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気象学において、サイクロン（/ˈsaɪ.kloʊn/ ）は、上空から見て北半球では反時計回り、南半球では時計回りに、強い低気圧の中心の周りを回転する大きな気団である（高気圧とは反対）。 [ 1 ] [ 2 ]サイクロンは、低気圧帯の周りを回転する内向きの螺旋状の風によって特徴付けられる。[ 3 ] [ 4 ]
サイクロンは、火星、木星、海王星など、地球以外の惑星でも観測されている。[ 5 ] [ 6 ]サイクロジェネシスは、サイクロンの形成と発達の過程である。[ 7 ]
温帯低気圧は、中緯度の温度差が大きい広範囲の領域、すなわち傾圧帯で発生する波として始まります。これらの傾圧帯は、低気圧の循環が閉じて強まるにつれて収縮し、気象前線を形成します。その後、温帯低気圧は、冷たい気団が暖かい空気の下に潜り込むことで閉塞し、寒冷核システムとなります。低気圧の進路は、2～6日間のライフサイクルを通して、亜熱帯ジェット気流の誘導流によって決定されます。
気象前線は、温度、湿度、密度が異なる 2 つの空気塊の境界を示し、最も顕著な気象現象と関連しています。強い寒冷前線は通常、狭い帯状の雷雨と激しい天候を特徴とし、時にはスコールラインやドライラインが先行することがあります。このような前線は循環中心の西で形成され、一般的に西から東へ移動します。温暖前線はサイクロン中心の東で形成され、通常は層状降水と霧が先行します。温暖前線はサイクロンの経路の前方で極方向へ移動します。閉塞前線はサイクロンのライフサイクルの後半にサイクロンの中心付近で形成され、しばしば嵐の中心を包み込みます。
熱帯低気圧発生とは、熱帯低気圧の発達過程を指します。熱帯低気圧は、激しい雷雨活動によって発生する潜熱によって形成され、暖気核を持ちます。[ 8 ] [ 9 ]低気圧は、温帯、亜熱帯、熱帯の各段階を遷移することがあります。[ 10 ]メソサイクロンは、陸上で暖気核低気圧として形成され、竜巻の発生につながることがあります。[ 11 ]水上竜巻もメソサイクロンから発生することがありますが、多くの場合、不安定度が高く鉛直風シアが低い環境から発生します。[ 12 ]大西洋と北東太平洋では、熱帯低気圧は一般的にハリケーン（古代中央アメリカの風の神、 Huracan に由来）と呼ばれ、インド洋と南太平洋ではサイクロン、北西太平洋では台風と呼ばれます。[ 13 ] 渦の不安定性の成長は普遍的ではない。例えば、渦の大きさ、強度、湿潤対流、表面蒸発、各ポテンシャル高度におけるポテンシャル温度の値は、渦の非線形発展に影響を与える可能性がある。[ 14 ]
サイクロンという用語は、サイクロンの風が渦巻く性質を持つことから、ギリシャ語のκύκλος（kýklos、古代ギリシャ語で「円」または「輪」を意味する）に由来する。 [ 15 ]この言葉は、 1836年から1855年の間にカルカッタから熱帯暴風雨に関する40の論文をアジア協会誌に発表した英国東インド会社の役人、ヘンリー・ピディントンによって造語された。[ 16 ]
すべてのサイクロンに共通する構造的特徴がいくつかあります。サイクロンは低気圧域です。[ 17 ]サイクロンの中心（成熟した熱帯低気圧ではしばしば「目」と呼ばれる）は、その地域で最も気圧が低い領域です。[ 17 ]中心付近では、気圧勾配力（サイクロンの中心の気圧とサイクロン外の気圧の差）とコリオリ効果による力がほぼ釣り合っていなければ、気圧差の結果としてサイクロンは自壊してしまいます。[ 18 ]
コリオリ効果により、大きなサイクロンの周りの風の流れは、北半球では反時計回り、南半球では時計回りになります。[ 19 ]したがって、北半球では、地球の表面に対する風速が最も速いのは、北向きに移動するサイクロンの東側と、西向きに移動するサイクロンの北側です。南半球ではその逆になります。[ 20 ]
