竜巻は、地球の表面から積乱雲または積雲の底まで垂直に伸びる、急速に回転する空気の柱です。[ 1 ]竜巻は、多くの場合(常にではありませんが) 、雲底から発生する凝結漏斗の形で目視でき、地面近くに回転する破片や塵の雲があります。ほとんどの竜巻は風速が時速 180 キロメートル (時速 110 マイル)未満で、直径が約80 メートル (250 フィート)あり、数キロメートル (数マイル) 移動してから消滅します。最も激しい竜巻は、風速が時速 480 キロメートル (時速 300マイル)を超え、直径が3 キロメートル (2マイル)を超え、地上を100キロメートル (62マイル)以上移動することがあります。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
竜巻の種類には、多重渦竜巻、陸上竜巻、水上竜巻などがあります。水上竜巻は、大きな積雲または積乱雲につながる、螺旋状の漏斗状の風の流れが特徴です。これらは一般的に、水域で発生する非スーパーセル竜巻に分類されますが、真の竜巻に分類するかどうかについては意見が分かれています。これらの螺旋状の空気の柱は、赤道に近い熱帯地域でよく発生し、高緯度ではあまり一般的ではありません。[ 5 ]自然界における同様の現象には、ガストネード、ダストデビル、火の渦、蒸気デビルなどがあります。[ 6 ]
竜巻は、北アメリカ、特にアメリカ合衆国の中央部と南東部(通称トルネード・アレイ)で最も多く発生し、アメリカ合衆国は世界で最も竜巻が多い国です。[ 7 ]また、南アフリカ、ヨーロッパの大部分(アルプスの大部分を除く)、オーストラリア西部と東部、ニュージーランド、バングラデシュと隣接するインド東部、日本、フィリピン、南アメリカ南東部(ウルグアイとアルゼンチン)でも竜巻が発生します。[ 8 ] [ 9 ]パルスドップラーレーダーを使用してフックエコーやデブリボールなどの速度と反射率データのパターンを認識することにより、竜巻の発生前または発生時に竜巻を検出できます。また、ストームスポッターの努力によっても検出できます。[ 10 ] [ 11 ]

竜巻の強さを評価するための尺度はいくつかあります。藤田スケールは、竜巻が引き起こした被害によって竜巻を評価し、一部の国では更新された強化藤田スケールに置き換えられています。最も弱いカテゴリーであるF0またはEF0の竜巻は、樹木に被害を与えますが、大きな構造物には被害を与えません。最も強いカテゴリーであるF5またはEF5の竜巻は、建物を基礎から引き剥がし、高層ビルを変形させる可能性があります。同様のTORROスケールは、非常に弱い竜巻のT0から、既知の最も強力な竜巻のT11までの範囲です。[ 12 ]国際藤田スケールも、竜巻やその他の風現象の強度を、それらが引き起こす被害の深刻さに基づいて評価するために使用されます。 [ 13 ]ドップラーレーダーデータ、写真測量、および地表渦パターン(トロコイドマーク)も、強度を決定し、評価を割り当てるために分析される場合があります。[ 14 ] [ 15 ]
「tornado」という単語は、スペイン語のtronada(「雷雨」を意味し、tronar「雷鳴を轟かせる」の過去分詞で、これはさらにラテン語のtonāre「雷鳴を轟かせる」に由来する)に由来する。 [ 16 ] [ 17 ]英語の綴りにおける r と o の音位転換は、スペイン語のtornado ( tornar「ねじる、回転させる」の過去分詞で、ラテン語のtornō「回転させる」に由来する)の影響を受けている。[ 16 ]
言語的に関連する対流風現象で、竜巻の比較的狭い集中領域とは異なり、広範囲にわたる直線状のデレチョ( / dəˈreɪtʃoʊ /、スペイン語のderecho [ deˈɾetʃo ]、「まっすぐな」に由来)がある。 [ 18 ] [ 19 ]
竜巻は、積雲から垂れ下がっているか、積雲の下にあり、地面に接している激しく回転する空気の柱であり、多くの場合(常にではありませんが)漏斗雲として見えます。[ 1 ]渦が竜巻として分類されるには、地面と雲底の両方に接していなければなりません。この用語は厳密には定義されていません。たとえば、同じ漏斗雲が複数回地面に接触した場合、それが別々の竜巻を構成するかどうかについては意見が分かれています。[ 4 ]竜巻とは、凝結雲ではなく、風の渦を指します。 [ 20 ] [ 21 ]
竜巻は口語的にサイクロンと呼ばれることもあります。しかし、気象学では、サイクロンという言葉は、北半球では反時計回りに、南半球では時計回りに、低気圧の中心の周りを回転する大規模な気象システムを指します。サイクロンには雲の漏斗はありません。[ 22 ]

竜巻は必ずしも目に見えるものではありませんが、ベルヌーイの原理で説明されるような高速の風速と、サイクロストロフィック平衡による高速の回転によって生じる強い低気圧は、通常、断熱冷却によって空気中の水蒸気を凝結させて雲粒にします。その結果、目に見える漏斗雲または凝結漏斗が形成されます。[ 23 ]
漏斗雲と凝結漏斗の定義については意見の相違がある。気象用語集によれば、漏斗雲は積雲または積乱雲から垂れ下がる回転する雲であり、したがってほとんどの竜巻はこの定義に含まれる。[ 24 ]多くの気象学者の間では、「漏斗雲」という用語は、地表の強風を伴わない回転する雲として厳密に定義されており、凝結漏斗は積雲の下にある回転する雲全般を指す広い用語である。[ 4 ]
竜巻は、地表に強い風を伴わない漏斗雲として始まることが多く、すべての漏斗雲が竜巻に発達するわけではありません。ほとんどの竜巻は、目に見える漏斗がまだ地上の上にある間に地表で強い風を発生させるため、遠くから漏斗雲と竜巻の違いを見分けるのは困難です。[ 4 ]
時折、1 つの嵐から、同時または連続して複数の竜巻が発生することがあります。同じ嵐セルから発生する複数の竜巻は、「竜巻ファミリー」と呼ばれます。[ 25 ]同じ大規模な嵐システムから複数の竜巻が発生することもあります。活動が途切れない場合、これは竜巻の発生とみなされます(ただし、「竜巻の発生」という用語にはさまざまな定義があります)。同じ地域で竜巻の発生が数日間連続する期間(複数の気象システムから発生する)は、竜巻の発生シーケンスであり、場合によっては、長期竜巻の発生とも呼ばれます。[ 1 ] [ 26 ] [ 27 ]

