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天気は大気の状態であり、例えば、暑いか寒いか、湿っているか乾燥しているか、穏やかか嵐か、晴れているか曇っているかなどを表します。[1]地球上では、ほとんどの気象現象は、成層圏のすぐ下にある、地球の大気の最下層である対流圏で発生します。 [2] [3]天気は、日々の気温、降水量、その他の大気の状態を指しますが、気候は、より長い期間にわたる大気の状態の平均化を指す用語です。[4]特に修飾語なしで使用される場合、「天気」は一般に地球の天候を意味すると理解されています。
天候は、場所間の気圧、気温、湿度の差によって決まります。これらの差は、緯度によって変わる特定の地点での太陽の角度によって生じます。極地の空気と熱帯の空気の間の大きな温度差によって、ハドレー循環、フェレル循環、極地循環、ジェット気流という、最も大規模な大気循環が生じます。温帯低気圧などの中緯度の気象システムは、ジェット気流の不安定性によって生じます。地球の軸は軌道面（黄道と呼ばれる）に対して傾いているため、太陽光は一年の異なる時期に異なる角度で入射します。地球の表面温度は通常、年間 ±40 °C（-40 °F ～ 104 °F）の範囲です。数千年にわたって、地球の軌道の変化は、地球が受け取る太陽エネルギーの量と分布に影響を与え、長期的な気候と地球規模の気候変動に影響を及ぼします。
地表温度の差は、圧力差を引き起こします。大気の加熱のほとんどは地球表面との接触によるものですが、宇宙への放射損失はほぼ一定であるため、高度が高いほど低くなります。天気予報は、将来の時間と特定の場所の大気の状態を予測するための科学技術の応用です。地球の気象システムは混沌としたシステムです。そのため、システムの一部に小さな変化が生じると、システム全体に大きな影響を及ぼす可能性があります。人類は歴史を通じて気象を制御しようと試みており、農業や産業などの 人間の活動が気象パターンを変えてきたという証拠があります。
他の惑星の天候の仕組みを研究することは、地球の天候の仕組みを理解するのに役立っています。太陽系の有名なランドマークである木星の大赤斑は、少なくとも300年間存在していたことが知られている高気圧性の嵐です。しかし、天候は惑星に限定されません。恒星のコロナは常に宇宙に失われており、太陽系全体に本質的に非常に薄い大気を作り出しています。太陽から放出される質量の動きは、太陽風として知られています。
原因
地球上で一般的な気象現象には、風、雲、雨、雪、霧、砂嵐などがあります。あまり一般的ではない現象には、竜巻、ハリケーン、台風、氷嵐などの自然災害があります。よく知られている気象現象のほとんどは、対流圏（大気圏の下層）で発生します。[3]気象は成層圏でも発生し、対流圏下層の気象に影響を与える可能性がありますが、正確なメカニズムはよくわかっていません。[5]
天候は主に、場所ごとの気圧、気温、湿度の違いによって生じます。これらの違いは、熱帯地方の緯度によって異なる特定の地点における太陽の角度によっても生じます。言い換えれば、熱帯地方から離れるほど太陽の角度は低くなり、太陽光が広い面積に広がるため、その場所は涼しくなります。[6]極地の空気と熱帯の空気の間の大きな温度差により、大規模な大気循環細胞とジェット気流が発生します。[7]中緯度の気象システム、例えば温帯低気圧は、ジェット気流の流れの不安定性によって引き起こされます（圧傾度を参照）。[8]熱帯地方の気象システム、例えばモンスーンや組織化された雷雨システムは、さまざまなプロセスによって引き起こされます。
地球の軸は軌道面に対して傾いているため、太陽光は一年の異なる時期に異なる角度で入射する。6月には北半球が太陽に対して傾いているため、北半球のどの緯度でも、12月よりも太陽光がその場所に直接当たるようになる（太陽の角度が気候に与える影響を参照）。[10]この影響により季節が生じる。数千年から数十万年にわたって、地球の軌道パラメータの変化は、地球が受け取る太陽エネルギーの量と分布に影響を与え、長期的な気候に影響を与える（ミランコビッチサイクルを参照）。[11]
太陽による不均一な加熱（温度と湿度の勾配のゾーンの形成、または前線形成）は、曇りや降水という形で天候自体に起因する場合もあります。[12]標高の高い場所は標高の低い場所よりも一般的に涼しく、これは地表温度が高く、放射加熱によって断熱 減率が生じるためです。[13] [14]状況によっては、気温が実際に高度とともに上昇することもあります。この現象は逆転現象と呼ばれ、山頂が下の谷よりも暖かくなることがあります。逆転現象は霧の形成につながることがあり、雷雨の発達を抑えるキャップとして機能することがよくあります。局所的なスケールでは、異なる表面（海洋、森林、氷床、人工物など）が反射率、粗さ、水分含有量など の物理的特性が異なるために温度差が生じることがあります。
