風と気圧の関係

質問

私が中学生のころ考えていて、結局わからなかったことです。

気象に関することです。

高気圧では下降気流が生じていて、地上付近では周りに吹き出している。
低気圧では上昇気流が生じていて、地上付近では周りから空気が集まってくる。

・そうすると、結局空気が風として循環しているだけで、気圧の違いは解消してしまうのではないか。

・下降気流が生じると地上付近では、空気が濃くなって高気圧になる、と考えるべきだろうか。しかし、なぜそもそも下降気流が生じるのだろうか。周りに吹き出す分よりももっとたくさん空気が下降しないと、すぐに気圧が下がってしまうのではないか。

・周りへ吹き出しているところは、空気が薄くなって気圧が低くなるのではないか。周りから空気が吹き込んでくるところは、空気が濃くなって気圧が高くなるのではないか。

・地上で気圧が低いところでは、周りから空気が集まって来るんだろうけれど、上空からも空気が来るのだから、下降気流が生じるのではないか。

・気圧が低いところは上空も気圧が低いのだろうか。すると、上空でも周りから空気が集まってくることになりはしないか。

このようなことがわからなかったのですが、わかる方、ご説明ください。

回答No.4

jun1038

こんばんは。私が知っている（考えている？）範囲で回答してみますが、
私も気象の専門家ではないので、話半分ということで。

＞・そうすると、結局空気が風として循環しているだけで、
＞気圧の違いは解消してしまうのではないか。
○気圧の違いを生じさせたものが一時的なものなら、
　風がすうーと動いて気圧の差を解消して終わりです。
　でも、例えば海陸風など、（昼間）暖かい陸と相対的に冷たい海とがあれば、
　その温度差がある限り空気は循環し続けるでしょう。

＞・下降気流が生じると地上付近では、空気が濃くなって高気圧になる、
＞と考えるべきだろうか。
＞しかし、なぜそもそも下降気流が生じるのだろうか。
＞周りに吹き出す分よりももっとたくさん空気が下降しないと、
＞すぐに気圧が下がってしまうのではないか。
○下降気流は冷たい地面などに冷やされて生じたり、大気大循環で
　中緯度に空気が集まったりしてそれが冷えて生じたりするようです。
　持続的な下降気流があってそれが地面に当たって周囲に吹き出すのですから、
　吹き出すことにより中心部の気圧が直ちに下がるわけではないのでは？

＞・周りへ吹き出しているところは、
＞空気が薄くなって気圧が低くなるのではないか。
＞周りから空気が吹き込んでくるところは、
＞空気が濃くなって気圧が高くなるのではないか。
○前のほうの方が回答なさっているように、どっちが先かということでしょう。
　でも、別の見方をすれば、
　当然、吹き出すことにより、（吹き出さないよりは）気圧は低くなるでしょう。
　吹き込むことにより、（吹き込まないときより）気圧は高くなるでしょう。
　そういうふうに、空気は気圧の差を解消しよう解消しようとして
　運動しているのだと考えることもできるのでは？

＞・地上で気圧が低いところでは、
＞周りから空気が集まって来るんだろうけれど、
＞上空からも空気が来るのだから、下降気流が生じるのではないか。
○一般に上空の気圧は地上の気圧より低いですから、
　いくら地上に気圧の低い部分があっても、
　おそらくそれより気圧の低い上空から空気が来るのは考えづらいのでは？

＞・気圧が低いところは上空も気圧が低いのだろうか。
＞すると、上空でも周りから空気が集まってくることになりはしないか。
○普通は気圧が低いところは上空の気圧も低いようですね。
　当然上空でも回りから空気が集まろうとしますが、
　上空では地表面との摩擦力が働かず、
　気圧の差による力（気圧傾度力といいます）と、
　地球の自転による力（転向力とかコリオリの力などといいます）の
　２つの力が支配的になっていて、
　結論的に言って、この２つの力のつり合いにより、
　空気は気圧の低い部分を中心にして回転するようになります。
　その向きは、北半球の場合、低気圧では反時計回りです。
　上空では、低気圧や高気圧は、
　吹き出したり吸い込んだりするところではなく、
　回転する空気のウズです。

それでは。

お礼

どうもいろいろ考えた結果、
中学レベルでわかるようなことではないことがわかりました。

高校の教科書を改めて見たところ、
関係ありそうなことはいろいろ書いてあるんですが、
私の疑問に答えるようなことは書いてはありませんでした。

補足

ご回答ありがとうございます。
これからゆっくり読んでよく咀嚼したいと思います。

回答No.3

kutch

私は気象の専門家ではないので、これ以上詳しくは知らないので、答えられる部分のみ。
　熱帯低気圧については、一度上昇気流が起ると、周りの地表付近の暖かい（熱い？）空気を集めることになるのでどんどん成長するのだとか…。下降気流が起きていれば、上空の冷たい空気を地表に下ろす事になりますから、高気圧も安定していられるのではないでしょうか？。（いや、断熱圧縮を考えるとそうでもないかな？）
　温帯低気圧については、次のように聞いた事があります。暖かい気団と、冷たい気団が出会うと、暖かい気団が冷たい気団の上に乗っかりますよね。という事は上昇気流が生じるという事ですから、あとはＯＫですね？。
　ちなみに、前線とは寒気団と、暖気団の境界の事ですから、補足の後半の２つの疑問は同じ事です。
　日本で一番気象の事が分かっているはずの人たちが出す予報でさえ時々間違えるのですから、気象現象というのはすごく難しいものなのです。
　どこかで蝶が羽ばたいた時の空気のわずかな動きが、その後の気象さえ変える可能性がある、とまで言われているのですから。

