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熱帯低気圧の発生は、大気中で熱帯低気圧が発達し、強まることである。[1]熱帯低気圧の発生メカニズムは、温帯低気圧の発生メカニズムとは明らかに異なる。熱帯低気圧の発生は、好ましい大気環境における顕著な対流により、暖核低気圧の発達を伴う。 [2]
熱帯低気圧の発生には、6つの主な要因が必要である：十分に暖かい海面水温（少なくとも26.5℃（79.7℉））、大気の不安定性、対流圏の下層から中層の高い湿度、低気圧中心を形成するのに十分なコリオリの力、既存の低レベルの焦点または擾乱、および低い垂直風せん断。[3]
熱帯低気圧は夏に発生する傾向がありますが、ほとんどの流域でほぼ毎月観測されています。ENSOやマッデン・ジュリアン振動などの気候サイクルは、熱帯低気圧の発達のタイミングと頻度を調整します。[4] [5] 最大潜在強度は熱帯低気圧の強度の限界であり、その進路に沿った水温に強く関連しています。[6]
熱帯暴風雨強度の熱帯低気圧は、世界中で毎年平均86個発生します。そのうち47個は時速74マイル（119km/h）以上の強さに達し、20個は強力な熱帯低気圧（サファー・シンプソンスケールで少なくともカテゴリー3の強度）になります。[7]
熱帯低気圧形成の要件
熱帯低気圧の発生には、6つの主な条件がある。十分に暖かい海面水温、大気の不安定性、対流圏の下層から中層の高い湿度、低気圧の中心を維持するのに十分なコリオリの力、既存の低レベルの焦点または擾乱、および低い垂直風せん断である。[3]これらの条件は熱帯低気圧の形成に必要であるが、熱帯低気圧が形成されることを保証するものではない。[3]
暖かい水、不安定さ、中層の湿気
通常、熱帯低気圧を維持するためには、少なくとも水深50メートルにわたって26.5℃（79.7℉）の海水温が最低条件であると考えられています。[3]この暖かい海水は、熱帯システムの燃料となる暖かい核を維持するために必要です。この値は、海洋の世界平均表面温度である16.1℃（60.9℉）をはるかに上回っています。[8]
熱帯低気圧は、通常の条件が満たされていない場合でも発生することが知られています。たとえば、高高度（例えば、500 hPaレベル、または5.9 km）でのより低い空気温度は、対流が起こるのに十分なほど大気を不安定にするために一定の減率を必要とするため、より低い水温で熱帯低気圧の発生につながる可能性があります。湿った大気では、この減率は6.5 °C/kmですが、相対湿度が100%未満の大気では、必要な減率は9.8 °C/kmです。[9]
500 hPa レベルでは、熱帯地方内の気温は平均 -7 °C (18 °F) ですが、熱帯地方の空気は通常このレベルでは乾燥しているため、空気が湿球温度、つまり湿るにつれて冷却される温度がより適した温度になり、対流が起こりやすくなります。水温が 26.5 °C の場合、対流を開始するには、熱帯大気中の 500 hPa での湿球温度が -13.2 °C である必要があります。この温度要件は、500 hPa での 1 °C の変化ごとに、海面温度が 1 °C 比例して増減します。寒冷サイクロン下では、500 hPa の温度が -30 °C まで下がることがあり、最も乾燥した大気でも対流が開始される可能性があります。これは、対流圏の中層、およそ 500 hPa レベルの水分が通常、発達の要件となる理由も説明しています。しかし、同じ高度に乾燥した空気がある場合、乾燥した大気は不安定になるために湿った大気よりも大きな減率を必要とするため、500 hPaの温度はさらに低くなる必要があります。[10] [11]対流圏界面近くの高度では、30年間の平均気温（1961年から1990年までの期間に測定）は-77 °C（-105 °F）でした。[12 ] より冷たい海上で維持された熱帯低気圧 の最近の例としては、2005年大西洋ハリケーンシーズン のイプシロンがあります。[13]
最大潜在強度（MPI）の役割
ケリー・エマニュエルは1988年頃、最新の地球モデル実行による海面温度と大気プロファイルに基づいて熱帯低気圧の強度の上限を計算する数学モデルを作成した。エマニュエルのモデルは最大潜在強度（MPI）と呼ばれている。この方程式から作成された地図は、最後のモデル実行時の大気の熱力学に基づいて、熱帯低気圧やハリケーンが発生する可能性のある地域を示している。これには垂直風せん断は考慮されていない。[14]