サイクロジェネシスとは、大気中のサイクロン循環の発達または強化のことである。[ 7 ]サイクロジェネシスは、何らかのサイクロンの発生につながるいくつかの異なるプロセスを包括する用語である。[ 22 ]
熱帯低気圧は、活発な対流活動の結果として形成され、暖気核を持つ。[ 9 ]メソサイクロンは、陸上で暖気核低気圧として形成され、竜巻の発生につながる可能性がある。[ 11 ]水上竜巻もメソサイクロンから発生することがあるが、より頻繁には、不安定性が高く、鉛直風速シアが低い環境から発生する。[ 12 ]サイクロリシスはサイクロジェネシスの反対であり、高気圧システムの同等物で、高気圧域の形成、すなわち反サイクロジェネシスを扱う。[ 23 ]
地表低気圧はさまざまな方法で形成されます。地形が地表低気圧を作り出すことがあります。中規模対流系は、最初は暖気核を持つ地表低気圧を発生させることがあります。[ 24 ]擾乱は前線に沿って波状の形に成長し、低気圧はその頂上に位置します。低気圧の周囲では、流れがサイクロンになります。この回転流は、低気圧の西側で極気を赤道に向かって移動させ、東側で暖かい空気を極に向かって移動させます。西側には寒冷前線が現れ、東側には温暖前線が形成されます。通常、寒冷前線は温暖前線よりも速い速度で移動し、サイクロンの前方の高密度気団の緩やかな侵食により温暖前線に「追いつきます」。さらに、サイクロンの後ろに流れ込む高密度気団は、より高圧で密度の高い寒冷気団を強化します。寒冷前線は温暖前線を追い越し、温暖前線の長さを短縮します。[ 25 ]この時点で閉塞前線が形成され、暖かい空気の塊が上空の暖かい空気の谷に押し上げられ、これはトロワルとしても知られています。[ 26 ]
熱帯低気圧の発生とは、熱帯低気圧が発達し、強化されることです。[ 27 ]熱帯低気圧が発生するメカニズムは、中緯度低気圧が発生するメカニズムとは明らかに異なります。熱帯低気圧の発生、つまり暖気核低気圧の発達は、好ましい大気環境における顕著な対流から始まります。熱帯低気圧の発生には、主に2つの要件があります。十分に暖かい海面水温[ 28 ]と低い鉛直風シア[ 29 ]です。
世界中で年間平均86個の熱帯暴風雨強度の熱帯低気圧が発生し、[ 30 ]そのうち47個がハリケーン/台風の強度に達し、20個が強い熱帯低気圧（サファ・シンプソンハリケーンスケールで少なくともカテゴリー 3の強度）になる。[ 31 ]
天気図では、以下の種類のサイクロンが識別できます。[ 32 ]
地上に発生する低気圧には、主に3つの種類があります。温帯低気圧、亜熱帯低気圧、そして熱帯低気圧です。
温帯低気圧は、熱帯性の特徴を持たない総観規模の低気圧気象システムであり、[ 33 ]前線や、温度と露点の水平勾配（垂直勾配ではなく）に関連しており、別名「傾圧帯」[ 34 ]として知られています。
「温帯低気圧」は、熱帯地方以外の中緯度で発生する低気圧に適用されます。これらのシステムは、発生地域から「中緯度低気圧」または「熱帯低気圧が熱帯地方を超えて移動した場合（温帯移行）」に「熱帯後低気圧」と呼ばれることもあります。[ 34 ] [ 35 ]気象予報士や一般の人々は、これらを「低気圧」または「低気圧」と呼ぶことがよくあります。[ 36 ]これらは、高気圧とともに、地球の大部分の天候を左右する日常的な現象です。 [ 37 ]
温帯低気圧は、偏西風帯内の温度勾配と露点勾配のゾーンに沿って形成されるため、ほとんどの場合傾圧性に分類されますが、低気圧の周囲の温度分布が半径方向にほぼ均一になると、ライフサイクルの後半で順圧性になることがあります。 [ 38 ]温帯低気圧は、中心部を温めるのに十分な暖かい海域にとどまり、その結果中心対流が発生すると、亜熱帯低気圧に変化し、そこから熱帯低気圧に変化することがあります。[ 39 ]冬季に発生する特に強いタイプの温帯低気圧は、俗にノーイースターと呼ばれています。[ 40 ]