補足

>　私は気象の専門家ではないので、これ以上詳しくは知らないので、答えられる部分のみ。

すみません。ありがとうございます。

>　温帯低気圧については、次のように聞いた事があります。暖かい気団と、冷たい気団が出会うと、暖かい気団が冷たい気団の上に乗っかりますよね。という事は上昇気流が生じるという事ですから、あとはＯＫですね？。

残念ながらＯＫではありません。
暖かい気団と冷たい気団が出会って上昇気流が発生するということですね。

回答No.2では
＞　吹き出し、吹き込みが先にあるのではなくて、上昇、下降気流が先です。（気流の上り下がりが「原因」で、吹き出し、吹き込みが「結果」です）

という立場をとっているのですから、「暖かい気団とつめたい気団が出会うことが先で、上昇気流が後」というのは逆のことを言っているように感じられます。
　上昇気流が先で、その結果として気団が出会うと言う必要があるのではないでしょうか。

気団が出会うということと吹き込みは違う、ということかもしれませんが、よくわかりません。

ともかく、私の疑問にお付き合いくださいまして、ありがとうございました。

回答No.2

kutch

えーっとですねえ、物事を科学的に考える時には原因と結果をしっかり区別して考えてくださいね。（これを因果関係といいます）そうしないから今回のように堂々回りになって混乱してしまいます。
　台風が日本の近くに来て、熱帯低気圧や温帯低気圧になってしまう事がありますよねえ。あれが、「気圧の違いが解消してしまう」例ですね。解消しないまでも、上陸すると「勢力が衰える」のが普通ですね。
　「なぜそもそも下降気流が生じるのだろうか」というのが一番大事なところですね。基本的には、海上よりも陸上の方が、（水の方が地面より比熱が大きいために）温度変化が大きいため、冬の内陸部は周りよりも温度が低くなり、大気が収縮し、密度が高くなって下降気流が生じます。シベリアで冷たい低気圧が発生し、日本に近づくのが「西高東低」の冬型気圧配置ですね。
　その結果高気圧が生じるのはお察しの通りです。下降気流が生じる「結果」、周りに吹き出すのですから、「周りに吹き出す分よりももっとたくさん空気が下降しないと」と考えるのは無意味ですね。
　低気圧の場合は、気団どうしの衝突によっても起るようですが、熱帯低気圧（この勢力の強いのが台風）については太陽によって暖められた空気が膨張して密度が低くなり、上昇しはじめるのがきっかけです。
　吹き出し、吹き込みが先にあるのではなくて、上昇、下降気流が先です。（気流の上り下がりが「原因」で、吹き出し、吹き込みが「結果」です）
　ですから、低気圧は、どれだけ上空へいっても（同高度の）周りより気圧が低いという事はないでしょう。高気圧、低気圧というのは、あくまでも標高０メートルでの、周りとの気圧差をいっているのにすぎません。
　温度と、空気の密度との関係もおさらいしてみてはいかがですか？。
　そもそも、「高気圧では下降気流が生じていて、地上付近では周りに吹き出している」というのは、同立ではなく、下降気流が生じている「から」周りに吹き出している、と解釈してください。

補足

>物事を科学的に考える時には原因と結果をしっかり区別して考えてくださいね。

おっしゃるとおりです。

>海上よりも陸上の方が、（水の方が地面より比熱が大きいために）温度変化が大きいため、冬の内陸部は周りよりも温度が低くなり、大気が収縮し、密度が高くなって下降気流が生じます。シベリアで冷たい低気圧が発生し、日本に近づくのが「西高東低」の冬型気圧配置ですね。

「シベリアで冷たい低気圧が発生し」ということはよく知りません。
ともかく、周りよりも温度が低いということが下降気流の発生原因で、その下降気流によって高気圧になる、ということですね。

小笠原高気圧やオホーツク海高気圧のような、海洋性の高気圧も、周囲よりも空気の温度が低いから下降気流が生じるので気圧が周りよりも高い、と考えてよろしいのでしょうか。

移動性高気圧は、どのような仕組みで周囲よりも気温の低い状態が保たれているのでしょうか。

>熱帯低気圧（この勢力の強いのが台風）については太陽によって暖められた空気が膨張して密度が低くなり、上昇しはじめるのがきっかけです。

そのようですね。

温帯低気圧の場合、前線を伴っていることがよくあります。前線は暖かい空気と冷たい空気の境ですから、「気温が周りよりも高いから低気圧になっている」という説明は、正直受け入れにくいところです。
（ご回答では、温帯低気圧について「気温が周りよりも高いから低気圧になっている」とは説明していませんが、高気圧の発生原因を低気温と説明しているので、温帯低気圧は周りよりも気温が高いから発生するということなのかなあ、と思いました。）

>低気圧の場合は、気団どうしの衝突によっても起るようですが、

気団の衝突によって気圧が低くなるのはなぜでしょうか。

ご回答では「基本的には、」とおっしゃっているので、基本的でない部分がいろいろとあるのかもしれません。

いずれにしても、次のことはわかりました。
「下降気流」が原因で、高気圧はその結果、
「上昇気流」が原因で、低気圧はその結果
ということですね。ありがとうございました。

回答No.1

cafedemocha

温度も、重要なファクターです
暖かい空気は、見掛け比重が小さく軽くなりますよね
逆に、冷たい空気は、見掛け比重が大きく、重くなります
同じ容積で比較すると、相対的に重いか軽いかで、重力の影響を受けて対流が発生します
冷たい空気、例えば１０度の空気、１立方メートルと、暖かい空気、１００度の空気１立方メートルでは、どっちが軽いか重いか、簡単に判りますよね？

極めて簡略化すると、そう考えれば、納得できるのではないでしょうか？

補足

つまり、周囲に対する相対的な温度の高低が原因と考えてよろしいでしょうか。