ほとんどの竜巻は、幅数百メートル(ヤード)の狭い漏斗状の形をしており、地面近くに小さな破片の雲があります。竜巻は雨や塵で完全に隠れてしまうことがあります。このような竜巻は、経験豊富な気象学者でさえ見落としてしまう可能性があるため、特に危険です。[ 28 ]
小さくて比較的弱い陸上竜巻は、地面に小さな塵の渦としてしか見えない場合があります。凝結漏斗が地面まで完全に伸びていない場合でも、関連する地表風が64 km/h (40 mph)を超える場合は、その循環は竜巻とみなされます。[ 20 ]ほぼ円筒形のプロファイルで高さが比較的低い竜巻は、「ストーブパイプ」竜巻と呼ばれることがあります。雲から地面までの高さよりも幅広く見える大きな竜巻は、地面に突き刺さった大きなくさびのように見えるため、「くさび竜巻」または「くさび」として知られています。 [ 29 ]他にそのプロファイルに合致する場合は、このタイプの竜巻にも「ストーブパイプ」という分類が使用されます。くさびは非常に幅広く、雲底から地面までの距離よりも幅の広い暗い雲のブロックのように見えることがあります。経験豊富な嵐の観測者でさえ、遠くから低い雲とウェッジ竜巻の違いを見分けることができない場合がある。多くの主要な竜巻はウェッジ竜巻であるが、すべてがそうではない。[ 29 ]
消滅段階の竜巻は、細い管やロープに似ており、しばしば複雑な形状にカールしたりねじれたりします。このような竜巻は「ロープ状になる」または「ロープ竜巻になる」と言われます。ロープ状になると、漏斗の長さが長くなり、角運動量保存の法則により漏斗内の風が弱まります。[ 30 ]多重渦竜巻は、共通の中心を囲む渦の集まりとして現れることもあれば、凝結、塵、破片によって完全に覆い隠されて、単一の漏斗のように見えることもあります。[ 31 ]
米国では、竜巻の平均幅は約500 フィート (150 m)です。 [ 28 ]しかし、竜巻の大きさには大きな幅があります。弱い竜巻、または強いが消滅しつつある竜巻は非常に狭く、幅がわずか数フィートまたは数メートルしかない場合もあります。ある竜巻は、被害経路がわずか7 フィート (2.1 m)だったと報告されています。[ 28 ]一方、ウェッジ竜巻は、被害経路が 1 マイル (1.6 km) 以上の幅になることがあります。2004年 5 月 22 日にネブラスカ州ハラムを襲った竜巻は、地上で最大2.5 マイル (4.0 km)の幅があり、2013 年 5 月 31 日にオクラホマ州エル レノで発生した竜巻は、記録上最も幅が広い竜巻で、約2.6 マイル (4.2 km)の幅がありました。[ 3 ] [ 32 ]
米国では、平均的な竜巻は地上を5マイル(8.0 km)移動します。しかし、竜巻ははるかに短い被害経路と、はるかに長い被害経路の両方を持つことができます。ある竜巻は被害経路がわずか7フィート(2.1 m)だったと報告されていますが、経路長の記録保持者であるトライステート竜巻は、1925年3月18日にミズーリ州、イリノイ州、インディアナ州の一部に影響を与え、地上を219マイル(352 km)連続して移動しました。[ 28 ]経路長が100マイル(160 km)以上あるように見える竜巻の多くは、短時間のうちに連続して形成された竜巻のファミリーで構成されていますが、トライステート竜巻の場合にこれが起こったという実質的な証拠はありません。[ 26 ] 2007年の経路の再分析によると、竜巻は以前考えられていたよりも西に15マイル(24 km)離れた場所で発生した可能性がある。 [ 33 ]近年では、2021年のケンタッキー州西部の竜巻は165.6マイル(266.5 km)にわたって地上を連続して移動した。[ 34 ]

竜巻は、発生する環境によってさまざまな色を呈することがあります。乾燥した環境で発生する竜巻は、漏斗の底で渦巻く破片によってのみ識別され、ほとんど目に見えないことがあります。破片をほとんど、または全く取り込まない凝結漏斗は、灰色から白色になります。水面上を移動する竜巻(水上竜巻)は、白色または青色になることがあります。大量の破片や土砂を吸い込むゆっくりと移動する漏斗は、通常、破片の色を帯びて暗くなります。グレートプレーンズの竜巻は、土壌の赤みがかった色合いのために赤色になることがあり、山岳地帯の竜巻は、雪に覆われた地面上を移動して白色になることがあります。[ 28 ]
照明条件は竜巻の見え方に大きく影響します。「逆光」の竜巻(太陽が背後にある状態で見る竜巻)は非常に暗く見えます。同じ竜巻でも、太陽が観察者の背後にある状態で見ると、灰色や鮮やかな白色に見えることがあります。日没近くに発生する竜巻は、黄色、オレンジ、ピンクなど、さまざまな色に見えることがあります。[ 18 ] [ 36 ]
親雷雨の風によって巻き上げられた塵、大雨や雹、夜の暗闇はすべて、竜巻の視認性を低下させる要因です。このような状況で発生する竜巻は特に危険です。なぜなら、嵐の進路にいる人々にとって、気象レーダーの観測、あるいは接近する竜巻の音だけが唯一の警告となるからです。最も大きな竜巻は、雨のない嵐の上昇気流の底で発生するため、視認できます。[ 37 ] [ 38 ]また、ほとんどの竜巻は、最も厚い雲さえも明るい太陽が透過できる午後遅くに発生します。[ 26 ]
ドップラー・オン・ホイールズの移動式レーダー画像や目撃者の証言など、竜巻のほとんどには熱帯低気圧の目に似た、極めて低気圧の明瞭で穏やかな中心部があるという証拠が増えつつある。竜巻の内部を見たという人々の照明源は雷だと言われている。[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]
竜巻は通常、サイクロン状に回転します(上空から見ると、北半球では反時計回り、南半球では時計回りです)。大規模な嵐は常にコリオリ効果によりサイクロン状に回転しますが、雷雨や竜巻は非常に小さいため、その大きなロスビー数からわかるように、コリオリ効果の直接的な影響は無視できます。スーパーセルや竜巻は、コリオリ効果を無視した場合でも、数値シミュレーションでサイクロン状に回転します。[ 42 ] [ 43 ]低レベルのメソサイクロンや竜巻は、スーパーセルと周囲の環境内の複雑なプロセスにより回転します。[ 44 ]
北半球では、竜巻の約 1パーセントが反時計回りに回転します。通常、ランドスパウトやガストネードのような弱いシステムでも反時計回りに回転することがあり、通常はサイクロン性スーパーセル内の下降する後方側面ダウンドラフト(RFD) の反時計回りシア側で発生するものに限られます。[ 45 ]まれに、反時計回りの竜巻は、典型的なサイクロン性竜巻と同様に、反時計回りスーパーセルのメソ反時計回りに伴って発生するか、衛星竜巻として、またはスーパーセル内の反時計回り渦に伴って伴う竜巻として発生します。[ 46 ]

