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スティングジェットは、一部の温帯低気圧において、対流圏中層から地表まで下降する狭く一時的な中規模の気流です。[ 1 ]スティングジェットが存在する場合、温帯低気圧で最も強い地表付近の風を発生させ、50 m/s (180 km/h; 110 mph)を超える破壊的な突風を発生させる可能性があります。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]スティングジェットは短命で、数時間程度しか続かず、[ 5 ]強風にさらされる領域は通常100 km (62 mi )を超えることはなく、その影響は非常に局所的です。研究により、スティングジェットは主に北大西洋と西ヨーロッパの中緯度低気圧で確認されていますが、他の場所でも発生する可能性があります。スティングジェットを発生させる嵐は、温帯低気圧の発達に関するシャピロ・キーザーモデルに従う傾向があります。これらの嵐の中では、スティンガージェットは嵐の勢力が最も強まった後に発生する傾向がある。
スティングジェットは、 1987年の大嵐の分析において、 2004年にレディング大学のキース・ブラウニングによって初めて正式に特定されましたが、予報官は少なくとも1960年代後半からその影響を知っていました。[ 6 ]スティングジェットは、低気圧の中心付近にある鉤状の雲域である温帯低気圧の雲頭の端から発生し、地表に向かって下降するにつれて加速します。スティングジェットが形成される理由と下降中に加速する理由を説明するメカニズムは複数あり、前線崩壊、条件付き対称不安定性の解放、蒸発冷却がスティングジェットの発達に影響を与えるものとしてよく挙げられます。スティングジェットは小さすぎてほとんどの地球規模の気象モデルでは解像できないため、これらの要因の存在はジェット自体の予測に使用できます。スティンジェットによって地表にもたらされる風速は、地表付近の空気層における大気の安定性に依存する。スティンジェットは複数の破壊的な強風域を生み出す可能性があり、一つのサイクロンが複数のスティンジェットを発生させることもある。
スティングジェットは、およそ幅が10～20 km (6～12マイル)で、3～4時間続きます。 [ 7 ]スティングジェットは、中層対流圏で発生し、下降気流が加速されることで特徴づけられ、温帯低気圧の寒気および暖気コンベヤーベルトに伴う下層対流圏の気流とは異なります。[ 8 ] [ 9 ]スティングジェットは、大気対流によって直接引き起こされることなく、温帯低気圧で強風が発生する可能性のあるメカニズムの 1 つを構成します。[ 10 ]
中緯度低気圧のすべてがスティンジェットを発生させるわけではありません。ほとんどの場合、温帯低気圧に見られる強い地表風は、寒気と暖気のコンベヤーベルトによって発生します。[ 9 ]ある分析では、北大西洋で最も強い温帯低気圧の39～49%がスティンジェットを示すと示唆されています。[ 11 ] 1993年から2013年にかけて英国に影響を与えた最も激しい暴風雨のほぼ3分の1がスティンジェットを発生させました。 [ 12 ]北大西洋内では、スティンジェットを発達させる低気圧は、一般的な暴風雨の経路をたどり、北緯50度以南で発生する傾向があり、暖かく湿った空気がスティンジェットの形成に影響を与える可能性を示唆しています。[ 13 ] [ 14 ]また、爆発的に強まる暴風雨ではスティンジェットの発生がより起こりやすいようです。 [ 15 ]大気再解析データによると、スティンジェットは陸上よりも水上でより一般的であるが、[ 13 ]スティンジェットは大陸の陸地上で完全に発生することもある。[ 16 ]気候変動に伴う水分の増加は、スティンジェットの発生を支える大気不安定性を増幅させ、スティンジェットを伴う温帯低気圧の割合とその強度を増加させる可能性がある。 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]気候変動に伴い、極端な暴風雨やスティンジェットの頻度も全体的に増加する可能性がある。 [ 20 ]ある研究では、 RCP8.5を仮定した場合、2100 年までに北大西洋上でスティンジェットの発生に適した条件の発生が60% 増加すると評価している。[ 21 ]
