竜巻の強さ

竜巻の強度は、竜巻によって生じる風速と潜在的リスクの尺度である。強度は、その場で測定するかリモートセンシングで測定することができるが、これらは広範囲に使用するには非現実的であるため、強度は通常、被害などの代理指標によって推測される。藤田スケール、拡張藤田スケール、国際藤田スケールは、引き起こされた被害によって竜巻を評価している。^{[1] [2]}ハリケーンや台風など他の大規模な嵐とは対照的に、このような分類は遡及的にのみ割り当てられる。風速だけでは竜巻の強度を判定するのに十分ではない。^[3] EF0の竜巻は木を損傷し、屋根から屋根板を剥がす可能性がある一方、EF5の竜巻はしっかりと固定された家屋を基礎から引き剥がして裸にし、さらには超高層ビルを変形させる可能性がある。同様のTORROスケールは、極めて弱い竜巻のT0から、最も強力な既知の竜巻のT11までの範囲である。ドップラー レーダーデータ、写真測量、および地面の渦巻きパターン (サイクロイドマーク) を分析して、強度を判定し、評価を割り当てることもできます。

竜巻の強さは形、大きさ、場所に関係なく様々ですが、強い竜巻は弱い竜巻よりも一般的に大きくなります。経路の長さや継続時間との関連性も様々ですが、経路が長い（そして持続時間が長い）竜巻の方が強くなる傾向があります。^[4]激しい竜巻の場合、経路エリアのごく一部だけが激しい強さを示し、より強い強さのほとんどはサブボルテックスによるものです。^[5]米国では、竜巻の 80% が EF0 または EF1（T0 から T3 に相当）と評価されています。発生率は強さが増すにつれて急速に低下し、1% 未満が激しいと評価されています（EF4 または EF5、T8 から T11 に相当）。^[6]

ドップラーレーダーが登場する前の長年、科学者は竜巻の風速を推測に頼っていました。竜巻の風速を示す唯一の証拠は、人口密集地域を襲った竜巻が残した被害でした。風速は時速 400 マイル (時速 640 キロメートル) に達すると考える人もいれば、時速 500 マイル (時速 800 キロメートル) を超え、場合によっては超音速になると考える人もいました。1970 年代初頭にテツヤ・セオドア・「テッド」・フジタ博士が開発したオリジナルのフジタ強度スケールなど、古い (1960 年代まで) 文献の中には、こうした誤った推測が今でも見られます。ただし、この分野で米陸軍の兵士であるジョン・パーク・フィンリー軍曹が行った注目すべき研究についての記述は見つかります (例: [1]。必ず下にスクロールしてください) 。

1971年、藤田博士は竜巻の風速を測定するスケールのアイデアを発表しました。彼は同僚のアレン・ピアソンの助けを借りて、1973年に藤田スケールと呼ばれるようになったスケールを作成し、発表しました。F1、F2などのFは藤田を表しています。このスケールは、ボーフォート風力階級とマッハ数階級の関係に基づいています。彼のスケールのF1の下限は、ボーフォート風力階級のB12の下限に相当し、F12の下限は海面での音速、つまりマッハ1に相当します。実際には、竜巻にはF0からF5のカテゴリのみが割り当てられています。

TORROスケールは、竜巻および嵐の研究機関（TORRO）によって1974年に開発され、1年後に公開されました。TORROスケールには12レベルがあり、より細かい目盛りで広い範囲をカバーしています。非常に弱い竜巻のT0から、最も強力な既知の竜巻のT11まであります。T0-T1はおおよそF0に、T2-T3はF1に、というように対応します。T10-T11はおおよそF5に相当しますが、TORROスケールで現在まで評価された最高の竜巻はT8でした。^{[7] [8]}藤田スケールよりもTORROスケールの有用性については議論があります。竜巻の強さのレベルが多いことは統計的には役立つかもしれませんが、被害は広範囲の風によって生じる場合が多く、竜巻を単一のTORROスケールカテゴリに絞り込むことが困難になります。