竜巻は音響スペクトルの広範囲にわたって音を発し、その音は複数のメカニズムによって引き起こされます。竜巻のさまざまな音が報告されており、そのほとんどは目撃者にとって馴染みのある音に関連しており、一般的にはシューという轟音のバリエーションです。よく報告される音には、貨物列車、急流や滝、近くのジェットエンジン、またはこれらの組み合わせなどがあります。多くの竜巻は遠くからでは聞こえません。聞こえる音の性質と伝播距離は、大気の状態と地形に依存します。[ 4 ]
竜巻の渦や構成要素である乱流渦の風、および気流と地表や破片との相互作用が音の原因となる。漏斗雲も音を発する。漏斗雲や小さな竜巻は、口笛のような音、甲高い音、ハミング音、無数の蜂の羽音や電気の音、あるいは多かれ少なかれ調和のとれた音として報告されているが、多くの竜巻は、連続した深い轟音、あるいは不規則な「騒音」として報告されている。[ 47 ]
多くの竜巻はごく近くでしか聞こえないため、音は竜巻の信頼できる警告信号とは考えられません。また、激しい雷雨の中でそのような音が発生するのは竜巻だけではありません。強い破壊的な風、激しい雹の連射、雷雨の中での連続的な雷鳴なども轟音を発する可能性があります。[ 48 ]
竜巻は、識別可能な不可聴の超低周波音のシグネチャも発生させる。[ 49 ]
可聴音とは異なり、竜巻の音は分離されています。低周波音は長距離に伝播するため、竜巻の形態、力学、発生過程の理解に役立つ竜巻予測・検出装置の開発が進められています。[ 50 ]竜巻は検出可能な地震音も発生させ、その分離と発生過程の解明に関する研究が続けられています。[ 51 ]
竜巻は電磁スペクトル上で放射し、スフェリックスと電場効果が検出される。[ 50 ] [ 52 ] [ 53 ]竜巻と雷のパターンには相関関係が見られる。竜巻を伴う嵐は他の嵐よりも多くの雷を発生させるわけではなく、竜巻セルの中には雷を全く発生させないものもある。多くの場合、竜巻が地表に接触すると雲から地表への(CG)雷活動全体が減少し、竜巻が消滅するとベースラインレベルに戻る。多くの場合、激しい竜巻や雷雨では、正極性のCG放電が増加し、異常に優勢になる。[ 54 ]
竜巻は風に加えて、気温、湿度、気圧などの大気変数にも変化をもたらします。たとえば、2003 年 6 月 24 日、サウスダコタ州マンチェスター近郊で、プローブが100ミリバール(100 hPa ; 3.0 inHg )の気圧低下を測定しました。気圧は渦が近づくにつれて徐々に低下し、激しい竜巻の中心部では850ミリバール(850 hPa ; 25 inHg )まで非常に急速に低下した後、渦が遠ざかるにつれて急速に上昇し、V 字型の気圧曲線となりました。竜巻のすぐ近くでは、気温は低下し、湿度は増加する傾向があります。[ 55 ]
竜巻は、スーパーセルと呼ばれる種類の雷雨から発生することが多い。スーパーセルには、大気圏上空数キロメートル/マイルの高さにある、通常直径1.6~9.7 km (1~6 マイル)の組織的な回転領域であるメソサイクロンが含まれている。最も激しい竜巻 (改良藤田スケールで EF3 から EF5 ) はスーパーセルから発生する。竜巻に加えて、このような嵐では、非常に激しい雨、頻繁な落雷、強い突風、雹がよく見られる。[ 56 ] [ 57 ]
スーパーセルから発生する竜巻のほとんどは、認識可能なライフサイクルをたどります。これは、降雨量の増加に伴い、後方側面下降気流(RFD)と呼ばれる急速に下降する空気の領域が引きずられることから始まります。この下降気流は地面に近づくにつれて加速し、スーパーセルの回転するメソサイクロンを一緒に地面に引きずり込みます。[ 20 ]
メソサイクロンが雲底より下に下がると、嵐の下降気流領域から冷たく湿った空気を取り込み始めます。上昇気流の暖かい空気と冷たい空気の収束により、回転する壁雲が形成されます。RFDはまた、メソサイクロンの底を集中させ、地上のより狭い領域から空気を引き込むようにします。上昇気流が強まると、地表に低気圧領域が形成されます。これにより、集中したメソサイクロンが目に見える凝結漏斗の形で下方に引き下げられます。[ 20 ] [ 58 ]
漏斗雲が下降するにつれて、RFDも地上に到達し、扇状に広がり、竜巻からかなり離れた場所で深刻な被害をもたらす可能性のある突風前線を形成します。通常、漏斗雲はRFDが地上に到達してから数分以内に地上で被害を引き起こし始めます(竜巻になります)。[ 20 ] [ 58 ] 竜巻形成の他の多くの側面(なぜ一部の嵐は竜巻を形成するのに、他の嵐は形成しないのか、あるいは竜巻形成において下降気流、温度、湿度がどのような役割を果たすのかなど)は、まだ十分に理解されていません。[ 59 ]
竜巻は最初は、暖かく湿った空気が内側に流れ込んでエネルギー源となり、成長して「成熟期」に達します。この段階は数分から1時間以上続くことがあり、その間に竜巻は最も大きな被害をもたらすことが多く、まれに幅が1.6 km (1 マイル)を超えることもあります。竜巻の基部の低気圧は、このシステムの持続に不可欠です。[ 60 ]一方、RFD(現在は冷たい地表風の領域)が竜巻を包み込み始め、それまで竜巻にエネルギーを与えていた暖かい空気の流入を遮断します。[ 20 ]
竜巻の漏斗内部の流れは下向きで、上空の雲から水蒸気を供給します。これは、下方の暖かい海から水蒸気を供給するハリケーン内部の上昇流とは対照的です。したがって、竜巻のエネルギーは上空の雲から供給されます。[ 61 ] [ 62 ]
RFDが完全に巻き付いて竜巻の空気供給を遮断すると、渦は弱まり始め、細くロープ状になります。これが「消散段階」で、多くの場合数分しか続かず、その後竜巻は消滅します。この段階では、竜巻の形状は親嵐の風の影響を強く受け、奇妙な形に吹き飛ばされることがあります。[ 26 ] [ 35 ] [ 36 ]竜巻は消散しつつありますが、まだ被害をもたらす可能性があります。嵐はロープ状のチューブに収縮しており、角運動量保存の法則により、この時点で風が強くなることがあります。[ 30 ]
竜巻が消滅段階に入ると、後方側面の下降気流が流入を遮断するため、関連するメソサイクロンも弱まることが多い。激しいスーパーセルでは、竜巻が周期的に発生することがある。最初のメソサイクロンとそれに伴う竜巻が消滅すると、嵐の流入が嵐の中心に近い新しい領域に集中し、新しいメソサイクロンに供給される可能性がある。新しいメソサイクロンが発生すると、サイクルが再び始まり、1つ以上の新しい竜巻が発生する可能性がある。まれに、古い(閉塞した)メソサイクロンと新しいメソサイクロンが同時に竜巻を発生させることがある。[ 63 ]
これはほとんどの竜巻がどのように形成され、存続し、消滅するかについての広く受け入れられている理論ですが、陸上竜巻、長寿命竜巻、複数の渦を持つ竜巻などの小さな竜巻の形成を説明するものではありません。これらはそれぞれ発達に影響を与える異なるメカニズムを持っていますが、ほとんどの竜巻はこれと似たパターンに従います。[ 64 ]
多重渦竜巻は、2 つ以上の回転する空気の柱がそれぞれの軸を中心に回転し、同時に共通の中心の周りを回転するタイプの竜巻です。多重渦構造はほぼすべての循環で発生する可能性がありますが、非常に激しい竜巻でよく見られます。これらの渦は、竜巻の主経路に沿って、より深刻な被害をもたらす小さな領域を作り出すことがよくあります。[ 4 ] [ 20 ]これは、同じメソサイクロン内に含まれる大きくて強い竜巻のすぐ近くで形成される小さな竜巻である衛星竜巻とは異なる現象です。衛星竜巻は、より大きな竜巻の「周りを公転」しているように見えることがあり(そのためこの名前が付けられています)、1 つの大きな多重渦竜巻のように見えます。しかし、衛星竜巻は別の循環であり、主漏斗よりもはるかに小さいです。[ 4 ]