極低気圧は、北半球と南半球の両方で、主要な極前線の極側にある海洋域上に存在する、小規模で短命な大気低気圧システム（低気圧）です。極低気圧は、1960年代に利用可能になった気象衛星画像で初めて特定され、高緯度に多数の小規模な雲渦が明らかになりました。最も活発な極低気圧は、冬季に北極またはその近辺のノルウェー海、バレンツ海、ラブラドル海、アラスカ湾などの特定の氷のない海域上にあります。極低気圧は陸地に上陸すると急速に消滅します。南極のシステムは、大陸周辺の海面温度差が一般的に小さいため、北極のシステムよりも弱い傾向があります。しかし、南極海上には活発な極低気圧が見られます。[ 41 ]
冬季には、対流圏中層の温度が-45 ℃（-49 °F）に達する寒気核低気圧が外洋上を移動すると、深層対流が発生し、極低気圧の発達が可能になります。[ 42 ]これらのシステムは通常、水平方向の長さが1,000キロメートル（620マイル）未満で、数日間しか存在しません。これらは、より大きなメソスケール気象システムの一部です。極低気圧は、従来の気象報告では検出が難しく、船舶やガス・石油プラットフォームなどの高緯度での作業に危険をもたらします。極低気圧は、極メソスケール渦、北極ハリケーン、北極低気圧、寒気低気圧など、他の多くの用語で呼ばれてきました。今日では、この用語は通常、地表付近の風速が少なくとも17m /s（38mph 、61km /h）のより活発なシステムに限定されています。[ 43 ]
亜熱帯低気圧は、熱帯低気圧と温帯低気圧の両方の特徴を併せ持つ気象システムです。赤道から北緯50度までの間で発生する可能性があります。[ 44 ] 1950年代初頭には、気象学者はこれらを熱帯低気圧と温帯低気圧のどちらに分類すべきか判断できず、準熱帯性や亜熱帯性といった用語を用いてこれらのハイブリッド低気圧を説明していました。[ 45 ] 1972年までに、米国国立ハリケーンセンターはこの低気圧のカテゴリーを正式に認めました。 [ 46 ] 2002年には、大西洋盆地の公式熱帯低気圧リストから亜熱帯低気圧の名前が付けられるようになりました。[44] 亜熱帯低気圧は、典型的な熱帯低気圧よりも中心から離れた場所に最大持続風速を持つ広範囲の風パターンを持ち、弱いから中程度の温度勾配の領域に存在します。[ 44 ]
亜熱帯低気圧は、熱帯地方で通常見られるよりも上空の気温が低い温帯低気圧から発生するため、その発生に必要な海面水温は約 23 ℃ (73 °F) であり、これは熱帯低気圧の場合よりも 3 ℃ (5 °F) 低い。[ 47 ]これは、亜熱帯低気圧が従来のハリケーンシーズンの範囲外で発生する可能性が高いことを意味する。亜熱帯低気圧はハリケーン並みの風速になることはまれだが、中心部が温まると熱帯性になることがある。[ 48 ]
熱帯低気圧は、低気圧の中心と多数の雷雨を特徴とする暴風雨システムであり、強風と豪雨をもたらします。[ 50 ]熱帯低気圧は、湿った空気が上昇する際に放出される熱をエネルギー源としており、その結果、湿った空気中に含まれる水蒸気が凝結します。 [ 50 ]熱帯低気圧は、北東風、ヨーロッパ暴風雨、極低気圧などの他のサイクロン性暴風雨とは異なる熱メカニズムによってエネルギーを得ており、「暖気核」暴風雨システムに分類されます。[ 50 ] [ 9 ]
