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竜巻の出来方について質問で

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ID非公開さん

2018/8/1018:29:46

竜巻の出来方について質問で

①何故積乱雲の中で風の渦が出来るんですか?
②①からどうして上昇気流が発生するんですか?
③何故雲が垂れ下がるのですか?

教えてください。

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gal********さん

2018/8/1518:35:40

> ①何故積乱雲の中で風の渦が出来るんですか?

地上付近と上空とで風速や風向きが大きくことなる状態(鉛直シア)の中で
非常に強い上昇気流が発生すると、強い渦が生じることが知られています。
(Wilhelmson 1974, Schlesinger 1975, Kropfli & Miller 1976,
Wilhelmson & Klemp 1978).

地上付近に暖かく湿った空気が存在する場合、この強い上昇気流によって
積乱雲が発達すると同時に、鉛直シアによる渦によって、
発生した積乱雲自体が回転することになります。

この雲の回転によって地上付近の空気も一緒に回転します。
その回転をもった空気が積乱雲の下方中央に集まって上昇すると
「角運動量保存則」によって強い回転を伴う上昇気流となります。
これが竜巻です。


> ②①からどうして上昇気流が発生するんですか?

逆です。地上から上昇気流が発生することで積雲や積乱雲が形成されます。
この上昇気流は太陽光によって地面が暖められ、地面から放射される
赤外線を吸収した空気の温度が上昇し、周囲と温度差が生じた場合に
この温度の高い空気に「浮力」が生じるので、上昇し始めるんです。


> ③何故雲が垂れ下がるのですか?

積乱雲が発達すると、雲の粒1つ1つが大きな水滴に成長するので
上昇気流で支えきれなくなり落下を始めます。上空ほど気温は
低くなっているので、積乱雲の中層~上層では氷点下となっていて
落下を始めた水滴は凍っています。雹や霰です。これが落下してくると
下層の暖かい空気を冷やすので、冷えた空気は重くなり、降水粒子に
引きずられるように落下を始めるので、下層の雲も一緒に垂れ下がる
ようになる、というわけです。



galileo9600さん

> 暖かい空気と冷たい空気がぶつかると
> 中くらいの空気になります。

実際には暖かい空気と冷たい空気がぶつかったところで
簡単には混ざりません。


> 暖かい空気=水蒸気が多い場合が多い
> 冷たい空気=水蒸気は少ない
> 冷たい空気が温かい空気の水蒸気を冷やすことで水滴・雲ができます。

暖かい空気と冷たい空気は簡単には混ざらないため、
この両者がぶつかると、密度の小さい暖かい空気は上昇し、
密度の大きい冷たい空気は下降します。その暖かい空気は
空気中を上昇することによって「断熱膨張」して温度が下がり、
その空気中の水蒸気が飽和することで水滴を作り始めるんです。


> 暖かい空気と冷たい空気がぶつかって上昇気流が生まれる。
> 推測であり、理想です。

湿った空気と乾いた空気がぶつかっても上昇気流が生まれます。
その両者で断熱的気温減率が異なるからです。
それが「梅雨前線」によって発生する雲です。


> そもそも高気圧のところに低気圧が近付いてきて前線ができる。

このような事実はありません。前線が生じる場合、
高気圧(移動性高気圧)と低気圧(温帯低気圧)は
偏西風の動きと一緒に移動しているからです。


> それが流れてきて高気圧領域に押し寄せます。
> その時水蒸気の多い高気圧の空気が吸い上げられるような形になり、

おそらく「高気圧=暖かく湿った空気」というイメージを持っている
ようですが、高気圧のもとでは「下降気流」が発生しています。
つまり、水蒸気の少ない上空から、さらに「断熱圧縮」によって
温度が上昇しながら下降してくるので、その空気は乾燥しているんです。
太平洋高気圧の場合、その中心が海洋上(太平洋)にあるため、
海面付近に到達した下降気流が周囲に吹き出し、
それが日本に到達する間に水蒸気を取り込んだことによって
暖かく湿った気流へと「変質」したというわけです。


> 水蒸気が高分子の水滴になるので質量が増え、

気体から液体になるだけなので
密度は増加しますが、質量は増えません(笑)


> 吸い上げの風が水蒸気を高く積み上げます。
> それが積乱雲と解釈しています。
> 別に温度による上昇気流ではない。

積乱雲は対流圏界面に到達(場合によっては突破)しますが、
その対流圏界面より上空では強い風は吹いていませんから
あなたのいう「吸い上げ」なんて起こり得ません。


> さて竜巻ですが
> 積乱雲が作るものと決めつけると
> 空に雲がなければなりません。

ええええええ!?竜巻は雲の下にできるって
もはや常識だと思うのですが・・・(笑)