水上竜巻は、国立気象局によって水上の竜巻と定義されています。しかし、研究者は通常、「晴天」の水上竜巻と竜巻性(つまり、メソサイクロンに関連する)水上竜巻を区別します。晴天の水上竜巻は、それほど激しくはありませんが、はるかに一般的で、ダストデビルやランドスパウトに似ています。熱帯および亜熱帯の水域上の積乱雲の底で形成されます。風は比較的弱く、滑らかな層流の壁を持ち、通常は非常にゆっくりと移動します。フロリダキーズとアドリア海北部で最もよく発生します。[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]対照的に、竜巻性水上竜巻は、水上のより強い竜巻です。メソサイクロン性竜巻と同様に水上で形成されるか、水上を横断するより強い竜巻です。激しい雷雨から形成され、晴天の水上竜巻よりもはるかに激しく、速く、長く続く可能性があるため、より危険です。[ 68 ]公式の竜巻統計では、水上竜巻は陸地に影響を与えない限り一般的にカウントされませんが、一部のヨーロッパの気象機関では水上竜巻と竜巻を一緒にカウントしています。[ 4 ] [ 69 ]
ランドスパウト、またはダストチューブ竜巻は、メソサイクロンとは関連しない竜巻です。その名前は、「陸上の晴天時の水上竜巻」という特徴に由来しています。水上竜巻とランドスパウトは、比較的弱く、寿命が短く、地表に達しないことが多い小さく滑らかな凝結漏斗など、多くの特徴を共有しています。ランドスパウトは、真のメソフォーム竜巻とは異なるメカニズムのため、地面に接触すると独特の層流の塵の雲も作ります。通常は古典的な竜巻よりも弱いですが、深刻な被害をもたらす可能性のある強い風を発生させることがあります。[ 4 ] [ 20 ]
ガストネード、またはガストフロント竜巻は、ガストフロントまたはダウンバーストに伴う小さな垂直渦です。雲底とつながっていないため、ガストネードが竜巻であるかどうかについては議論があります。ガストネードは、雷雨からの速く移動する冷たく乾燥した流出空気が、流出境界付近の静止した暖かく湿った空気の塊を通過するときに形成され、「回転」効果(ロール雲でよく例示される)をもたらします。下層の風のシアが十分に強い場合、回転は垂直または斜めに回転して地面に接触することがあります。その結果がガストネードです。[ 4 ] [ 70 ]ガストネードは通常、直線風による被害の領域の中に、より激しい回転風による被害の小さな領域を引き起こします。[ 71 ]