1980 年代後半から 1990 年代にかけて行われた研究では、藤田スケールの影響を受けても、特に大規模で激しい竜巻では、竜巻の風が過大評価されていることが示唆されました。このため、2006 年にアメリカ気象学会は、竜巻被害に現実的な風速を割り当てるのに役立つ、改良藤田スケールを導入しました。科学者は、藤田スケールと改良藤田スケールで評価された竜巻が同じランク付けを受けるように、スケールを特別に設計しました。EF スケールは、特定の風速でさまざまな種類の構造物に及ぶ被害の程度をより具体的に詳細に示します。理論上、F スケールは F0 から F12 までありますが、EF スケールは EF5 が上限で、これは「風速 ≥ 200 マイル/時 (320 km/時)」と定義されています。^[9]米国では、2007年2月2日に改良藤田スケールが竜巻被害評価に導入され、藤田スケールは使用されなくなった。

F5の風速が発生する可能性があることを裏付ける最初の観測は、1991年4月26日に行われました。オクラホマ州レッドロック近郊の竜巻は、科学者らが携帯型ドップラー気象レーダー（風速を測定する実験用レーダー装置）を使用して監視しました。竜巻のピーク強度付近で、彼らは毎秒115～120メートル（時速260～270マイル、時速410～430キロメートル）の風速を記録しました。携帯型レーダーの不確実性は毎秒±5～10メートル（時速11～22マイル、時速18～36キロメートル）でしたが、この数値はおそらくF5の範囲内であり、竜巻が地球上の他の場所では見られないような激しい風を起こす可能性があることを裏付けました。

8年後の1999年5月3日のオクラホマ州竜巻発生時、別の科学チームが例外的に激しい竜巻（最終的にオクラホマシティ都市圏で36人の死者を出した）を監視していた。午後7時頃、彼らは時速301±20マイル（時速484±32キロメートル）を記録した。^[10]これは以前の記録より時速50マイル（時速80キロメートル）速いものだった。この数値は理論上のF6評価にはわずかに及ばなかったが、測定は上空100フィート（30メートル）以上で行われ、そこでは風は通常地表よりも強い。^[要出典]竜巻の評価では、地表の風速または竜巻による被害によって示された風速のみが考慮されます。また、実際にはF6評価は使用されていません。

科学者たちは長い間、竜巻の中心では極度に低い気圧が発生する可能性があると理論づけてきたが、それを裏付ける測定結果はない。家庭用気圧計は竜巻の近くを通過しても生き残り、24水銀インチ（810ヘクトパスカル）という低い値を記録したが、これらの測定値は非常に不確実であった。^[11] 2003年、米国の研究チームは「タートル」と呼ばれる装置をF4竜巻に落とすことに成功し、竜巻が真上を通過したときに100ヘクトパスカル（3.0 inHg）を超える圧力低下を計測した。^[12]それでも、竜巻は多種多様であるため、気象学者はこれらの値が典型的かどうかを判断するためにまだ研究を続けている。

2018年、欧州暴風雨研究所と他の欧州気象機関によって国際藤田スケールが作成された。他の3つのスケール（藤田スケール、拡張藤田スケール、TORROスケール）とは異なり、国際藤田スケールでは評価内で風速が重複している。IFスケールで評価された最高の竜巻は2021年の南モラビア竜巻で、IF4と評価された。^[13]

米国では、F0およびF1（T0からT3）の竜巻が全竜巻の80％を占めています。発生率は強さが増すにつれて急速に低下し、激しい竜巻（F4/T8以上）は全竜巻報告数の1％未満を占めています。^[6]世界的には、強い竜巻が全竜巻に占める割合はさらに小さくなっています。激しい竜巻は、米国とカナダ以外では非常にまれです。