> しかし竜巻は雲が無くても発生しています。
> だから積乱雲とは関係ないモノと見るべきです。

雲がなくても発生するのは「つむじ風」ですよ(笑)
竜巻と似ていますが発生する原理がまったく違います。


> そこに低気圧が近づいてきて
> 風が強く吹き出したころです。

小中学校の理科の時間に習ったはずですが、
中心から風が吹き出すのは「高気圧」で、
低気圧はその中心に向かって風が吹き込みます。


> それまでは風それほどなく穏やかだったのに急に強い風が吹き抜けだす。
> そんなときに発生します。

そうです。「積乱雲」から発生する強い下降気流による
冷たい突風が危険を知らせるサインです。


> 湿った空気は重い。
> 乾いた空気は軽い。

逆です。
湿った空気の方が乾いた空気よりも密度が小さく軽くなります。
アボガドロの法則とドルトンの分圧の法則から簡単に理解できます。



> 密度の高い空気は重い。
> 密度の軽い空気は軽い。
> 質量・密度の問題です。そして動きやすさの問題です。

重い軽いは「同じ体積」という条件で比較しなければ
意味がありません。動きやすさの問題?
空気は標準状態で「理想気体」として振る舞いますから
動きやすさは問題になりません。


> 湿った形は回転を受けることで、遠心力が遠心分離が起こり
> 湿りを筒のようにさせます。

遠心力が遠心分離が起こりって意味不明です。


> この竜巻は吸い上げよりも吹きおろしの方に向かうと考えます。

竜巻は強い下降気流ってことですか?(爆!)


> 台風もそうですが渦流は吸い上げよりも吹上だと思います。

えっと・・・台風(熱帯低気圧)の中層付近の中心部には
周囲よりも温度が高くなっている「暖気核」があり、
これが地上付近の暖かい水蒸気を「吸い上げる」原動力と
なっています。吸い上げられた水蒸気は断熱膨張によって
凝結して水滴を作るわけですが、この時「凝結熱」を発生
させます。これが暖気核の温度をさらに上昇させ、
台風をさらに発達させる仕組みとなっています。


> エネルギーが伝わった空気は周り、回りに吹き出す。

吸い上げられた空気はいずれ吹き出しますが、
それは地上付近ではなく上空です。


> その風圧を周りの空気は抵抗する。圧力は上に逃げる。
> 結果、竜巻の周りのものは舞い上がる形になるわけです。
> 決して芯に吸い込まれて上がるものはありません。

それは発達した積乱雲から生じる強い下降気流である
「ダウンバースト」という別の現象です。


> スーパーセルはこの竜巻が巨大な分、吸い込みも大きく、
> 結果上の雲を巻き込みだします。
> 結果積乱雲の形に似た状態になるのです。

スーパーセル=巨大な竜巻ではありません。
スーパーセルは強い鉛直シアのもとで発生する
特殊な積乱雲で、そのスーパーセルのごく一部の領域で
竜巻が発生します。


> あくまで自論ですので・・・。

そういう自論は、ご自身のブログにでも書き込んでください。

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gal********さん

2018/8/1516:54:41

暖かい空気と冷たい空気がぶつかると
中くらいの空気になります。
その結果が雲です。
暖かい空気=水蒸気が多い場合が多い
冷たい空気=水蒸気は少ない
冷たい空気が温かい空気の水蒸気を冷やすことで水滴・雲ができます。
暖かい空気は冷やされる。
だから上昇力は減る。
冷たい空気は温められる。
だから下降力は減る。
それが現実だと思います。
暖かい空気と冷たい空気がぶつかって上昇気流が生まれる。
推測であり、理想です。

そもそも高気圧のところに低気圧が近付いてきて前線ができる。
近付いてくること自体、移動であり、速度があるということです。

ダイソンの扇風機があるよね。
丸い筒みたいなやつ。
筒から風が出ると筒の中心が低気圧になねから風を扇風機後方から引き寄せる原理だ。流体力学の分野なのだろうね。
空気が動けば気圧が下がる。
例えば大気圧が上空からかかるものだとして
上空が高速で動いていたとすると
下にかかるはずの気圧は横に向かっているわけだから
下にかかる気圧は軽減するともとれる。
低気圧自体が動く空域・風そのものと言ってもいいわけだ。

