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高層天気図と温度
 
 電車が走る音は、私が子供の頃は「ガタンゴトーン、ガタンゴトーン……」でしたが、今なら「ゴーッ」かもしれません。現在のレールは繋ぎ目の少ないロングレール(写真1右)が主流ですが、昔は(写真1左)のような繋ぎ目だけでした。(写真1左)から分かるように繋ぎ目には隙間があります。だから電車の走る音は「ガタンゴトーン、ガタンゴトーン……」でした。もし(写真1左)の繋ぎ目で、そこに隙間が無かったらどうなるでしょう。夏の暑い日には熱でレールが延びて盛り上がり、電車が走れなくなります。そのようなことが起こり、電車が走れなくなったというのを、ニュースで聞いたことがありました。

(写真1)線路の繋ぎ目
 このように金属は暖められると延びます。しかし、長さが変わっても重さは変わりません。さて、空気の場合はどうなのでしょう。空気の重さは圧力、気圧です。地上での気圧は同じで、暖かい空気の柱と冷たい空気の柱を考えると、ある気圧になる空気の柱の長さ、高さが違います。冷たい空気の方が暖かい空気よりも、柱の高さが短くなります。(図1)を見てください。例えば、地上の気圧が1000hPaで、暖かい空気の柱と冷たい空気の柱で500hPaの気圧になる高さを比べると、冷たい空気の柱の方が暖かい空気の柱よりも、500hPaの気圧となる高さが低くなります。

(図1)冷たい空気の柱と暖かい空気の柱の高さの比較
 (図1)のようなことは天気図ではどうなのでしょう。(図2)の500hPa高層天気図を見てください。

2005年8月8日午前9時                 2005年12月13日午前9時
(図2)500hPa高層天気図
 左は太平洋高気圧に覆われ、東北地方南部より西の日本各地で最高気温が30度を超えた日の500hPa天気図で、右は冬型の気圧配置となり、関が原付近の雪で東海道新幹線が遅れた日の500hPa天気図です。点線は気温が等しいところを結んだ線、等温線です。夏の天気図(左)は−6℃の等温線が日本付近にあり、中国大陸東岸から台湾にかけては−3℃の等温線があります。一方、冬の天気図(右)は−30℃の等温線が本州中部を東西に伸びていて、北海道北部から樺太には−42℃の等温線があります。冬の天気図ではとても冷たい空気が日本列島の上空にあることが分かります。
 今度は実線を見てください。前にもお話しましたが、実線は気圧が500hPaとなる高さの等しいところを結んだ線で、等高度線と言います。左の夏の天気図で日本列島付近にある等高度線は、5,880mか5,820mです。一方、冬の天気図(右)は5,400mの等高度線が本州の南海上から九州を通っています。その差は約400mとなっています。地上気圧は両方の天気図で同じではないですが、冬の方が、気温が低いときの方が、500hPaとなる高さが低いことが分かります。
 500hPaよりももっと高いところでも、(図1)のようなことは同じで、空気の柱の温度が低い方が、ある気圧になる高さが低くなります。我々が生活していて、いろいろな気象現象が起こっているところを対流圏と言い、その上には成層圏があります。対流圏と成層圏の境目を圏界面と言いますが、冬の圏界面は夏よりも低くなっています。同じ空でも、冬の方が空が低い?と言えるかもしれません。(図1)のように、「暖かい空気のほうが、冷たい空気よりも、ある気圧になる高さが違う」ということは、さまざまな気象現象を理解するための、重要な性質の一つです。

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