「熱帯」という用語は、これらのシステムが地球上のほぼ例外なく熱帯地域で発生するという地理的起源と、その形成に海洋性熱帯気団が関与していることの両方を指しています。 [ 51 ]「サイクロン」という用語は、嵐のサイクロン性を指し、北半球では反時計回り、南半球では時計回りに回転します。[ 51 ]熱帯サイクロンは、その場所と強さに応じて、ハリケーン、台風、熱帯暴風雨、サイクロン性暴風雨、熱帯低気圧、または単にサイクロンなど、他の名前で呼ばれます。 [ 51 ]
熱帯低気圧は非常に強い風と豪雨をもたらすことがありますが、高波や破壊的な高潮も引き起こす可能性があります。[ 52 ]風によって波の大きさが大きくなり、その過程でより多くの熱と水分がシステムに引き込まれ、勢力が増します。熱帯低気圧は大きな暖かい水域で発生するため、[ 53 ]陸地に移動すると勢力を失います。[ 54 ]これが、沿岸地域が熱帯低気圧から大きな被害を受ける可能性がある一方で、内陸地域は強風から比較的安全である理由です。[ 51 ]しかし、大雨は内陸で大きな洪水を引き起こす可能性があります。[ 51 ]高潮は、中心部の圧力低下によって水が上方に「吸い上げられ」、風によって水が「積み上げられる」ことによって海面が上昇する現象です。高潮は海岸線から最大40キロメートル（25マイル）離れた沿岸地域に広範囲の洪水を引き起こす可能性があります。 [ 51 ]熱帯低気圧は、人間に壊滅的な影響を与える可能性がある一方で、干ばつ状態を緩和することもあります。[ 55 ]また、熱帯から熱とエネルギーを運び去り、温帯緯度へと輸送するため、[ 51 ]地球規模の大気循環メカニズムの重要な一部となっています。結果として、熱帯低気圧は地球の対流圏の平衡を維持するのに役立っています。[ 51 ]
多くの熱帯低気圧は、大気中の弱い擾乱の周囲の大気条件が好ましいときに発生します。 [ 51 ]他の種類の低気圧が熱帯性の特徴を獲得したときに形成されるものもあります。熱帯システムは、対流圏の誘導風によって移動します。条件が好ましいままであれば、熱帯擾乱は強まり、目が発達することさえあります。スペクトルの反対側では、システムの周囲の条件が悪化したり、熱帯低気圧が上陸したりすると、システムは弱まり、最終的に消滅します。熱帯低気圧は、エネルギー源が凝結によって放出される熱から気団間の温度差に変わると、高緯度に向かって移動するにつれて温帯低気圧になることがあります。[ 9 ]熱帯低気圧は、温帯低気圧への移行中に亜熱帯低気圧になると考えられていません。[ 56 ]
極低気圧、亜極低気圧、または北極低気圧（極渦とも呼ばれる）[ 57 ]は、冬に強まり夏に弱まる広大な低気圧域である。[ 58 ]極低気圧は、通常1,000キロメートル（620マイル）から2,000キロメートル（1,200マイル）に及ぶ低気圧気象システムであり、[ 59 ]北半球では空気が反時計回りに、南半球では時計回りに循環する。高高度で極に向かって移動する気団に作用するコリオリの加速度により、高高度で反時計回りの循環が生じる。空気の極方向への移動は、極循環の空気循環から生じる。極低気圧は、熱帯低気圧のように対流によって発生するわけでも、温帯低気圧のように寒気団と暖気団の相互作用によって発生するわけでもなく、極循環の地球規模の気流移動の産物です。極低気圧の底は対流圏の中層から上層にあります。北半球では、極低気圧は平均して2つの中心を持ちます。1つはバフィン島付近にあり、もう1つはシベリア北東部にあります。[ 57 ]南半球では、西経160度付近のロス棚氷の縁付近に位置する傾向があります。 [ 60 ]極渦が強いときは、その影響は地表で西風（東向き）として感じられます。極低気圧が弱いときは、著しい寒波が発生します。[ 61 ]