スティンジェットを生成するサイクロンは、通常、シャピロ・キーザーモデルで想定されている進化に従います。[ 22 ] 4段階モデルでは、寒冷前線が温暖前線に垂直に移動する際に、前線破断（寒冷前線と低気圧中心の離散的な分離）が温帯低気圧の発達中に発生します。[ 23 ] [ 6 ]シャピロ・キーザーの嵐では、温暖前線に最初に関連していた温度コントラストが低気圧中心を包み込み、サイクロンが成熟段階に達すると、後方に曲がった前線を形成します。 [ 22 ]最も被害の大きい温帯低気圧は、これらの発達の特徴を示します。[ 24 ]後方に曲がった前線に沿った鉤状の雲頭は、スティンジェットを生成する嵐の特徴です。 [ 3 ]スティンジェットは、シャピロ・キーザーモデルの前面破砕段階に続いて、後方に曲がった前線の末端で、雲頭の先端付近で、サイクロンの中心の赤道側で発生します。[ 22 ] [ 3 ]これは、嵐の最も速い強化の後、嵐のピーク強度の前に発生する傾向があります。[ 25 ]レディング大学の気象学者キース・ブラウニングは、1987 年 10 月の大嵐に関連する強風を分析した 2004 年に発表された論文で、スティンジェットを正式に特定しました。[ 26 ]彼が「スティンジェット」という言葉を造語したのは、20 世紀半ばにノルウェーの気象学者が行った先駆的な研究に敬意を表したもので、ノルウェーに影響を与える嵐の後方に曲がった閉塞の末端にある強風域を、サソリの「毒のある尾」に例えました。[ 22 ]
スティングジェットは、衛星画像で雲頭の先端より先で確認できる惑星境界層の雲の除去をもたらす可能性がある。 [ 2 ]温帯低気圧のドライスロットにある浅い弧状またはシェブロン状の層状雲もスティングジェットに伴って発生する可能性があり、[ 27 ]これらの雲の特徴の一部はスティングジェットの強度に直接寄与する可能性がある。[ 28 ]しかし、スティングジェットを確定的に識別するには、下降気流の存在を確認する必要があり、[ 2 ]通常の気象観測では検出が難しい場合がある。[ 26 ]スティングジェットの識別のほとんどは、数値気象モデルの出力から得られたものである。[ 29 ]スティングジェットは、1987年の嵐を含む、北大西洋東部と西ヨーロッパのいくつかの暴風雨で診断されている。 [ 30 ] [ 31 ]北大西洋以外の地域でのスティンガージェットに関する研究は限られており、[ 31 ]事例研究は主にイギリス諸島に影響を与えるヨーロッパの暴風雨に焦点を当てている。[ 16 ] 2024年現在 この地域以外でスティングジェットに焦点を当てた発表済みの事例研究は1件のみである。[ 32 ]それにもかかわらず、スティングジェットの発達を促進する観測された条件は北大西洋に特有のものではない。[ 13 ]スティングジェットは北太平洋の暴風雨で発生する可能性があるが、[ 33 ]太平洋岸北西部の暴風雨ではそれほど重要ではないかもしれない。[ 34 ]スティングジェットの最初の空中現場観測は、 2011年のサイクロン・フリードヘルムで、温帯低気圧における中規模構造への非断熱的影響（DIAMET）フィールドキャンペーンの一環として行われた。[ 30 ]
スティングジェットは雲頭から発生し、中緯度低気圧に伴う乾燥空気の回廊へと下降します。[ 3 ]下降する空気は、対流圏の中層、600 hPaと 800 hPaの気圧レベルの間で始まります。[ 8 ]スティングジェットにおける空気の初期下降と風の加速を引き起こすメカニズムは十分に解明されておらず、[ 1 ]研究では提案されたメカニズムを支持する証拠と反証する証拠の両方が見つかっています。[ 16 ]スティングジェットのこれらの特性は、総観規模と中規模プロセスの両方の影響を受ける可能性があります。 [ 31 ]スティングジェットは対流圏中層から約10 cm/s (0.33 ft/s)の速度で下降し、数時間かけて地表に到達します。[ 35 ]下降は、低気圧の中心の赤道側の強い前線崩壊によって引き起こされる可能性があります。 [ 1 ]暖気コンベヤベルトによって最初にサイクロンに運ばれた暖かい空気は、前線崩壊領域に到達すると下降し、これがスティンジェットが発生する可能性のあるプロセスの 1 つとなります。この後屈前線に関連する前線崩壊領域は、シャピロ・キーザー嵐に特有のものです。[ 35 ]上昇気流と下降気流が交互に現れる傾斜循環に関連した雲頭の帯状構造の出現は、条件付き対称不安定(CSI)の解放を示している可能性があり、雲頭の下降気流の 1 つで空気が沈降することでスティンジェットの発生に直接的な役割を果たす可能性もあります。[ 36 ] 1 つ以上の雲のない領域によって隔てられた雲頭の糸状の雲帯の存在は、間接的にスティンジェットの存在の可能性を示唆しています。英国気象庁は、雲頭の帯の出現をスティンジェットの運用上の予測に利用しています。[ 37 ]スティンジェットの傾斜した性質は、ウィンドプロファイラーの観測でも確認されている。[ 38 ]対称不安定性の解放（水分とは無関係な慣性不安定性の一形態）もスティンジェットの形成に関与している可能性がある。[ 39 ]
