天気図

天気図（総観天気図とも呼ばれる）は、特定の時点の特定の地域におけるさまざまな気象特性を示し、それぞれに特定の意味を持つさまざまな記号が用いられています。^{[ 1 ]}このような地図は19世紀半ばから使用されており、研究や天気予報の目的で使用されています。等温線を用いた地図は温度勾配を示し、^{[ 2 ]}気象前線の位置特定に役立ちます。等風速線を解析した等速線図は、 300 hPa または 250 hPaの一定気圧面上にジェット気流の位置を示します。 ^{[ 3 ]} 700 hPa および 500 hPa レベルの一定気圧図を使用すると、熱帯低気圧の動きを示すことができます。さまざまなレベルの風速に基づく2 次元流線は、風場の収束と発散の領域を示し、風のパターン内の特徴の位置を特定するのに役立ちます。一般的な地表天気図は地表天気解析図で、等圧線をプロットして高気圧と低気圧の領域を示します。雲のコードは記号に変換され、専門的な訓練を受けた観測者から送られる気象概況報告に含まれるその他の気象データとともに、これらの地図上にプロットされる。  

現代的な意味での天気図の使用は、嵐のシステムに関する理論を考案するために19世紀半ばに始まった。^{[ 4 ]}クリミア戦争中、嵐がバラクラヴァでフランス艦隊を壊滅させたが、フランスの科学者ウルバン・ルヴェリエは、嵐の時系列地図が発行されていれば、その進路を予測して艦隊が回避できたことを示すことができた。

イギリスでは、科学者のフランシス・ゴルトンがこの研究とロバート・フィッツロイの先駆的な天気予報について耳にした。彼は1861年10月の全国の気象観測所から情報を収集した後、独自の記号体系を用いて地図上にデータをプロットし、世界初の天気図を作成した。彼はこの地図を用いて、空気が高気圧の周囲を時計回りに循環することを証明し、この現象を説明するために「高気圧」という用語を作り出した。彼はまた、新聞に初めて天気図を掲載する上で重要な役割を果たし、そのためにパンタグラフ（図面をコピーするための装置）を改良して印刷版に地図を刻み込んだ。タイムズ紙は気象庁のデータを用いてこれらの方法で天気図の印刷を開始した。^{[ 5 ]}

全国的な天気図の導入には、全国的な電信ネットワークの存在が必要であり、それによって全国各地からのデータをリアルタイムで収集し、すべての分析に関連性を保つことができた。天気に関するデータを収集するために電信を初めて使用した例は、1847年のマンチェスター・エグザミナー紙である。 ^{[ 6 ]}

…このことから、マンチェスターから東部諸州まで電信線が十分に延伸され、情報が得られるようになっているかどうかを調査する必要が生じた。…以下の場所で調査を行い、得られた仮説を添付する。…

また、地図上の情報が特定の時刻の天候を正確に反映するように、時間帯を統一することも重要でした。標準化された時間システムは、1847年にグリニッジ標準時が導入されたことで、イギリスの鉄道網の調整に初めて使用されました。

米国では、ジョセフ・ヘンリーが指揮を執った後、1840年代から1860年代にかけて、スミソニアン協会が米国中部および東部の大部分にわたって観測員のネットワークを構築しました。 ^{[ 7 ]}米国陸軍通信隊は、1870年から1874年にかけて議会の法律によりこのネットワークを引き継ぎ、その後すぐに西海岸に拡大しました。当初は、時間の標準化が不足していたため、地図上のすべてのデータが使用されたわけではありませんでした。米国は、デトロイトが最終的に標準時を確立した1905年に、タイムゾーンを完全に採用しました。 ^{[ 8 ] [ 9 ]}

20世紀

天気図における前線帯の使用は、1910 年代にノルウェーで始まった。極前線理論は、第一次世界大戦中にノルウェーの沿岸観測所ネットワークから派生したヤコブ・ビャークネスによるものとされている。この理論は、サイクロンへの主な流入は、低気圧の前方と後方の 2 つの収束線に沿って集中すると提唱した。低気圧の前方の収束線は、操舵線または温暖前線として知られるようになった。後方の収束帯は、スコール線または寒冷前線と呼ばれた。雲と降雨の領域は、これらの収束帯に沿って集中しているように見えた。前線帯の概念は、気団の概念につながった。サイクロンの三次元構造の性質は、1940 年代に高層気象観測網が発達するまで待たなければならなかった。^{[ 10 ]}気団の変化の最前線が第一次世界大戦の軍事戦線に似ていたため、「前線」という用語はこれらの線を表すために使われるようになった。^{[ 11 ]} 米国は、1942 年後半に WBAN 解析センターがワシントン DC のダウンタウンに開設されたときに、地上解析で前線を正式に分析し始めました^{[ 12 ]}