特定の状況下では、北半球の夏季に大洋の中央に位置する熱帯上部対流圏トラフ（TUTT）の底から、上層の寒冷低気圧が分離することがあります。これらの上部対流圏低気圧渦は、TUTTセルまたはTUTT低気圧とも呼ばれ、通常は東北東から西南西へゆっくりと移動し、その底は一般的に高度20,000フィート（6,100メートル）を下回ることはありません。貿易風の中に弱い逆転した地表トラフが通常その下に存在し、広範囲にわたる高層雲を伴うこともあります。下方への発達により、積雲が増加し、地表渦が現れます。まれに、温暖核熱帯低気圧になることもあります。上層の低気圧と、熱帯低気圧に続く上層のトラフは、追加の流出チャネルを生じさせ、熱帯低気圧の強化を助長することがあります。発達中の熱帯擾乱は、発達中の熱帯擾乱/サイクロンから発生するアウトフロージェットによって、その後方に上層のトラフや上層の低気圧を生成または深めるのに役立つ可能性がある。[ 62 ] [ 63 ]
以下の種類のサイクロンは、天気図では識別できません。[ 32 ]
メソサイクロンは、対流性暴風雨の中にある直径2.0 キロメートル (1.2マイル)から10 キロメートル (6.2マイル)の空気の渦(気象学のメソスケール) です。[ 64 ]空気は上昇し、通常は北半球と南半球の両方で低気圧と同じ方向に垂直軸を中心に回転します。 [ 65 ]それらはほとんどの場合サイクロンであり、スーパーセル内の局所的な低気圧領域に関連しています。[ 65 ] [ 66 ]このような暴風雨では、強い地表風と激しい雹が見られることがあります。[ 65 ]メソサイクロンは、竜巻が発生する可能性のあるスーパーセル内の上昇気流とともに発生することがよくあります。 [ 65 ]米国では毎年約 1,700 個のメソサイクロンが発生しますが、竜巻が発生するのはその半分だけです。[ 11 ]
塵旋風は、塵などの破片が上空に巻き上げられる渦の一種です。 [ 67 ] [ 68 ]ほとんどの塵旋風は幅が10フィート(3.0m )から300フィート(91m )、高さが500フィート(150m )から1,000フィート(300m )ですが、最も強いものは数千フィートの高さになることもあります。風速は塵旋風の大きさによって異なり、大きいものは少なくとも時速60マイル(97km /h)の風があり、最大で時速75マイル(121km /h)に達します。塵旋風は、晴れた日の暖かい地表から発生し、地表の種類が変化する地域でよく発生し、周囲の空気が不安定である必要があり、状況がより安定すると消滅します。そのため、砂漠でよく発生します。通常は数分で消滅しますが、強い塵旋風は1時間以上続くことがあります。塵旋風は竜巻よりも小さく、通常は無害ですが、強い塵旋風は小さな建造物を破壊することがあります。塵旋風は地球だけでなく火星でも発見されています。[ 67 ]
水上竜巻は、水上に形成される柱状の渦であり、最も一般的な形態では、積雲とつながった水上の非スーパーセル竜巻である。陸上の竜巻のほとんどよりも弱いことが多いが、メソサイクロンによって発生するより強いものも存在する。[ 69 ]
蒸気旋風とは、穏やかな水面や湿地の上に発生する、上昇する水蒸気によって目に見える穏やかな渦のことである。[ 70 ]
火の旋風（口語では火の悪魔、火の竜巻、火の竜巻、火の渦などとも呼ばれる）は、火によって引き起こされる旋風で、多くの場合、炎や灰で構成されています。
サイクロンは地球特有のものではありません。サイクロンの嵐は、海王星の小暗斑のような巨大惑星ではよく見られます。[ 71 ]これは大暗斑の約3分の1の直径で、目のように見えることから「魔法使いの目」というニックネームが付けられました。この外観は、魔法使いの目の中央にある白い雲によって引き起こされます。[ 6 ]火星でもサイクロンの嵐が見られました。[ 5 ]大赤斑のような木星の嵐は、巨大ハリケーンやサイクロンの嵐と誤って呼ばれることがよくあります。しかし、これは不正確で、大赤斑は実際にはその逆の現象である反サイクロンです。[ 72 ]