スティングジェットは、対流圏上層のジェット気流から高速の風速を得ているわけではない。 [ 40 ]代わりに、スティングジェットに関連する空気は、最初は対流圏中層で運動量が低く、下降するにつれて加速する。 [ 1 ]スティングジェットの下降速度は対流圏の不安定性に依存しており、 [ 41 ]これは蒸発冷却やCSIの放出など、水蒸気の局所的な挙動によって影響を受ける可能性がある。 [ 1 ]これらのプロセスはどちらも、異なる段階でスティングジェットの強化に影響を与える可能性がある。[ 42 ]蒸発冷却や地表からの熱と水分のフラックスによる安定性の低下は、より速い垂直運動を可能にする可能性がある。[ 2 ]雲頭内の傾斜した上昇気流に伴うにわか雨や高層雲からの水が下降域に落下し、[ 36 ] [ 6 ]スティングジェットが乾燥した前線破砕帯に移動する際に蒸発して空気を冷却する。[ 43 ]蒸発冷却により、スティングジェット内の空気に特徴的な温位の低下と比湿の増加が生じる可能性がある。 [ 36 ]冷却された空気の密度が周囲の環境に比べて増加すると、下降を強いられる。[ 7 ]あるいは、スティングジェット内の風の加速は、空気が下降しながら低気圧の中心の周りを回転する際に、より強い圧力勾配に遭遇することによるものかもしれない。 [ 1 ] [ 44 ]また、スティングジェットの破壊的な風は、蒸発冷却やCSI放出による強化なしに達成できる可能性がある。[ 45 ]北半球では、シャピロ・キーザー低気圧の最も強い気圧勾配は、スティンジェットが見られる低気圧の南西部分にあることが多い。[ 46 ]
スティングジェットによって運ばれる空気は、対流圏中層から急速に下降します。[ 36 ]スティングジェットの軌跡は、湿球温位が一定の傾斜した経路をたどります。[ 8 ]惑星境界層に到達すると、その層内の大気対流と乱流混合により、加速された気流に伴う高い運動量が地表に運ばれ、スティングジェットに伴う強い地表風が発生します。[ 36 ]スティングジェットの空気が地表に到達する程度は、境界層の安定性に依存します。[ 31 ]中緯度低気圧の他の領域と比較して、スティングジェットが下降する前線破断領域は対流に対してより中立的に安定しており、強い突風がより効率的に地表に到達できます。[ 47 ]境界層上部の空気の不安定化も、スティングジェットの下降を促す可能性があります。[ 48 ]しかし、境界層の安定性が十分に高い場合、下降するスティンガージェットが地表に到達するのを防ぐことができる。[ 31 ]スティンガージェットの痕跡は、地表風速が局所的に強い領域として明らかになることがあるが、そのような最大値は、スティンガージェットと低気圧域を包み込む冷たい空気（冷気コンベヤーベルト）の組み合わせによって生じる可能性がある。[ 2 ]スティンガージェットは冷気コンベヤーベルトの上空で発生するが、冷気コンベヤーベルトの先端より前方で地表に下降して、強い風の明確な領域を生成したり、[ 5 ]冷気コンベヤーベルト内の既存の風を増幅したりすることがある。[ 17 ]どちらの状況も、サイクロンのライフサイクル中に発生する可能性がある。[ 49 ]スティンガージェットによって発生する破壊的な風の帯は、幅が100 km (60 mi)未満である。 [ 47 ]サイクロン内には複数のスティンジェットが同時に存在する可能性があり、1つのスティンジェットが複数の最大風速を生み出す可能性がある。[ 30 ]
衛星画像で観測可能で、スティンジェットに起因する温帯低気圧の特徴は、スティンジェットが差し迫っているか、すでに発生している場合にのみ明らかになります。スティンジェットの長期予報は、より広範な環境条件がシャピロ・キーザー低気圧の発達に適しているかどうかを評価することに依存しています。[ 50 ]スティンジェットは、大気モデルで再現できますが、メソスケールのスティンジェットを解像するには、十分な高い空間解像度が必要です。 [ 51 ]スティンジェットを描写するには、モデルのグリッドセルの水平間隔が約10～15 km (6.2～9.3 mi)より小さくなければならず、局所的な詳細を解像するには、より細かい解像度が必要です。[ 52 ]これらは予報官が使用できますが、スティンジェットのスケールは、長期の全球数値気象予報モデルの解像度の限界に近いため、全球モデル出力での明示的な出現を使用してアンサンブル予報を行うことは非現実的です。[ 50 ]惑星境界層のパラメータ化の難しさは、コンピュータモデルでスティンジェットを描写する際の難しさにもつながる。 [ 25 ]
スティングジェットの直接モデリングの代理として、CSIとスティングジェットの関係を利用して、「スティングジェットの前駆者」、つまりスティングジェットを生成する可能性のあるサイクロンの特性を特定することができます。[ 50 ]スティングジェットの下降をCSIが強化する可能性は、下降気流斜め対流有効位置エネルギー（DSCAPE）によって定量化されます。これは、下降する空気塊が飽和状態を維持し、地衡絶対運動量を保存する間に達成できる理論上の最大運動エネルギーを測定します。[ 53 ] [ a ]低解像度データでスティングジェットの前駆者を特定する方法は、2013年にMeteorological Applicationsで発表され、前駆者は前線破砕帯内の対流圏中層から下降する空気塊に対して高いDSCAPE（200 J kg −1を超える）と80パーセント未満の相対湿度を特徴としていると提案されました。[ 55 ]このアルゴリズムに基づいて、レディング大学は気象庁で使用されている予測支援ツールを開発し、モデル化されたサイクロンの雲頭に十分高い DSCAPE が存在することに基づいてスティンジェットの前兆を強調表示した。[ 53 ]
