緯度が高い地方は上空の気圧が低いのですか？

質問

地上の気圧はその地方の緯度の高低にかかわらずそれほど変わらないと思うのですが、高層天気図の等圧面の高度は緯度が高くなるにつれてどんどん低下していっているような気がします。

どうしてこのようなことになるのでしょうか。

回答No.4

15keeper · ベストアンサー

>たとえば極付近の地上は妙に空気が濃くなって呼吸に支障をきたすとか、あるいは上空で低緯度から高緯度に一方的に空気が流れ込んで環流できないとか。

こうした疑問を持つことは大切だと思います。こういう時には計算するしかありません。
大気の組成（酸素が２１％）と地上の気圧（１atm）はどこでも同じとします。

気体の状態方程式を使って、気温－６０℃（何と南極点の年平均気温）の１０００L中の物質量ｎは、
１atm×１０００L＝ｎ×０．０８２×（２７３－６０）より、
ｎ＝５７mol　このうち酸素は５７×０．２１＝１２mol
同様に、気温２０℃の物質量は、４２mol。このうち酸素は８．８mol
ずいぶん違いますねぇ。極地に住む人が熱帯に来たら、空気の薄さを感じるかもしれませんね。

気温差が８０℃もあればずいぶん違うでしょうが、今住んでいるところで、夏と冬とで呼吸のしやすさはどうでしょうか。
かわりませんよね。でも、ウィンドサーフィンでは、夏はセールの大きさをワンサイズ大きくするらしいです（夏の方が空気の密度が小さいから）。そんなところに空気の濃さが目に見える形で表れているのですね。

また、＞上空で低緯度から高緯度に一方的に空気が流れ込んで
これが、ジェット気流の原因です。転向力を受けますから、中緯度地域の上空で西から東へ向かう流れとなるのです。
大気の南北循環に関しては、別途お調べになってください。

お礼

再度ご回答下さいましてありがとうございます。

>気体の状態方程式を使って、気温－６０℃（何と南極点の年平均気温）の１０００L中の物質量ｎは、
>１atm×１０００L＝ｎ×０．０８２×（２７３－６０）より、
>ｎ＝５７mol　このうち酸素は５７×０．２１＝１２mol
>同様に、気温２０℃の物質量は、４２mol。このうち酸素は８．８mol
>ずいぶん違いますねぇ。極地に住む人が熱帯に来たら、空気の薄さを感じるかもしれませんね。

molなどというともう忘却の彼方の世界の話ではありますが、実際に酸素濃度がそれだけ違うということには驚きました。
もっとも2,3の回答者様がおっしゃっているように、居住地の高度の影響の方が大きいのかもしれませんし、またその程度は充分に人間の環境変化への対応力の範囲内ということなんですね。

>これが、ジェット気流の原因です。転向力を受けますから、中緯度地域の上空で西から東へ向かう流れとなるのです。

ジェット気流が存在することは当然知っておりましたが、それの発生原因がここにあったとは知りませんでした。
結構面白いので大気循環についても調べてみたいと思います。

回答No.3

manno1966

> たとえば極付近の地上は妙に空気が濃くなって呼吸に支障をきたすとか、
質問の論点とはまったく違いますが、人間は空気が薄くなって半分になっても、空気が濃くなって倍になっても、呼吸は問題ありません。
エベレストは8000ｍを超えていますが、その中腹の5000ｍ付近で、地上の空気の半分の濃度となりますが、呼吸は問題ありません。
山頂への無酸素登頂の記録もありますから。
水中の10ｍ付近の深度で、地上の倍くらいの気圧になるので、空気ボンベから供給されて呼吸する空気も、地上の倍くらいの濃度となりますが(地上と同じ濃度だと、肺が水圧で押しつぶされてしまう)、呼吸は問題なく行えるので、それ以上の深度でも問題なくスキューバダイビング等をスポーツとして楽しむことができます。
数時間または数日間の時間をかけて徐々に慣らせば、数十メートルの深度(数倍の濃度)でも問題はないですね。
数分で濃度を数倍または数分の1に変化するような、急激な変化させると死亡するような事故になる可能性がありますが。
(私は、飛行機が上空を飛行中に破損して急減圧が発生したという想定の急減圧を、その専門の施設で体験したことがある)
(低酸素症は、体験するとその怖さがわかる(専門の人が管理監修の下の訓練による体験))
(潜水病も怖いものです)

で、本題のほうに入りますが、確かに極付近は下降気流の場ですから高気圧になりやすいですが、1割とは低緯度と気圧が違いませんから、最初の回答に書いたとおり、1気圧と言っていい範囲であり、問題になるほどの変化はありません。
「大気循環」で検索してみてください。
確かに上層では低緯度から高緯度へ向けて大気が移動していきますが、下層では高緯度から低緯度へ向けて大気が移動するので、濃度はあまり変わらないのです。

お礼

再度のご回答頂き、ありがとうございました。

>エベレストは8000ｍを超えていますが、その中腹の5000ｍ付近で、地上の空気の半分の濃度となりますが、呼吸は問題ありません。

考えてみればそういうことですね。

>「大気循環」で検索してみてください。

エネルギーの収支という意味で南北でいくつかに分かれて循環がおきているようですね。
砂漠ができる理由がこんなところにあったとは全く知りませんでした。

回答No.2

manno1966

地上では、何処でも基本的に一気圧と考えられます。(海面高度付近の話です)
とすれば、何処でも空気の質量は同じと考えられます。

空気の体積は、温度によって変化し、同じ質量なら、温度が高いほど体積が大きく、温度が低ければ体積が小さいです。

低緯度は温度が高く、高緯度は温度が低いです。

なので、低緯度では空気の体積が大きいので、同じ気圧面で比べると高度が高くなり、低緯度では低くなるという現象になります。

この為、北半球では低圧面天気図で見ると南の方が高度が高く、北のほうが低くなります。
南半球では逆に北の方が高度が高く、南のほうが低くなります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

>空気の体積は、温度によって変化し、同じ質量なら、温度が高いほど体積が大きく、温度が低ければ体積が小さいです。
>
>低緯度は温度が高く、高緯度は温度が低いです。
>
>なので、低緯度では空気の体積が大きいので、同じ気圧面で比べると高度が高くなり、低緯度では低くなるという現象になります。

1の回答者様にも同様のお答えを頂きまして理屈は理解できたのですが、感覚的にこれだと何かバランスがおかしくなるようにも思うのですが…。

たとえば極付近の地上は妙に空気が濃くなって呼吸に支障をきたすとか、あるいは上空で低緯度から高緯度に一方的に空気が流れ込んで環流できないとか。

回答No.1

15keeper

高緯度の方が地上気温が低いからです。

地上の気圧はその地方の緯度の高低にかかわらず同じとすると、緯度にかかわらず大気の重さはどこでも同じ。等圧面上の大気の重さはどこでも同じだから、等圧面から地表面までの大気の重さもどこでも同じ。高緯度になると同じ重さの大気でも等圧面の高さが低くなるということは、等圧面から地表までの大気の密度が大きくなるということ。高緯度は寒冷ですから収縮して密度が大きくなる。

特に冬の中緯度地域で緯度変化による温度差が大きいから、等高線が中緯度で密になっていると思います。

お礼

ご回答ありがとうございます。

なるほど。
そういうことだったのですか。

>特に冬の中緯度地域で緯度変化による温度差が大きいから、等高線が中緯度で密になっていると思います。

ある程度の緯度になるまでは等高線もほとんど存在しないようですね。