分裂の嵐

分裂嵐は、対流性雷雨が 2 つのスーパーセルに分離し、一方が平均風せん断方向の左側 (左に動くもの) に、もう一方が右側 (右に動くもの) に、対流圏の深層を横切って伝播する現象です。ほとんどの場合、この平均風せん断方向は平均風の方向とほぼ一致します。結果として生じる各セルは、他方のセルの上昇気流とは反対方向に回転する上昇気流を伴い、左側に動くものは時計回りに回転する上昇気流を示し、右側に動くものは反時計回りに回転する上昇気流を示します。嵐の分裂が発生する場合は、嵐の形成から 1 時間以内に発生する傾向があります。

直線のホドグラフで特徴付けられる大量の周囲の横方向の渦度が存在する場合の嵐の分裂では、同様に強い左方向および右方向の運動者が生成される。より湾曲したホドグラフで特徴付けられる流れ方向の渦度が存在する環境でも、嵐の分裂が発生する。しかし、この状況では一方の上昇気流が他方よりも大幅に有利となり、弱い分裂は急速に消滅する。この場合、あまり有利でない分裂は非常に弱いため、そのプロセスはレーダー画像では目立たない可能性がある。ホドグラフの曲率が時計回りになる傾向がある北半球では、右方向に移動するセルがより強く、より持続的になる傾向がある。ホドグラフの曲率が反時計回りになる傾向がある南半球ではその逆が当てはまる。

特徴

嵐の分裂は、1960年代に気象レーダーによって発見されました。^[1]^{: 220}嵐の分裂は、風のシアーの方向が嵐の動きと一致しているときに最も起こりやすく、この状態は横方向の渦度として知られています（右手の法則により、この渦度に関連する周囲の回転の方向は、嵐の動きに対して垂直になります）。^[2]^{: 234}このような状態は、嵐に対する相対的なヘリシティが低いことで定量化でき、直線のホドグラフと関連付けることができます。^[2]^{: 234, 236}これらの場合、風のシアーは、下層から中層の対流圏でほぼ一方向です。^[3]分裂は、親の雷雨の形成後、およそ30～60分以内に発生する傾向があり、十分な横方向の渦度が存在する限り、繰り返し発生する可能性があります。周囲の渦度の存在により、発達中の嵐が遭遇する可能性のある水平回転のロールが生成されます。^[2]^{: 234}嵐に伴う形成的な上昇気流がこの回転を引き上げ嵐の中に引き込むと、回転は上昇気流の反対側の側面で垂直に傾きます。これにより、一方では時計回りの回転になり、他方では反時計回りの回転になります。これらの回転領域は風のシアー方向に対して直角に位置し、一方はこの方向の左側で発生し、他方は右側で発生します。^[2]^{: 234–235}北半球では、左側の回転は高気圧性で、右側の回転は低気圧性です。^[1]^{: 220}この回転により、各回転領域の下で新しい回転する上昇気流が発生し、互いに分離して 2 つの別々の嵐が発生します。^[4]^{: 289}両方のセルに回転する上昇気流があるため、どちらもスーパーセルです。^[3]このプロセスは、2つの上昇気流の間に降水が発生すると加速され、空気が冷却されて下向きの抗力が生じ、元の上昇気流が消滅し、分裂したセルがさらに分離します。^[2]^{: 234}^[3]^[1]^{: 220}^[4]^{: 289}

嵐が2つに分裂すると、左に分裂する嵐は平均風のシアー方向の左方向に動き、右に分裂する嵐は平均風のシアー方向の右方向に動く傾向がある。この動作から、分裂した嵐は左向き、右向きと呼ばれる。分裂した嵐がとる左向きまたは右向きの動きは、周囲の風のシアーの方向とほぼ一致する。これにより、分裂した嵐の参照フレーム内で、分裂した上昇気流に取り込まれる周囲の横方向の渦度がそれぞれ増加または減少する。風のシアー方向からますます斜めの方向に移動する嵐は、ますます流れ方向の渦度を引き込む。これは、北半球では右向き、南半球では左向きになる傾向があり、いずれの場合も、サイクロン回転を伴う嵐である。^[2]^{: 234}嵐の分裂は横方向の渦度を減らすことができるが、横方向の渦度がまだ存在する可能性がある。したがって、左右に移動する嵐は、横方向の渦度が残っている場合、繰り返しさらに分裂する可能性がある。^[2]^{: 236}

スーパーセル内の物理的プロセスと環境との相互作用により、左向きや右向きのスーパーセルの動きの予測が複雑になる。^[2]^{: 240}分裂する嵐の動きを近似するために一般的に使用される方法は、平均風せん断ベクトルからの経験的に観測された偏差に基づいて動きを推定する傾向がある。^[2]^{: 240}^[5]^[6]