塵旋風(旋風とも呼ばれる)は、垂直に渦巻く空気の柱であるという点で竜巻に似ています。しかし、塵旋風は晴天時に発生し、最も弱い竜巻よりも強くはありません。塵旋風は、暑い日に地表付近で強い対流上昇気流が発生すると発生します。下層の風のシアが十分であれば、上昇する高温の空気の柱は、地表付近で見られる小さなサイクロン運動を発達させる可能性があります。塵旋風は晴天時に発生し、雲とは関連がないため、竜巻とはみなされません。しかし、塵旋風は時として大きな被害をもたらすことがあります。[ 28 ] [ 72 ]
小規模な竜巻のような循環は、あらゆる強い地表熱源の近くで発生する可能性があります。激しい山火事の近くで発生するものは、火災旋風と呼ばれます。火災旋風は、上空の積乱雲やその他の積雲状の雲と繋がる稀な場合を除き、竜巻とはみなされません。火災旋風は通常、雷雨に伴う竜巻ほど強くはありませんが、大きな被害をもたらす可能性があります。[ 26 ]
蒸気デビルは、蒸気または煙を伴う、幅50~200メートル(160~660フィート)の回転上昇気流です。これらの現象は高速の風を伴わず、毎分数回転するだけです。蒸気デビルは非常にまれです。ほとんどの場合、発電所の煙突から出る煙によって形成されます。温泉や砂漠も、より狭く、より速く回転する蒸気デビルの形成に適した場所となる可能性があります。この現象は、冷たい北極の空気が比較的暖かい水面を通過するときに、水上で発生することがあります。[ 28 ]
藤田スケール、改良藤田スケール(EF)、および国際藤田スケールは、竜巻が引き起こした被害に基づいて竜巻を評価します。EFスケールは、専門家の意見聴取により、工学的風速推定値とより詳細な被害記述を使用して、古い藤田スケールを更新したものです。EFスケールは、藤田スケールで評価された竜巻が同じ数値評価を受けるように設計されており、2007年に米国で導入されました。EF0の竜巻はおそらく木に被害を与えますが、大きな構造物には被害を与えませんが、EF5の竜巻は建物を基礎から引き剥がしてむき出しにし、高層ビルを変形させることさえあります。同様のTORROスケールは、非常に弱い竜巻のT0から、既知の最も強力な竜巻のT11まであります。ドップラー気象レーダーデータ、写真測量、および地上渦パターン(サイクロイドマーク)も、強度を判断し評価を与えるために分析される場合があります。[ 4 ] [ 74 ] [ 75 ]

竜巻は形状、大きさ、場所に関係なく強度が異なりますが、強い竜巻は通常、弱い竜巻よりも大きくなります。経路の長さと継続時間との関連性も異なりますが、経路が長い竜巻は強い傾向があります。[ 76 ]激しい竜巻の場合、経路のごく一部だけが激しい強度を持ち、強度の大部分はサブ渦によるものです。[ 26 ]
米国では、竜巻の 80% が EF0 および EF1 (T0 ~ T3) 竜巻です。発生率は強度が増すにつれて急速に低下し、1% 未満が猛烈な竜巻 (EF4、T8 以上) です。[ 77 ]現在の記録では、被害に基づく強度推定が竜巻の影響を受ける構造物や植生に限定されているため、強い (EF2~EF3) 竜巻および猛烈な (EF4~EF5) 竜巻の頻度を大幅に過小評価している可能性があります。竜巻の最も強い風が、適切な被害指標から離れた場所、例えば開けた野原などで発生した場合、竜巻は被害に基づく評価よりもはるかに強い可能性があります。[ 78 ] [ 79 ]トルネードアレイ以外、および北米全般では、猛烈な竜巻は極めてまれです。これは、竜巻の強度分布が世界中でかなり似ていることが研究で示されているように、竜巻の総数が少ないことに起因すると考えられます。ヨーロッパ、アジア、南部アフリカ、南米南東部では、毎年数個の大きな竜巻が発生する。[ 80 ]

米国は、水上竜巻を除くヨーロッパ全体の推定数のほぼ4倍の竜巻を、どの国よりも多く発生させている。[ 81 ]これは主に、この大陸の独特な地理的特徴によるものである。北アメリカは熱帯から北極圏まで広がる大きな大陸であり、東西に走る大きな山脈がないため、この2つの地域間の気流が遮られることはない。世界の竜巻の大部分が発生する中緯度地域では、ロッキー山脈が湿気を遮断し、大気の流れを歪ませ、下降風によって対流圏の中層に乾燥した空気を送り込み、山脈の東側の風下側に低気圧域を形成する。ロッキー山脈からの西風が強まると、上空の流れが強いときに乾燥線が形成され、 [ 82 ]メキシコ湾は、その東側の南風に豊富な低層の湿気を供給する。この独特な地形は、暖かい空気と冷たい空気が頻繁に衝突することを可能にし、それが年間を通して強くて長続きする嵐を生み出す条件となる。[ 83 ]
これらの竜巻の大部分は、トルネード・アレイとして知られる米国中央部の地域で発生します。[ 83 ]この地域はカナダ、特にオンタリオ州とプレーリー諸州に広がっていますが、ケベック州南東部、ブリティッシュコロンビア州内陸部、ニューブランズウィック州西部も竜巻が発生しやすい地域です。[ 84 ]竜巻はメキシコ北東部でも発生します。[ 4 ]
米国では年間平均約1,200個の竜巻が発生し、次いでカナダが年間平均62個と報告されている。[ 85 ] NOAAではカナダで年間平均100個とさらに多い。[ 86 ]オランダは、面積当たりの竜巻の平均発生数がどの国よりも多く(年間20個以上、 0.00048個/km2、0.0012個/平方マイル)、次いで英国(年間約33個、 0.00013個/km2、0.00034個/平方マイル)だが、これらの竜巻は強度が低く、短時間で[ 87 ] [ 88 ]、被害も軽微である。[ 81 ]