コリオリの力
熱帯低気圧の発生には、通常、赤道から最低 500 km (310 マイル) (赤道から約 4.5 度) の距離が必要です。[3]コリオリの力は流れに回転を与え、既存の擾乱によって生じた低圧に向かって風が流れ始めると発生します。コリオリの力が非常に小さいか存在しない地域 (たとえば、赤道付近) では、作用する重要な大気力は圧力勾配力(高気圧から低気圧に風を吹かせる圧力差[15] ) と小さな摩擦力だけです。この 2 つだけでは、熱帯低気圧の発生に必要な大規模な回転は発生しません。大きなコリオリの力が存在すると、発達中の渦は勾配風バランスを達成できます。[16] これは、成熟した熱帯低気圧に見られるバランス条件で、潜熱が嵐の中心付近に集中します。これにより、他の発達要因が中立であれば、渦が維持または強化されます。[17]
低レベルの妨害
熱帯低気圧の発生には、熱帯収束帯（ITCZ）の低気圧、熱帯波、広い表面前線、または流出境界のいずれであっても、十分な渦度と収束を伴う下層の特徴が必要です。 [3]上層の条件が完璧で、必要な大気の不安定性があっても、地表の焦点がないため、組織化された対流と表面低気圧の発達は妨げられます。[3]熱帯低気圧は、熱帯収束帯内のより小さな循環が集まって合体する ときに形成されます。 [18]
弱い垂直風せん断
熱帯低気圧の発達には、地表と対流圏界面の間の垂直風せん断が 10 m/s (20 kt 、22 mph) 未満であることが有利です。 [3]垂直せん断が弱いと、嵐は空中に垂直に速く成長し、嵐が発達して強くなります。垂直せん断が強すぎると、嵐は最大限に上昇できず、そのエネルギーが嵐が強まるには広すぎる領域に分散してしまいます。[19] 強い風せん断は熱帯低気圧を「吹き飛ばす」可能性があります。 [19]これは、中層の暖かい核を地表循環から押しのけ、対流圏の中層を乾燥させて発達を停止させるためです。より小規模なシステムでは、せん断された環境で重要な中規模対流複合体が発達すると、地表の低気圧を破壊するのに十分な大きさの流出境界を送り出す可能性があります。中程度の風のシアーは、中緯度地域に類似した対流複合体と地表低気圧の初期発達につながる可能性があるが、熱帯低気圧の発生を継続させるためには、風のシアーが弱まる必要がある。[19]
好ましい谷間の相互作用
限定的な垂直風せん断は熱帯低気圧の形成にプラスとなる可能性がある。上層のトラフまたは上層の低気圧が熱帯擾乱とほぼ同じ規模である場合、上層のシステムによって上空の拡散がより良好な領域に誘導され、さらなる発達を引き起こす可能性がある。弱い上層サイクロンは、好ましい相互作用の候補となる可能性が高い。弱いせん断を受けた熱帯低気圧は、せん断を受けていない熱帯低気圧よりも最初は急速に発達するという証拠があるが、これは、はるかに弱い風速とより高い最低気圧で強度がピークに達するという犠牲を伴う。[20]このプロセスは、熱帯低気圧の傾圧的発生としても知られている。後続の上層サイクロンと上層トラフは、追加の流出チャネルを引き起こし、激化プロセスを助ける可能性がある。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流出ジェットにより、その後に上層トラフまたは上層低気圧を生成または深めるのに役立つ可能性がある。[21] [22]
上層ジェット気流が発達中のシステムの北西を通過するときに、中緯度の大きなトラフが熱帯低気圧の発生を助け、上空の発散と地表への流入を助け、低気圧を回転させる場合があります。このタイプの相互作用は、すでに再湾曲の過程にある擾乱と関連していることが多いです。[23]
形成の時代
世界的に、熱帯低気圧の活動は水温が最も高くなる晩夏にピークを迎えます。しかし、各流域には独自の季節パターンがあります。世界規模で見ると、5月は最も活動が少なく、9月は最も活動が活発です。[24]