環境の渦度が完全に横切っていれば、嵐の分裂によって、同じ強さで反対方向に回転する 2 つのセルが生成される。この場合、両方の嵐は平均風せん方向から対称的に逸れる。^[2]^{: 240}左側に移動する嵐はますます時計回りの渦度を獲得し、右側に移動する嵐はますます反時計回りの渦度を獲得する。コリオリの力がない場合、両方のセルは互いの鏡像となる。しかし、コリオリの力によって低気圧セルはわずかに強くなる。[3] 乱流摩擦のため^、風せんの方向は一般に地表近くで変化するため、下層圏ではホドグラフが真っ直ぐになることはめったにない。^[1]^{: 224}風せんの方向が高度とともに変化し、流れ方向の渦度が存在する場合、分裂した上昇気流による渦度の取り込みによって一方の上昇気流が強化され、他方が抑制される。ホドグラフが高度とともに時計回りに回転する場合、右回りの動きが強化され、ホドグラフが反時計回りに回転する場合、左回りの動きが強化されます。^[2]^{: 238}分割されたセルの強度の差のほとんどは、コリオリの力ではなく、この方向性のある風のシアによって生じます。^[4]^{: 289}ホドグラフの曲率が増加すると、嵐の分割は顕著ではなくなり、高気圧セルの寿命は短くなります。^[3]極端な場合、強く曲がったホドグラフがある場合、抑制された上昇気流は最初から非常に弱いため、分割プロセスはレーダーで明らかではなく、対流開始後すぐに優勢なセルが存在することになります。^[^要出典^{]低気圧の分割スーパーセル（北半球の右回りの動き）は、通常、持続時間が長く、}悪天候を引き起こすため、より広く研究されてきましたが、高気圧スーパーセルも悪天候を引き起こす可能性があります。^[7]^[8]

複数の雷雨が発生すると、分裂する嵐は他の分裂する嵐と相互作用する可能性があります。境界線に沿って嵐の列が発生する場合、その列の端にある嵐は通常最も孤立しており、分裂するセルと相互作用することはありません。^[1]^{: 252}

ダイナミクス

大気中の気塊の動きにより、気塊の前方の気圧が局所的に上昇し、気塊が周囲の空気と相互作用するにつれて気塊の後流の気圧が低下することがあります。このような圧力の変化は、動圧摂動と呼ばれます。回転する上昇気流内では、高度によるこの動圧摂動の変化は、線形項と非線形項の組み合わせとして近似できます。 $p'_{d}$ $z$

{\frac {\partial p_{d}'}{\partial z}}\propto 2{\frac {\partial }{\partial z}}\mathbf {S} \cdot \nabla _{h} w'-{\frac {1}{2}}{\frac {\partial \zeta '^{2}}{\partial z}}

ここで、は平均垂直風せん断ベクトルを表し、は上昇気流に関連する垂直風の水平勾配を表し、は上昇気流内の渦度です。 $\mathbf {S}$ $\nabla_{h}w'$ $\zeta$

水平回転が最初に上昇気流で持ち上げられると、上昇気流の反対側に低気圧性渦と高気圧性渦が生成され、これらの渦の強さは通常、地表から約 4～8 km (2.5～5.0 マイル) 上空の中層対流圏で最大になります。^[2]^{: 234}各渦は、渦の中心の上空の気圧が最小になり、周囲の空気がサイクロストロフィックバランスを保っています。^[4]^{: 289}渦度の符号(つまり、回転の方向)に関係なく、渦の位置での量は、地表から中層対流圏 (渦が最も顕著) まで増加する傾向があります。したがって、は高度とともに減少し、結果として垂直方向の圧力勾配が生じ、 2 つの渦の下で上向きの動きが促進されます。これにより、元の上昇気流の反対側に 2 つの新しい上昇気流が生成されます。元の上昇気流の側面に発生する上昇気流は、水平方向の上昇気流せん断伝播を引き起こし、左に分裂するセルはせん断ベクトルに対して左方向に移動し、右に分裂するセルは右方向に移動する。^[6]これは、雷雨の初期の分裂が非線形力学によって支配されていることを示唆している。^[2]^{: 234}水平渦度の垂直方向への傾斜は上昇気流の側面で最も顕著であるため、分裂した嵐は平均風せん断方向から離れる方向に動き続ける。^[2]^{: 236}渦度が主に流れ方向である場合、強く湾曲したホドグラフで特徴付けられるが、線形項は垂直方向の動圧擾乱に強い影響を与える。したがって、周囲の渦度が流れ方向である場合、嵐の分裂はそれほど有利ではない。^[2]^{: 238} $\zeta '^{2}$ $p'_{d}$

参照

参考文献

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[8] ^ Lindsey, Daniel T.; Bunkers, Matthew J. (2005 年 2 月 1 日)。「2003 年 5 月 4日の左方向に移動する激しいスーパーセルの観測」。天気と予報。20 (1): 15–22。doi :10.1175/ WAF -830.1。

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ダイナミクス

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