竜巻はバングラデシュで年間平均179人の命を奪っており、これは世界で最も多い数である。[ 89 ]その理由としては、この地域の人口密度の高さ、建築物の質の低さ、竜巻に対する安全知識の不足などが挙げられる。[ 89 ] [ 90 ]竜巻が頻繁に発生する世界の他の地域には、南アフリカ、ラプラタ川流域、ヨーロッパの一部、オーストラリアとニュージーランド、そして極東アジアなどがある。[ 8 ] [ 91 ]
竜巻は春に最も多く発生し、冬に最も少ないが、好条件が揃えば一年中いつでも発生する可能性がある。[ 26 ]春と秋は風が強く、ウィンドシアや大気の不安定性が存在する季節であるため、活動のピークを迎える。[ 92 ]竜巻は、夏後半から秋にかけて発生する傾向のある、上陸する熱帯低気圧の右前方象限に集中している。竜巻は、上陸するまで持続する眼壁メソ渦の結果として発生することもある。 [ 93 ]竜巻は、雨が降っていない吹雪の際にも発生することがある。[ 94 ]
竜巻の発生は、太陽熱の影響で時間帯に大きく左右されます。[ 95 ]世界中で、ほとんどの竜巻は午後遅く、現地時間の15:00( 午後3時)から19:00( 午後7時)の間に発生し、17:00(午後5時)付近がピークです 。[ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]破壊的な竜巻は、1日のどの時間帯にも発生する可能性があります。歴史上最も死者を出した竜巻の1つである1936年のゲインズビル竜巻は、 現地時間の午前8時30分に発生しました。[ 26 ]
国の中で、英国は単位面積当たりの竜巻発生率が最も高い。[ 101 ]これらの竜巻は、不安定な気象状況や気象前線の移動の頻度により、一年中発生する。英国では、少なくとも年間34個の竜巻が発生し、場合によっては50個にも達する可能性がある。[ 102 ]英国の竜巻のほとんどは弱いが、時折破壊的になる。例えば、2005年のバーミンガム竜巻と2006年のロンドン竜巻は、いずれも藤田スケールでF2を記録し、いずれも大きな被害と負傷者を出した。[ 103 ]

さまざまな気候や環境の傾向との関連性が存在します。たとえば、発生源地域(メキシコ湾や地中海など)の海面水温の上昇は、大気中の水分量を増加させます。水分量の増加は、特に涼しい季節に、激しい気象現象や竜巻活動の増加を引き起こす可能性があります。 [ 104 ]
いくつかの証拠は、南方振動が竜巻活動の変化と弱い相関関係にあることを示唆しており、竜巻活動の変化は季節や地域によって異なり、 ENSOの位相がエルニーニョかラニーニャかによっても異なります。[ 105 ]研究によると、エルニーニョの年には米国中部および南部平原で冬と春に発生する竜巻や雹嵐は少なく、ラニーニャの年には太平洋の水温が比較的安定している年よりも多く発生することがわかっています。海洋の状態は、数ヶ月前に極端な春の嵐の発生を予測するために使用できます。[ 106 ]
気候変動は、ジェット気流やより大きな気象パターンを変化させる遠隔相関を介して竜巻に影響を与える可能性がある。気候と竜巻の関連性は、より大きなパターンに影響を与える力と、竜巻の局所的で微妙な性質によって複雑化している。地球温暖化が竜巻活動の傾向に影響を与える可能性があると推測するのは妥当であるが、[ 107 ]嵐の複雑さ、局所的な性質、およびデータベースの品質の問題により、そのような影響はまだ特定できていない。影響は地域によって異なるだろう。[ 108 ]

竜巻の警報を発令するための本格的な試みは、20 世紀半ばに米国で始まった。1950 年代以前は、竜巻を検知する唯一の方法は、地上で誰かが目撃することだった。竜巻のニュースは、嵐の後になってから地元の気象台に届くことが多かった。しかし、気象レーダーの登場により、地元の気象台の近くでは、悪天候の事前警報を受け取ることができるようになった。最初の竜巻警報は 1950 年に発令され、最初の竜巻注意報と対流性気象予報は1952 年に導入された。1953 年に、フック エコーが竜巻と関連していることが確認された。 [ 109 ]これらのレーダー シグネチャを認識することで、気象学者は数マイル離れた場所から竜巻を発生させている可能性のある雷雨を検知できるようになった。[ 110 ]

今日、ほとんどの先進国には気象レーダーのネットワークがあり、これは竜巻に関連する可能性のあるフックシグネチャを検出する主要な方法となっています。米国および他のいくつかの国では、ドップラー気象レーダー局が使用されています。これらの装置は、嵐の中の風の速度と半径方向(レーダーに向かうか、レーダーから離れるか)を測定するため、 160 km(100 マイル)以上離れた場所から嵐の回転の証拠を見つけることができます。嵐がレーダーから遠い場合、嵐の中の高い領域のみが観測され、下の重要な領域はサンプリングされません。[ 111 ]データ解像度もレーダーからの距離とともに低下します。竜巻の発生につながる気象状況の中には、レーダーでは容易に検出できないものもあり、竜巻の発生は、レーダーがスキャンを完了してデータのバッチを送信するよりも速く起こる場合があります。ドップラー気象レーダーシステムは、スーパーセル雷雨内のメソサイクロンを検出できるため、気象学者は雷雨内の竜巻の形成を予測することができます。[ 112 ]
米国では、観測員は通常、それぞれの組織に代わってNWS(国立気象局)から訓練を受け、NWSに報告します。組織はサイレンや緊急警報システム(EAS)などの公共警報システムを作動させ、NWSに報告を転送します。[ 113 ] 米国には23万人以上の訓練を受けたスカイウォーン気象観測員がいます。[ 114 ]
カナダでは、 Canwarnと呼ばれる同様のボランティア気象観測員のネットワークが、1,000 人以上のボランティアとともに悪天候の発見に役立っています。[ 115 ]ヨーロッパでは、いくつかの国がSkywarn Europeの後援の下で観測員ネットワークを組織しており[ 116 ]、竜巻および暴風雨研究機構 (TORRO) は 1974 年以来、英国で観測員のネットワークを維持しています。[ 117 ]
ストームスポッターが必要なのは、 NEXRADなどのレーダーシステムが 竜巻そのものではなく、竜巻の存在を示唆する信号を検出するためです。[ 118 ]レーダーは竜巻や差し迫った竜巻の視覚的な証拠が現れる前に警告を発する可能性がありますが、観測者からの地上の真実は決定的な情報を提供できます。 [ 119 ]レーダーサイトからの距離が大きくなるにつれて、レーダービームは地球の曲率によりレーダーから離れるほど高度が高くなり、ビームも広がるため、レーダーでは見えないものを見るスポッターの能力は特に重要になります。[ 111 ]

