中学理科

質問

寒冷前線が通過すると風向が南から北に変わると習いましたがどうしてですか？中学レベルでは暗記しておけばいいのでしょうか？

高気圧ではどうして時計回りに風が吹き出すのですか？また下降気流が生じるのはどうしてなんでしょうか。

回答No.1

luune21

＞暗記しておけばいいのでしょうか？

いえいえ、科学は暗記しないでください。
あなたのようにいつも疑問に思って、それについて考えてみることが、単に「知っている」ということより数倍貴重なんですよ。太陽のまわりを地球が回っていることなんて、今時、幼稚園生でも「知っています」よね。しかし、そんなのには大して価値はありません。本当の意味では、幼稚園生は「知らない」のです。

＞寒冷前線が通過すると風向が南から北に変わると習いましたがどうしてですか？

低気圧の中心から同心円状に左巻きの渦の形で空気が流れて込んでいるからです。←なぜかは、次項
前線の端に低気圧の中心がありますが、そこに向かって左巻きの渦をグルグルグルと書いてみてください。

寒冷前線は、通常、その低気圧中心から南西への斜めの線になります。そのように線を引いてみます。前線通過後の地域、つまり前線の北側、東側の地域では北向きになっていることがわかるでしょう。少し正確にいうと円の接線からだいたい30度中心方向にずらした風向きになります。

＞高気圧ではどうして時計回りに風が吹き出すのですか？

まず、低気圧は「吹き込ん」で高気圧は「吹き出す」ものです。この風(横向きの空気の流れ)の向きは、気圧の差によってもたらされています。
高気圧は空気の密度が濃く、低気圧の部分は逆に薄くなっています。気圧というのはその一帯の空気の重さの合計なんですからね。空気も水と同じように圧力の高い方から低いほうへ流れます。つまり、高気圧は、水でいえば山の頂上付近です。低いふもとの方へどんどん流れ出しているわけです。

なぜ時計回りになるか、という問題は、高校でコリオリ力とか転向力という言葉で習うかもしれません。ちょっと説明が面倒なので、ここでは地球の自転のせいだと言っておきます。頂上から水の湧き出ている山が左回りに回っていると考えればいいでしょう。

緩やかな傾斜の巨大な円錐があるとします。その円錐を地球としましょう。その円錐は地球と同じように、上から見て左回りに回っています。今、そのどっか上の方からボールを転がしてみます。円錐の上に乗っている人からはどう見えるでしょうか。後方、つまり時計回りにカーブしながら落ちているように見えるでしょうね。
このようにして、高気圧から吹き出す空気は時計回りにカーブしていくと考えていいと思います。

低気圧の場合は、この円錐を逆にして、すり鉢状にすれば分かると思います。もちろん、今度は縁の方から中心に向かってボールを転がすイメージですね。たくさん転がせば台風の渦のようになるでしょうね。

＞下降気流が生じるのはどうしてなんでしょうか

鍋や風呂の中で、縦方向にグルグル回るお湯の対流と同じです。実は、この垂直方向の動きが、前述の水平方向の動き(風)の大もとです。

まとめると、
上昇気流→中心に空気が移動→もとは空気が薄くなるので低気圧となる→上空は冷たいので空気はまた外に吹き出され→下降気流→大気が濃くなる→高気圧、という対流が起きている。この対流は地球の自転の関係で左巻きの渦の形になる、ということです。
冬の暖まった部屋のドアを開けると、下の方から冷たい外の空気がどっと流れ込んできます。そのとき上の方では、暖かい空気が穏やかに外に出て行き下降します。そんな感じです。