F5およびEF5竜巻はまれである。米国では、通常数年に1回しか発生せず、^[14]確認された竜巻の約0.1％を占める。^[15] F5竜巻は、2007年6月22日にカナダのマニトバ州エリーで報告された。 ^[16]それ以前に確認された最後のF5は、1999年5月3日に36人が死亡した1999年のブリッジクリーク・ムーア竜巻であった。 ^[17]米国では、 2007年5月4日にカンザス州グリーンズバーグ、 2008年5月25日にアイオワ州パーカーズバーグ、2009年5月27日にニューファンドランド島で、合計9回のEF5竜巻が発生した。2011年4月27日にはミシシッピ州スミスビル、ミシシッピ州フィラデルフィア、アラバマ州ハックルバーグ、アラバマ州レインズビル（4つの別々の竜巻）、2011年5月22日にはミズーリ州ジョプリン、 2011年5月24日にはオクラホマ州エルリノで竜巻が発生しました。2013年5月20日には、EF5と確認された竜巻が再びオクラホマ州ムーアを襲いました。^[14]

典型的な竜巻は、風速が時速 110 マイル (180 km/h) 以下、直径が約 250 フィート (76 m)、消滅するまでに約 1 マイル (1.6 km) 移動します。^{[引用が必要]}ただし、竜巻の挙動はさまざまであり、これらの数値は統計的な確率のみを表します。

ほとんど同じように見える2つの竜巻が、まったく異なる影響を及ぼします。また、見た目が非常に異なる2つの竜巻が同様の被害をもたらすこともあります。これは、竜巻がいくつかの異なるメカニズムによって形成され、また同じ竜巻が時間の経過とともに外観を変えるライフサイクルをたどるためです。竜巻の進路にいる人は、接近する竜巻の強さを決して判断しようとしないでください。1950年から2014年の間に、米国ではEF1竜巻で222人が死亡し、EF0竜巻で21人が死亡しています。^{[20] [21]}

竜巻の約60～70% ^[22]はEF1またはEF0に分類され、「弱い」竜巻としても知られています。しかし、「弱い」というのは竜巻に対する相対的な用語であり、これらの竜巻でも大きな被害を引き起こす可能性があります。F0およびF1竜巻は通常、短命です。1980年以降、弱いと評価された竜巻の約75%は、地上に1マイル（1.6 km）以下しか留まりませんでした。^[17]しかし、この時間内に竜巻は被害と死者の両方を引き起こす可能性があります。

EF0 (T0-T1) の被害は、建物や植生への表面的な被害が特徴です。しっかりと建てられた建物は通常無傷ですが、窓ガラスが割れたり、屋根や煙突に軽微な被害が出たりします。看板や大きな標識が倒れることがあります。木の大きな枝が折れたり、根が浅い場合は根こそぎ引き抜かれたりすることがあります。確認されたが被害をもたらさない竜巻 (つまり、開けた野原に留まっている竜巻) は、通常、風が強ければもっと高い評価になるような竜巻であっても、EF0 と評価されます。ただし、一部のNWS事務所は、被害がないため、これらの竜巻を EFU (EF-不明) と評価しています。^[23]

EF1 (T2～T3) の被害は、EF0 竜巻による被害よりも大幅に多くの死者を出しています。このレベルでは、トレーラーハウスやその他の仮設構造物への被害が大きくなり、車やその他の車両が道路から押し出されたり、ひっくり返ったりすることがあります。恒久的な構造物は屋根に大きな被害を受ける可能性があります。^[要出典]

EF2 (T4～T5) 竜巻は「かなり」の下限ですが、ほとんどの熱帯低気圧よりも強力です(ただし、熱帯低気圧ははるかに広い範囲に影響を及ぼし、風が吹く期間もはるかに長くなります)。しっかりと建てられた建物は、屋根が落ちるなど深刻な被害を受ける可能性があり、粗末な建物では外壁が崩壊することもあります。しかし、トレーラーハウスは破壊されます。車両は地面から持ち上げられ、より軽い物体は小さなミサイルとなり、竜巻の主要経路の外側に被害をもたらします。森林地帯では、多くの木が折れたり、根こそぎにされたりします。^[要出典]