北大西洋では、6月1日から11月30日まで明確なハリケーンシーズンが発生し、8月下旬から10月にかけてピークを迎えます。[24]北大西洋のハリケーンシーズンの統計的なピークは9月10日です。 [25]北東太平洋の活動期間はより長いですが、大西洋と似た時間枠です。[24]北西太平洋では年間を通じて熱帯低気圧が発生し、2月に最小となり、9月初旬にピークを迎えます。[24]北インド洋盆地では、嵐は4月から12月にかけて最も多く発生し、5月と11月にピークを迎えます。[24]
南半球では、熱帯低気圧の活動は通常11月初旬に始まり、4月30日に終了します。南半球の活動は2月中旬から3月初旬にピークを迎えます。[24] 南半球の活動は、実質的にすべて南アフリカの海岸から東、南アメリカに向かって見られます。熱帯低気圧は、南大西洋と太平洋南東部ではまれにしか発生しません。[26]
珍しい形成領域
中緯度
赤道から30度以上離れた地域（暖流の近くを除く）は、通常、熱帯低気圧の形成や強化には適しておらず、赤道から40度以上離れた地域は、そのような発達に非常に厳しい条件であることが多い。主な制限要因は水温であるが、緯度が高くなるにつれてシアーが大きくなることも要因の1つである。これらの地域は、熱帯緯度から極方向に移動するサイクロンが頻繁に発生することがある。まれに、2019年のパブロ、2004年のアレックス、[32] 1988年のアルベルト、[33] 1975年の太平洋北西部ハリケーン[34]など、この地域で嵐が発生または強化されることがある。通常、熱帯低気圧は極方向に再発進した後に温帯低気圧への移行を経て、緯度45～50度に達すると完全に温帯低気圧になるのが一般的である。温帯低気圧の大部分は、移行期間を終えると再び強まる傾向がある。[35]
赤道付近
赤道からおよそ10度の緯度内の地域では、熱帯低気圧の形成に重要な要素であるコリオリの力は顕著に現れません。 [36]しかし、赤道から5度以内で発生する熱帯低気圧もいくつか観測されています。[37]
南大西洋
風のシアーと熱帯収束帯（ITCZ）からの熱帯擾乱の欠如の組み合わせにより、南大西洋が熱帯活動を維持することは非常に困難になっています。[38] [39]ここでは少なくとも6つの熱帯低気圧が観測されており、 1991年にアンゴラ近くのアフリカ沿岸で発生した弱い熱帯暴風雨、 2004年3月にブラジルにカテゴリー2の強さで上陸したハリケーン・カタリナ、2010年3月の熱帯暴風雨アニータ、 2019年3月の熱帯暴風雨イバ、 2021年2月の熱帯暴風雨01Q、および2024年2月の熱帯暴風雨アカラが含まれています。[40]
地中海と黒海
構造的に熱帯低気圧に似た嵐が地中海で発生することがある。これらの「地中海熱帯低気圧」の顕著な例としては、1969年9月の無名システム、 1982年のレウコシア、1995年のセレノ、 1996年のコルネリア、 2006年のケリダ、 2011年のロルフ、2014年のケンドレサ、2017年のヌマ、2020年のイアノス、 2023年のダニエルなどがある。しかし、これらの嵐が熱帯性であったかどうかについては議論がある。[41]
黒海では時折、地中海で観測される熱帯性低気圧に似た、サイクロン回転を開始する嵐が発生したり、その原因となったりすることがあります。 [42]これらの嵐のうち2つは、2002年8月に熱帯性低気圧、2005年9月に亜熱帯性低気圧の強度に達しました。[43]
その他
熱帯低気圧の発生は、フンボルト海流によって生成される海面水温が低いことと、不利な風のシアーの影響で、太平洋南東部では極めて稀である。そのため、 2023年3月のサイクロン・ヤクは、南アメリカ西部に影響を与えた熱帯低気圧の唯一の既知の例である。ヤク以外にも、南太平洋盆地の公式の東境である西経120度より東の地域で発生することが観測されているシステムがいくつかあります。1983年5月11日、西経110度付近で熱帯低気圧が発生し、これは衛星時代に観測された南太平洋の熱帯低気圧の中で最も東で発生したものと考えられていた。[44] 2015年半ば、 5月上旬にチリに少し近い、1983年の熱帯低気圧よりもさらに東で、珍しい亜熱帯低気圧が確認されました。このシステムは、研究者によって非公式にケイティと名付けられました。[45] 2018年5月にはチリ沖の西経77.8度で別の亜熱帯低気圧が確認された。 [46]このシステムは研究者によって非公式にレクシと名付けられた。[47] 2022年1月にはチリ沖で亜熱帯低気圧が観測され、研究者によってウンベルトと名付けられた。[48] [49]
