多くの教科書に記述されているビャークネス・モデルとは異なり、①低気圧の発達に伴い、低気圧中心付近で温暖前線と寒冷前線が断裂する（前線断裂）、②温暖前線は低気圧中心の北側から西側へ回り込む（後屈前線）、③東西方向に延びる温暖前線に対して、寒冷前線は南北方向に延び、両者の位置関係はT字型になる（Tボーン構造）、④最盛期では、後屈前線が低気圧中心へ巻き込まれ、その際に寒気に取り囲まれて隔離された、比較的に温度の高い空気が低気圧中心近傍に存在する（温暖核の隔離）、という特徴をもつ温帯低気圧がしばしば観測されています。これはシャピロ・カイザーの低気圧モデル（Shapiro and Keyser 1990）と呼ばれています。
日本近海において爆弾低気圧の定義の範疇に入るような急発達する低気圧は、シャピロ・カイザー・モデルの特徴に合致している事例が多いと考えられます。
- 低気圧位相空間
- シャピロ・カイザーの低気圧モデルで説明されるように、急発達する低気圧の最盛期には、低気圧中心近傍で温暖核の隔離が顕著にみられる場合があります。特徴や成因において台風の温暖核とは異なる点が多いですが、一見すると構造に共通項があります。一方、台風は中緯度の傾圧帯に侵入すると温帯低気圧に構造が変化します。そこで、熱帯低気圧と温帯低気圧のライフサイクルや分類、また、それぞれの構造変化を定性的に説明するために、低気圧位相空間（cyclone phase space）という考え方が提案されています。
横軸に「下層寒気核 vs下層暖気核」、縦軸に空間構造の「対称（非前線性） vs 非対称（前線性）」をとることで、低気圧のライフサイクルに従って、その位相空間を低気圧が移動することになります。台風の温帯低気圧化は、「下層暖気核・対称構造」から「下層寒気核・非対称（前線性）構造」への遷移を意味します。一方、爆弾低気圧のような場合は、しばしば「下層寒気核・非対称（前線性）構造」から「下層暖気核・比較的対称な構造」への遷移がみられます。
- 疑似晴天（好天）
- 一般的には、低気圧や前線の通過の際に、悪天候から一時的に晴天（好天）になる現象を指します。疑似晴天（好天）は長く続かず再び悪天候になることから、山岳などでの遭難の原因の一つになっています。壁雲に囲まれた台風の眼では静穏域が形成されますが、急発達する温帯低気圧の中心近傍でも晴天を伴うような弱風域が形成される場合があります。
2013年3月2日に道東地方で暴風雪による地吹雪が発生し、死者9名の人的被害が発生しました。この時は爆弾低気圧の中心付近では顕著な弱風域が形成されており、道東地方では前日に比べて2日午前中は一旦風の弱い穏やかな天候状況になっていましたが、低気圧の通過に伴い2日午後には、低気圧中心の後面で突風を伴う暴風が突然吹き荒れ、大惨事の原因になったと考えられます。このような暴風被害も広義の疑似晴天によるものと言えます。