ストームスポッターは、遠くから見える嵐がスーパーセルかどうかを判断しようとします。彼らは通常、上昇気流と流入の主要領域であるスーパーセルの後方を見ます。その上昇気流の下には雨のないベースがあり、竜巻発生の次の段階は回転する壁雲の形成です。激しい竜巻の大部分は、スーパーセルの後方の壁雲で発生します。[ 77 ]
スーパーセルの証拠は、嵐の形状と構造、および、硬くて活発な上昇気流タワー、持続的で大きなオーバーシュートトップ、硬い金床(特に上層の強い風に逆らってバックシアされている場合)、コルクスクリューのような外観や縞模様などの雲塔の特徴に基づいています。嵐の下、ほとんどの竜巻が発生する場所に近い場所では、スーパーセルの証拠と竜巻の可能性には、「ビーバーの尾」のような流入帯(特に湾曲している場合)や、流入の強さ、流入空気の暖かさと湿り気、嵐が流出または流入のどちらが優勢に見えるか、前縁降水核が壁雲からどれだけ離れているかなどの手がかりが含まれます。竜巻の発生は、上昇気流と後縁下降気流の境界面で最も起こりやすく、流出と流入のバランスが必要です。[ 20 ]
回転する壁雲だけが竜巻を発生させ、通常は竜巻の5分から30分前に発生します。回転する壁雲は、低層メソサイクロンの視覚的な現れである可能性があります。低層境界がない限り、後方側面下降気流が発生しない限り竜巻の発生は非常にまれです。後方側面下降気流は通常、壁雲の角に隣接する雲の蒸発によって視覚的に確認できます。竜巻は、このようなことが起こるとき、またはその直後に発生することがよくあります。まず、漏斗雲が下降し、ほとんどの場合、地上の半分まで達するまでに表面渦が発生し、凝結によって表面循環が嵐とつながる前に竜巻が地上にあることを示します。竜巻は、壁雲がない場合でも、側面線の下や先端で発生することもあります。観測者は嵐のすべての領域、雲底、および表面を監視します。[ 120 ]

1925年3月18日に発生し、ミズーリ州、イリノイ州、インディアナ州の一部に影響を与えたトライステート竜巻は、いくつかの竜巻記録を保持しています。この竜巻は、竜巻の強度を評価するためのスケールが使用される以前のものですが、藤田スケールではF5であった可能性が高いです。最長経路長352キロメートル(219マイル)、最長継続時間約3時間半の記録を保持しています。2026年現在、米国史上最も死者数の多い単一の竜巻(死者695人)と考えられています。[ 26 ] 2000年には、インフレ調整後の費用が3番目に高い竜巻と推定されました。[ 121 ]
2025年現在、世界史上最悪の竜巻は、1989年4月26日にバングラデシュで発生したダウルティプール・サルトゥリア竜巻で、約1,300人が死亡した。 [ 89 ]バングラデシュでは、歴史上少なくとも24回の竜巻で100人以上が死亡しており、これは世界の他の地域全体のほぼ半分に相当する。[ 122 ] [ 123 ]
記録に残る最も大規模な竜巻の発生の一つは、 1974年のスーパーアウトブレイクで、1974年4月3日と4日に米国中部とオンタリオ州最南部の広範囲に影響を与えた。この発生では18時間で148個の竜巻が発生し、その多くが猛烈なものであった。7個はF5の強度、23個はF4の強度に達した。ピーク時には16個の竜巻が同時に地上にあった。300人以上 、おそらく330人もの人々が死亡した。[ 124 ]
最も激しい竜巻の風速を直接測定することは、従来の風速計では強風や飛散物に耐えられないため、ほぼ不可能です。一部の竜巻は移動式ドップラーレーダー装置でスキャンされており、竜巻の風速をかなり正確に推定することができます。2025年現在、ドップラーレーダーを使用して記録された最速の風速は、1999年のブリッジクリーク・ムーア竜巻で記録されたもので、推定風速は486 ± 32 km/h (302 ± 20 mph)です。[ 125 ]
竜巻を発生させる嵐は、時に時速240 km (150 mph)を超える激しい上昇気流を伴うことがあります。竜巻の破片は親の嵐に巻き上げられ、非常に遠くまで運ばれることがあり、これは破片降下と呼ばれる現象です。1915 年 11 月にカンザス州グレートベンドを襲った竜巻は極端な例で、町から80 マイル (130 km)離れた場所で「破片の雨」が発生し、小麦粉の袋が110 マイル (180 km)離れた場所で見つかり、グレートベンド銀行の無効小切手が北東 305 マイル (491 km) 離れたネブラスカ州パルミラ郊外の畑で見つかりました。[ 126 ]水上竜巻や竜巻は、魚やその他の動物が降ってくる現象の説明として提唱されています。[ 127 ]

竜巻は一瞬で襲来する可能性がありますが、生存の可能性を高めるための予防策や対策を講じることができます。米国の暴風雨予測センターなどの当局は、竜巻警報が発令された場合に備えて、事前に計画を立てておくことを推奨しています。警報が発令されたら、頑丈な建物の地下室や1階の内部の部屋に避難することで、生存の可能性が大幅に高まります。[ 128 ]竜巻が発生しやすい地域では、多くの建物に地下の避難室があり、何千もの命を救ってきました。[ 129 ]
竜巻の予報を配信し、竜巻発生の可能性に対する警戒レベルを引き上げる気象機関を持つ国もあります(米国やカナダの竜巻注意報や警報など)。気象ラジオは、主に米国でのみ利用可能な、その地域に悪天候注意報が発令されたときに警報を発します。竜巻が遠く離れていてよく見える場合を除き、気象学者は、運転手は(緊急車両の通行を妨げないように)車を道路の端に停め、頑丈な避難場所を探すようアドバイスしています。近くに頑丈な避難場所がない場合は、溝に身を低くするのが次善の策です。高速道路の高架橋は、狭い空間では風速が増し、高架橋の下に瓦礫が集中する可能性があるため、竜巻の際に避難するには最悪の場所の1つです。[ 130 ]

