なぜ上空のトラフの東側で風が発散するんですか？

質問

風速がどんどん速くなっていくためのようですが、
なぜ速くなっていくんでしょう？

トラフより東に離れた場所の方が気温の南北差が大きくなって、
地衡風が早まるからですか？
逆に言えば、トラフの部分は気温の南北差が小さいから、
地衡風が弱いんですか？

回答No.2

moto_koukousei

http://okwave.jp/qa/q7122792.html　に書かれていた疑問

>>☆　空気塊が加速するところは空気塊が溜まり高気圧ができやすくなります。
★　渋滞を抜けた車が加速すると、車と車の隙間が広がるように、空気塊は溜まるのでなく、散逸してしまいませんか？
⇒　イメージは同じです。　太さの同じパイプを、空気塊が一方向に流れるとき、速度が低下するときには密度が高まり、速度が上昇するときには密度が下がります。

★　私は、尾根の西側＝谷の東側は、空気が加速し散逸する場所だから、地上ではむしろ低気圧が発生しやすい場所だという理解でいたのですが・・
⇒　イメージがよくわかりません。　
１）空気塊が散逸する＝密度が減る＝直下からみた場合荷重が減る＝地上の気圧は下がる
⇒　それだけなら、そうなのでしょう。熱帯低気圧など上空で散逸する（変形場ができる）下は低気圧です。
２）尾根の西側＝谷の東側は、空気が加速する場所
⇒　なぜ　尾根の西側＝谷の東側は、空気が加速する場所なのでしょうか。（尾根の西＝谷の東）と（尾根の東=谷の西）で、等高線の密度に粗密が生じることはありますが、前者が密で後者が粗と決まっているのではありません。また、谷の南、低気圧の南に等高線密度が濃くて、風速の速い部分ができることもあります。
http://www.jma.go.jp/jp/metcht/pdf/kosou/aupq35_00.pdf
http://www.s-yamaga.jp/nanimono/taikitoumi/kousoutenkizu.htm
前の回答の９の図に等圧線の分布を500hPa、400hPa、300hPa、200hPaで示しましたが、高度が下がるほど気圧傾度の変化が大きくなるのがわかります。
この下の高層天気図では500hPa前後の等高線が一番密で、850hPaでは緩やかです。
また上空で気圧が低いところの下の気圧が低いとは限りません。上空で高圧部の下に低圧部ができていたりします。

１）が成り立つのは、まっすぐ上方に上昇していく鉛直構造をもち、東西南北の流れをあまり考えなくて済む場合に限っているのではないですか。

（暖かく気圧の高い空気塊が南から北に向かい）＆（冷えた気圧の低い空気塊が北から南に向かい）それが正面から押し合うのではなくて、東西ですれ違うようになったり、低圧部が谷というよりも、独立した低気圧の渦状になってしまう状態では、多くの条件を加味した理屈を探さないと、説明や解釈はできないように思います。

回答No.1

moto_koukousei

南から高い気圧の尾根が伸びている西では気圧傾度が西向きとなり、南からの尾根が縮む=北の低い気圧の谷が伸びる東では気圧傾度が東向きとなります。ジェット気流は基本的に東向きの西風ですから、尾根の西を北上するときには減速され、尾根の東を南下するときには加速されます。空気塊が加速するところは空気塊が溜まり高気圧ができやすくなります。高気圧ができやすい位置は南の高い気圧の尾根が北に伸びた部分＝北の低い気圧の谷が南に伸びた付近となるようです。

気圧の尾根スジ・谷スジ（リッジ軸・トラフ軸）の傾きのことが入っていません。傾きが北東-南西ならば、気圧傾度は尾根スジ・リッジ軸の西側が急傾斜で、東側が緩傾斜となるので、西側（空気塊が北上する側）が東側（空気塊が南下する側）よりも高速になります。傾きが北西-南東ならば、気圧傾度は尾根スジ・リッジ軸の西側が緩傾斜で、東側が急傾斜となるので、東側（空気塊が南下する側）が西側（空気塊が北上する側）よりも高速になります。軸が南北に立っているときには、尾根スジ・リッジ軸の西側は気圧傾度で北西に押す力なので東向きの西風は減速され、東側は気圧傾度で南東に押すので東向きの西風は加速されると思います。
温帯低気圧の発達や場所が低緯度、中高緯度なのかなどの状況で傾きは変わるようです。
http://kobam-hp.web.infoseek.co.jp/meteor/extratropical-low.html
http://www.geocities.jp/tama_weather/text7-7.html
この2011/11/24/0000の高層天気図では、北海道-樺太の東にある気圧の尾根が北西-南東に傾いているので、160Eあたりは風速はそれなりに速いのではないでしょうか。135E・45Nに低気圧があることが関係しているのか、もはや気圧の谷・トラフというよりは、長波型温帯低気圧でしょうか。このパターンだと気圧の尾根スジが北西-南東に傾いても、低気圧の影響が重なるせいなのか、低気圧の南から東に気圧傾度の急なところができて、そこを流れる偏西風は流れが速くなるようです。九州から鹿島の上空にかけてと北海道東方上空に風速の速いところがありますね。　どうしてでしょう。わかりません。
http://www.jma.go.jp/jp/metcht/pdf/kosou/aupq35_00.pdf
（温帯低気圧には、気圧の谷型、長波型、短波型、前線波動型の4つがあるそうです）