地上の天気図に加えて、気象機関は定圧図の作成も開始しました。1948年、米国は日別天気図シリーズを開始し、当初は海抜約3,000メートル（9,800フィート）の700hPaレベルを分析していました。^{[ 13 ]} 1954年5月14日までに、海抜約5,520メートル（18,110フィート）の500hPaの地表が分析されるようになりました。 ^{[ 14 ]}地図作成の自動化の取り組みは1969年に米国で始まり、^{[ 15 ]} 1970年代にプロセスが完了しました。同様の取り組みは、1969年にインド気象局によってインドでも開始されました。 ^{[ 16 ]}香港は1987年までに自動地表プロットのプロセスを完了しました。^{[ 17 ]}  

1999 年までに、コンピュータ システムとソフトウェアはついに高度化し、衛星画像、レーダー画像、大気厚や前線形成などのモデル由来のフィールドを、地表観測と組み合わせて同じワークステーション上に重ね合わせ、可能な限り最良の地表解析を行うことが可能になりました。米国では、この開発はIntergraphワークステーションが n- AWIPSワークステーションに置き換えられたときに達成されました。^{[ 18 ]} 2001 年までに、国立気象局内で行われたさまざまな地表解析は、4 つの異なるセンターの解析を組み合わせた統合地表解析に統合され、6 時間ごとに発行されています。^{[ 19 ]}気象学と地理情報システムの両方の分野における最近の進歩により、従来の天気図からまったく新しい領域へと私たちを導く、きめ細かくカスタマイズされた製品を考案することが可能になりました。気象情報は、関連する地理的詳細に迅速に対応させることができます。たとえば、着氷状況を道路網にマッピングすることができます。これは、今後数年間、地表解析の作成と表示方法に変化をもたらし続けるでしょう。^{[ 20 ]}

低層（Sc、St）および上向きに成長する垂直構造（Cu、Cb）

中間層（Ac、As）と下方成長垂直層（Ns）

高層階（Ci、Cc、Cs）

ステーションモデルとは、特定の観測地点で発生している気象を象徴的に表した図です。気象学者は、気象図上の狭いスペースに多数の気象要素をプロットするためにステーションモデルを作成しました。ステーションモデルのプロットが密集した地図は読みづらい場合がありますが、気象学者、パイロット、船員が重要な気象パターンを把握するのに役立ちます。コンピュータは、各観測地点のステーションモデルを描画します。ステーションモデルは主に地上の気象図で使用されますが、上空の気象を示すためにも使用できます。完成したステーションモデルマップを使用すると、ユーザーは気圧、気温、風、雲量、降水量のパターンを分析できます。^{[ 21 ]}

観測所モデル図は、1941 年 8 月 1 日以降ほとんど変更されていない国際的に認められたコーディング規則を使用しています。図の要素は、気温、露点、風、雲量、気圧、気圧傾向、降水量などの主要な気象要素を示しています。^{[ 22 ] [ 23 ]}風は、天気図にプロットされる際に標準的な表記法があります。1 世紀以上前は、風は矢印でプロットされ、片側に羽根だけがある場合は 5 ノットの風、両側に羽根がある場合は10 ノット (19 km/h)の風を表していました。表記法は、半分の矢印に変更され、風の羽根の半分は 5 ノット、完全な羽根は 10 ノット、ペナント旗は 50 ノットを示します。 

SYNOP コードの構造上、天気図に表示される各報告ステーションにつき、最大 3 つの雲シンボルをプロットできます。すべての雲の種類は、訓練を受けた観測者によってコード化され、送信され、その後、主要な雲の種類ごとに特別なシンボルを使用して、低層、中層、または高層として地図上にプロットされます。垂直方向に大きく広がり、複数の層を占める可能性のある雲の種類は、垂直方向の成長とは別に、通常最初に形成される高度レベルまたは層に応じて、低層 (積雲と積乱雲) または中層 (乱層雲) としてコード化されます。^{[ 24 ] [ 25 ]}特定の観測時間におけるこれらの各層に使用される地図上のシンボルは、世界気象機関(WMO)が定めた基準に従って最も重要と考えられる属、種、変種、突然変異、または雲の動きを表します。観測時のどの階においてもこれらの要素が同等に重要であると判断された場合、量的に優勢なタイプが観測者によってコード化され、適切な記号を使用して天気図にプロットされます。航空における特別な天気図は、着氷と乱気流の領域を示します。^{[ 26 ]}

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