民間伝承では、緑色の空は竜巻と関連付けられることが多いが、この現象は悪天候と関連しているかもしれないものの、竜巻と具体的に結びついている証拠はない。[ 131 ]窓を開けると竜巻による被害が軽減されると考えられがちである。強い竜巻の内部では気圧が大きく低下するが、気圧差によって大きな被害が生じる可能性は低い。むしろ、窓を開けると竜巻による被害の深刻度が増す可能性がある。[ 132 ]激しい竜巻は、窓が開いているか閉じているかに関わらず、家を破壊する可能性がある。[ 132 ] [ 133 ]
もう一つよくある誤解は、高速道路の高架橋が竜巻から十分な避難場所になるというものです。この考えは、 1991年にカンザス州アンドーバー近郊で発生した竜巻の際に撮影された広く出回ったビデオに一部起因しています。そのビデオでは、ニュースクルーと数人がカンザス・ターンパイクの高架橋の下に避難し、近くを通過する竜巻を安全にやり過ごしました。[ 134 ]しかし、高速道路の高架橋は竜巻の際には危険な場所であり、ビデオの被写体が無事だったのは、ありそうもない出来事の組み合わせによるものです。問題の嵐は弱い竜巻であり、竜巻は高架橋に直接衝突せず、[ 134 ]高架橋自体が独特な設計でした。ベンチュリ効果により、竜巻の風は高架橋の閉鎖された空間で加速されます。[ 135 ]実際、1999 年 5 月 3 日に発生したオクラホマ州の竜巻では、3 つの高速道路の高架橋が竜巻の直撃を受け、3 か所すべてで死者が出たほか、多くの命に関わる負傷者が出た。[ 136 ]それに対し、同じ竜巻の発生では、2,000 軒以上の家屋が完全に破壊され、さらに 7,000 軒が損傷したが、自宅で死亡した人はわずか数十人だった。[ 130 ]

古くから、地下室の南西の角が竜巻の際に最も安全な場所だと信じられてきました。最も安全な場所は、竜巻の接近方向とは反対の地下室の側面または角(通常は北東の角)、または最下階の中央の部屋です。地下室、階段の下、または作業台などの頑丈な家具の下に避難すると、生存の可能性がさらに高まります。[ 132 ] [ 133 ]
都市部、大河、丘、山の近くにあるなど、竜巻から守られていると人々が信じている地域があります。[ 137 ]竜巻は大河を横断したり、山を登ったり、[ 138 ]谷に影響を与えたり、いくつかの都市の中心部を破壊したりすることが知られています。一般的に、竜巻から安全な地域はありませんが、一部の地域は他の地域よりも影響を受けやすいです。[ 28 ] [ 132 ] [ 133 ]

気象学は比較的新しい科学であり、竜巻の研究はさらに新しい。約140年にわたって研究され、約60年間は集中的に研究されてきたが、竜巻にはまだ謎のままの側面がある。[ 139 ]気象学者は、雷雨やメソサイクロンの発生[ 140 ] [ 141 ] 、およびそれらの形成に適した気象条件についてかなりよく理解している。しかし、スーパーセルやその他のそれぞれの形成過程から竜巻発生へのステップ、および竜巻を伴うメソサイクロンと伴わないメソサイクロンの予測はまだよくわかっておらず、多くの研究の焦点となっている。[ 92 ]
また、下層メソサイクロンと、竜巻へと収縮する下層渦度の伸長についても研究されており、 [ 92 ]特に、その過程と環境と対流性嵐との関係がどうなっているのかが研究されている。上空のメソサイクロンと同時に(メソサイクロン発生に続いてではなく)発生する激しい竜巻が観測されており、中層メソサイクロンなしで発生する激しい竜巻もある。[ 142 ]
特に、下降気流、特に後方側面下降気流の役割、および傾圧境界の役割は、集中的に研究されている分野である。[ 143 ]
竜巻の強度と持続時間を確実に予測することは依然として問題であり、竜巻のライフサイクルと竜巻の崩壊中の特徴に影響を与える詳細も同様である。その他の研究の豊富な分野としては、線状雷雨構造内および熱帯低気圧内のメソ渦に関連する竜巻がある。[ 144 ]
気象学者は、ほとんどの竜巻がどのように形成されるかの正確なメカニズムをまだ理解しておらず、竜巻警報が発令されないまま竜巻が発生することもあります。[ 145 ]固定式および移動式(地上および空中)の現場観測およびリモートセンシング(受動および能動)機器を含む観測の分析により、新しいアイデアが生まれ、既存の概念が洗練されます。数値モデリングも、観測と新しい発見が物理的理解に統合され、新しい概念を検証するとともに、まったく新しい理論的発見を生み出すコンピュータシミュレーションでテストされるため、新しい洞察を提供します。その多くは、そうでなければ得られないものです。重要なことに、新しい観測技術の開発と、より細かい空間的および時間的解像度の観測ネットワークの設置により、理解が深まり、予測精度が向上しました。[ 146 ]
VORTEXプロジェクト(竜巻の回転起源の検証実験)、TOTO(TOtable Tornado Observatory)、Doppler on Wheels(DOW)などのフィールドプロジェクトを含む研究プログラムは、気象学者を悩ませている多くの疑問を解決することを期待している。 [ 50 ]大学、国立激甚気象研究所などの政府機関、民間の気象学者、国立大気研究センターなどは、研究に非常に積極的な組織であり、民間と公的の両方のさまざまな資金源があり、主要な組織は国立科学財団である。[ 118 ] [ 147 ]研究のペースは、取得できる観測の数、局地大気全体の風、気圧、水分含有量に関する情報のギャップ、シミュレーションに利用できる計算能力によって部分的に制限されている。[ 148 ]
竜巻に似た太陽嵐が記録されているが、それらが地球上の竜巻とどれほど密接に関連しているかは不明である。[ 149 ]
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