空気塊は、元の場所と移動先の場所の気圧差が大きいほど移動速度が速くなります。気圧差は天気図の等圧線や等高線の粗密でわかります。空気塊が基本的に円運動をしていると、気圧傾度力（気圧の高い方から低い方）と、円運動によるコリオリの力とがバランスがとれた方向（＝気圧の等値線と平行の方向）に流れます。気圧の等値線と平行の方向に空気塊が流れるのを地衡風と言います。速度そのものは気圧傾度力の大きさで決まります。（温度差と言う説明ではなくて、気圧傾度力と普通は説明されます）地衡風は北半球では、低圧側を左にして流れます。

なんで等圧線や等高線に粗密できるのか。空気塊が水平方向に移動すること、鉛直方向に移動すること、収束や発散などの変形場があること、そこに色々な力が加わることが原因なのでしょう。よくわかりません。

上空の気圧の谷の中は気温の南北差が小さいのですか？　300hPaの図をみると、等高線の間はどこでも大きな気温差がないように見えます。谷の中だけに特異なのかな？　温帯低気圧のあるところでは、やや北西=南東に傾いた面をしているので、東側の上空は北まで温度が高い部分が伸びて、西側の下では南まで温度が低い部分が伸びているということもあり、下降・上昇部分で南北に温度差の大きい場所ができるかもしれません。　とにかく、個々の場所、個々の状態はずいぶん色々な要素が絡みそうなので、どう理解するのがいいのか、わかりません。

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仮に、次の想定をしてみます。
北極上空2万kmの点から、半径6400kmの地球を眺めます。下図。地球は反時計回り、左回り、東向きに回転しています。
緯度ごとの円周と回転速度は、次のようになります。(北緯,円周千km,速度m/s)(0,40,465)(15,39,449)(30,35,403)(45,28,329)(60,20,233)(75,10,121)
地表に密着した空気塊もこれと同じですが、高度が高い空気塊は地球の自転に惹きずられますが、速度は低下します。
前の質問の回答の７の添付図の下段に東西風を載せました。この図よりも高度の高いところでは60m/sの偏東風が吹くということです。この東風は対地比較ですから、赤道の東向き回転465m/sと合計すると、北極上空からみれば反時計回りの405m/sの空気塊の回転（いわば西風）です。（地球上からみれば西向きの東風、地球の遙か上空からみれば空気塊も地球も同じ東向き）
http://okwave.jp/qa/q7122792.html
赤道収束帯から絶え間なく空気塊が押し寄せこれ以上上昇できなくなれば、東西方向に発散します。北極上空からみると空気塊が円周の小さい方向に縮まることです。地表の回転速度は、どんどん遅くなります。赤道収束帯上空では405m/sで移動していたので、対地比較では回転速度がアップしたようになります。北緯30度を超えて北上すると地表の回転速度を上回り、対地比較で東向きの風（西風）になったようになります。円周は10%以上短いので、空気塊の密度が高くなり、それでも余る空気塊は下降します。回転する空気塊にも遠心力が働きます。北緯30度以上の中緯度で地表以上に高速で反時計回転する高層の空気塊があるとすると、低緯度に押し戻そうとする力も強くなります。低緯度から回転の輪を縮める力の大本は赤道収束帯からの上昇気流ですから、夏冬で太陽の緯度が変われば、空気塊の北上と北上を止める力のバランスする緯度も変わります。偏西風の位置にも違いが出ます。
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上記はイメージなのです。本当は角運動量の計算やら、中高緯度でのエネルギー運搬やら、地球上のエネルギーの計算やら、難しい理論と計算をするらしいのですが、試験問題で良い点を取ることが目的ではないなら、それはすっぽかしてもいいように思います。偏西風の蛇行になると、ちゃんとロスビー波、渦度、低気圧、傾圧不安定などをやらないとわかんないみたいです。　受験や試験対策なら、教科書や受験参考書の記述をそのまま拾い覚えた方が良いと思います。ただ、その説明でつじつまが合うのか、説明出来ているのかは別です。　ちゃんと知りたい場合は、もっときちんとした専門書を探した方が良いです。