EF3 (T6～T7) の被害は、生命や身体に重大な危険を及ぼし、統計的に見て竜巻の破壊力と致死率が著しく高まるレベルです。被害を受けた建物で残っている部分はほとんどありません。しっかり建てられた建物でも外壁がすべて、内壁の一部が失われます。固定されていない家屋は流され、固定が不十分な家屋は完全に倒壊することもあります。小型車両や同程度の大きさの物体は地面から持ち上げられ、飛び散ります。森林地帯では植生がほぼ完全に失われ、樹皮が剥がれることもあります。統計的に言えば、EF3 は、家の中心に最も近い 1 階の室内に住居を適度に効果的に避難させることができる最大レベルです (米国では、地下室や地下の嵐の避難所を持たない人々にとって、最も普及している竜巻避難手順です)。

EF4 (T8～T9) の被害は、通常、被害を受けた建物の完全な損失につながります。しっかりと建てられた家は、基礎の上に中くらいの大きさの瓦礫が山積みになるだけです。アンカーが不十分またはまったくない家は、完全に流されてしまいます。飛行機、列車、大型トラックなどの大型で重い乗り物は、押し倒されたり、何度もひっくり返されたり、持ち上げられて投げられたりします。大きくて健康な木は、完全に樹皮が剥がれ、地面近くで折れたり、根こそぎにされて飛来物に変わったりします。乗用車や同様の大きさの物体は、持ち上げられてかなりの距離まで投げ飛ばされる可能性があります。EF4 の被害は、最も頑丈に建てられた家でさえも倒壊すると予想され、住宅の 1 階の室内に避難するという一般的な方法では、生存を保証するのに十分ではありません。嵐のシェルター、爆弾シェルター、補強された地下室、またはその他の地下シェルターは、EF4 竜巻に対してかなりの安全性を提供します。^[24]

EF5 (T10～T11) の被害は竜巻の威力の上限を表し、ほぼ常に完全な破壊となります。EF5 の竜巻は、しっかりと建てられ、しっかりと固定された家を基礎から空中に引きずり上げ、それらを破壊し、残骸を何マイルも吹き飛ばし、基礎をきれいに一掃します。学校などの大型の鉄筋構造物は完全に倒壊します。この強さの竜巻は、低い草や植物を地面から切り裂き、削り取る傾向があります。EF5 の被害では、認識できる構造破片はほとんど生成されず、ほとんどの物質は小さな粒状の粒子の粗い混合物になり、竜巻の被害経路全体に均等に分散します。数トンの大型の鉄骨フレームの車両や農機具は、認識できないほどぐちゃぐちゃになり、何マイルも離れた場所に投げ出されたり、完全に認識できない部品になったりすることがよくあります。この被害の公式説明では、破壊の極度の性質を強調し、「信​​じられないほどの現象が発生する」と述べています。歴史的に見ると、これには高層ビルをねじ曲げたり、竜巻シェルターの屋根を吹き飛ばしたり、コミュニティ全体を倒壊させたり、路床からアスファルトを剥ぎ取ったりする威力の誇示が含まれます。比較的まれであるにもかかわらず、EF5竜巻によって引き起こされる被害は、生命と身体に不釣り合いな危険をもたらします。1950年以降、米国では59の竜巻（報告全体の0.1％）のみがF5またはEF5に指定されていますが、それでも1300人以上の死者と14,000人以上の負傷者（それ​​ぞれ21.5％と13.6％）を引き起こしています。^{[17] [25]}

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• Feuerstein, Bernold; P. Groenemeijer; E. Dirksen; M. Hubrig; AM Holzer; N. Dotzek (2011 年 6 月)。「中央ヨーロッパに適合した改良された風速スケールと被害記述に向けて」。Atmos . Res . 100 ( 4): 547–64。Bibcode :2011AtmRe.100..547F。doi :10.1016/j.atmosres.2010.12.026 。