過去にもモロッコ沖で渦が報告されているが、それが本当に熱帯性のものかどうかは議論の余地がある。 [42]
熱帯活動も五大湖では極めて稀である。しかし、 1996年9月、ヒューロン湖で亜熱帯または熱帯低気圧に似た嵐が発生した。この嵐は中心に目のような構造を発達させ、一時的に亜熱帯または熱帯低気圧であった可能性がある。[50]
内陸部の強化
熱帯低気圧は、海から供給される熱機関を失い、摩擦によって風速が遅くなるため、通常、上陸直後、時には上陸前にも弱まり始めます。しかし、状況によっては、熱帯または亜熱帯の低気圧が数時間にわたって勢力を維持したり、さらに勢力を強めたりすることがあります。これは、ブラウン・オーシャン効果として知られています。これは、暖かく湿った土壌または湿地帯で、地表温度が高く、地形が平坦で、上層のサポートが引き続き有利な場合に最もよく発生します。
大規模な気候サイクルの影響
ENSOの影響
エルニーニョ現象（ENSO）は、太平洋と大西洋の嵐の発生しやすい地域（風の影響で水温が上昇したり下降したりする場所）を移動させ、その結果、どの流域でもほぼ一定の累積サイクロンエネルギー（ACE）値をもたらします。エルニーニョ現象は通常、大西洋、極西太平洋、オーストラリア地域でのハリケーンの発生を減少させますが、代わりに中央北太平洋と南太平洋、特に西北太平洋台風地域では発生確率が高まります。[51]
北東太平洋と北大西洋の流域における熱帯低気圧は、どちらも同じ波列からの熱帯波によって大部分生成されます。 [52]
北西太平洋では、エルニーニョによって熱帯低気圧の発生が東へシフトする。エルニーニョ現象の発生中、熱帯低気圧は東経150度から国際日付変更線（IDL）までの盆地東部で発生する傾向がある。[53]北中部太平洋（IDLから西経140度まで）と南中部太平洋（東経160度以東）での活動増加と相まって、赤道の両側の国際日付変更線付近では熱帯低気圧の発達が純増している。[54]北西太平洋におけるエルニーニョの強さと熱帯低気圧の発生には直線関係はないが、エルニーニョの年に発生する台風は継続期間が長く、強度も高い傾向がある。[55]エルニーニョ現象の翌年、北西太平洋の熱帯低気圧の発生は東経150度以西で抑制される。[53]
MJOの影響
一般的に、マッデン・ジュリアン振動に伴う偏西風の増加は、すべての海域で熱帯低気圧の発生増加につながる。振動が西から東に伝播するにつれ、その半球の夏季には熱帯低気圧の発生が時間とともに東進する。[56]しかし、西太平洋海域と北大西洋海域の熱帯低気圧活動には逆相関がある。一方の海域が活発なときは、もう一方の海域は通常静穏で、その逆もまた同様である。主な原因は、マッデン・ジュリアン振動（MJO）の位相にあるようで、通常、2つの海域では常に逆のモードになっている。[57]
赤道ロスビー波の影響
研究によると、赤道ロスビー波束が閉じ込められると、その地域内の低層の偏西風が増加し、低層の渦度が増大するため、太平洋での熱帯低気圧発生の可能性が高まる可能性がある。個々の波はそれぞれ約1.8m /s（4mph）で移動することができるが、集団としては静止したままになる傾向がある。[58]
季節予報
コロラド州立大学は1984年以来、北大西洋流域の季節的な熱帯低気圧予報を発表しており、その結果は気候学よりも優れていると主張している。[59]同大学は、この流域について、熱帯低気圧の数の長期予測を可能にすると思われるいくつかの統計的関係を発見したと主張している。それ以来、他の多くの大学が世界中の流域の季節予報を発表している。 [60]予測因子は、地球の気候システムにおける地域的な振動に関連している。エルニーニョ南方振動に関連するウォーカー循環、北大西洋振動（NAO）、北極振動（AO）、および太平洋北米パターン（PNA）である。[ 59]
参照
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外部リンク
- 現在のAO条件
- 現在のENSOの状況
- 現在のMJOの状況
- 現在のNAOの状況
- 現在のPNAの状態
- 最大潜在強度
- 全世界の最大潜在強度マップ
- 熱帯低気圧の熱潜在量