だから個人的に低気圧は風そのものと考えている。
・・・というか上空の風速が作る下空に出来た低気圧領域という感じかな。
常に上空の流れに空気を吸い上げられているような状況を推測しています。

それが流れてきて高気圧領域に押し寄せます。
その時水蒸気の多い高気圧の空気が吸い上げられるような形になり、
水蒸気は冷やされ雲になる。これが前線の雲です。
水蒸気が高分子の水滴になるので質量が増え、やすやすとは上昇しなくなります。
水滴はくっつきあいさらに濃く雨雲を作る。
この時低気圧の極端に風速の強いところと水蒸気量が多い高気圧がぶつかるところで
吸い上げの風が水蒸気を高く積み上げます。
それが積乱雲と解釈しています。
別に温度による上昇気流ではない。

上昇力のある湯気も風が吹くと湯気はかき消されます。視認できる100℃程ある湯気の上昇速度よりも気温40℃未満の空気がどの程度の上昇速度を作るのか。横風は秒速を観測できても観測された上昇気流の速度はありません。
横風以上の上昇速度があれば横風も納得しますが・・・。


前線は幅広いです。
しかし積乱雲は局所です。
解説を見ると積乱雲は前線の中心にできる感じですが、
温暖前線側なら多分どこにでもできるものだと思います。

さて竜巻ですが
積乱雲が作るものと決めつけると
空に雲がなければなりません。
しかし竜巻は雲が無くても発生しています。
だから積乱雲とは関係ないモノと見るべきです。

竜巻は低気圧が近づいてくるときに発生します。
それまでは晴天で高気圧で温かかった。
そこに低気圧が近づいてきて
風が強く吹き出したころです。

それまでは風それほどなく穏やかだったのに急に強い風が吹き抜けだす。
そんなときに発生します。

湿った空気は重い。
乾いた空気は軽い。
密度の高い空気は重い。
密度の軽い空気は軽い。
質量・密度の問題です。そして動きやすさの問題です。
低気圧は其れよりも上空の風速に左右されます。
上空の風は先行して流れている形です。
その下に出来た低気圧領域の風は高気圧に押し寄せだす。
その時吹き抜けやすいところを吹き抜ける・・・
吸い上げやすいところを吸い上げると言った方が適切なのかな。

風は気圧傾度力、高から低への提供のような説明がありますが
個人的には流体力学優先で高から低への強制移行、速が遅からカツアゲと云う感じです。
摩擦係数が低ければ強制は発生せず、高気圧は高気圧、低気圧は低気圧として存在していられるのです。接触度合いが濃くなり、摩擦係数が増えることで気象現象が激変するわけです。

竜巻は突風と湿った空気との摩擦です。
それまであった遅の湿った空気がいきなり吹き抜ける突風により摩擦を受け渦流になる現象です。これは竜巻の横に風が吹いているわけではありません。それほど高くない上空に突風が吹き抜けだす、雨雲を引き寄せている風が吹き抜けだしていることで
湿って動いていない地上風が回されるわけです。
雨雲を引き寄せ、雨が降るまではは吹いているので、その間、速度が速ければ続くと思います。

湿った形は回転を受けることで、遠心力が遠心分離が起こり湿りを筒のようにさせます。サイクロン掃除機みたいな状態ができるわけですが
この竜巻は吸い上げよりも吹きおろしの方に向かうと考えます。
高密度の芯ですから軽いわけではないですよね。重いから下に向かう。渦潮のような状態です。芯の中は低気圧ですから吸い寄せますがそれが遠心力で周りに吹き出します。

台風もそうですが渦流は吸い上げよりも吹上だと思います。
エネルギの一番強いのは回転させる流れです。
空気はこの流れに回されているだけです。エネルギーが伝わった空気は周り、回りに吹き出す。その風圧を周りの空気は抵抗する。圧力は上に逃げる。
結果、竜巻の周りのものは舞い上がる形になるわけです。
決して芯に吸い込まれて上がるものはありません。

芯の中心は遠心力により気圧が下がります。そのためその時上に雲が立ち込めていれば鎖の底辺の雲を吸い込みだすわけです。これが漏斗状の雲となります。

スーパーセルはこの竜巻が巨大な分、吸い込みも大きく、結果上の雲を巻き込みだします。綿菓子のように盛り上がるわけです。結果積乱雲の形に似た状態になるのです。



あくまで自論ですので・・・。

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