表面温度の差は、今度は圧力差を引き起こします。高温の表面は、その上の空気を温めて膨張させ、密度を下げ、結果として表面気圧を下げます。[15]結果として生じる水平方向の圧力勾配により、空気は高圧領域から低圧領域へと移動して風が発生し、地球の自転により、コリオリの力によってこの気流が偏向します。[16]こうして形成された単純なシステムは、より複雑なシステムやその他の気象現象を生み出す創発的な行動を示すことがあります。大規模な例としてはハドレーセルが挙げられ、小規模な例としては沿岸のそよ風が挙げられます。
大気は混沌としたシステムです。その結果、システムの一部に小さな変化が蓄積され、拡大してシステム全体に大きな影響を及ぼす可能性があります。[17]この大気の不安定性により、天気予報は津波や日食よりも予測が難しくなります。[18]数日以上先の天気を正確に予測することは困難ですが、気象予報士は気象研究と現在の天気予報方法の改良を通じて、この限界を広げようと絶えず取り組んでいます。しかし、約2週間以上先の日々の予測をすることは理論的に不可能であり、予測スキルの向上の可能性には上限があります。 [19]
地球を形作る
天候は地球を形成する基本的なプロセスの一つです。風化のプロセスは岩石や土壌を小さな破片に分解し、さらにその構成物質に分解します。[20]雨が降ると、水滴が周囲の空気から二酸化炭素を吸収して溶解します。これにより雨水はわずかに酸性になり、水の浸食特性を助けます。放出された堆積物と化学物質は、その後、自由に化学反応に参加し、表面にさらに影響を与える可能性があります（酸性雨など）、ナトリウムイオンと塩化物イオン（塩）が海に沈着します。堆積物は、時間の経過とともに、地質学的力によって他の岩石や土壌に再形成される可能性があります。このように、天候は表面の浸食に大きな役割を果たします。 [21]
人間への影響
人類学的観点から見ると、天気は世界中のすべての人間が、少なくとも屋外にいる間は、感覚を通して絶えず経験するものである。天気とは何か、天気はなぜ変化するのか、さまざまな状況で天気が人間にどのような影響を与えるのかなどについては、社会的かつ科学的に構築された理解がある。 [22]そのため、天気は人々が頻繁にコミュニケーションをとるものである。国立気象局は、農作物や財産を含む死亡者、負傷者、総損害額に関する年次報告書を持っている。彼らはこのデータを、米国の50州、プエルトリコ、グアム、バージン諸島にある国立気象局の事務所から収集している。2019年の時点で、竜巻は42人の死者を出し、農作物や財産への損害は30億ドルを超え、人間に最も大きな影響を与えている。[23]
人口への影響
人類の歴史において、天候は大きな、時には直接的な役割を果たしてきた。人口の緩やかな移動を引き起こした気候変動（例えば中東の砂漠化や氷河期の陸橋の形成）とは別に、異常気象は小規模な人口移動を引き起こし、歴史上の出来事に直接介入してきた。そのような出来事の1つは、1281年に神風特攻隊が日本をモンゴル艦隊の侵略から救ったことである。[24]フランスのフロリダに対する領有権は、1565年にハリケーンがフランス艦隊を破壊し、スペインがフォート・キャロラインを占領したことにより終焉した。[25]より最近では、ハリケーン・カトリーナが100万人以上の人々をメキシコ湾岸中部から米国各地に再分配し、米国史上最大の移民となった。 [26]
小氷期はヨーロッパで農作物の不作と飢饉を引き起こした。グリンデルワルト変動期（1560-1630）として知られる期間には、火山活動による強制現象[27]がより極端な気象現象をもたらしたようである。[28]これらには干ばつ、嵐、季節外れの吹雪が含まれ、スイスのグリンデルワルト氷河の拡大も引き起こした。1690年代にはフランスで中世以来最悪の飢饉が見られた。フィンランドは1696-1697年に深刻な飢饉に見舞われ、フィンランドの人口の約3分の1が死亡した。[29]
予測
天気予報は、将来の特定の場所の大気の状態を予測するための科学技術の応用です。人類は数千年にわたって非公式に天気を予測しようと試みてきましたが、少なくとも19世紀以降は正式に予測するようになりました。 [30]天気予報は、現在の大気の状態に関する定量的なデータを収集し、大気のプロセスに関する科学的理解を利用して大気がどのように変化するかを予測することによって行われます。[31]
かつては気圧の変化、現在の気象状況、空の状態に基づいて人間が行っていた予報モデルが、現在では将来の状況を判断するために使用されています。一方、予報のベースとなる最適な予報モデルを選択するには、パターン認識スキル、テレコネクション、モデルのパフォーマンスに関する知識、モデルバイアスに関する知識など、多くの分野が関係する人間の入力が依然として必要 です。
大気の混沌とした性質、大気を記述する方程式を解くために必要な膨大な計算能力、初期条件の測定に伴う誤差、大気過程の不完全な理解により、現在時刻と予報対象時刻の差（予報範囲）が大きくなるにつれて予報の精度は低下する。アンサンブルとモデルコンセンサスの使用は、誤差を狭め、最も可能性の高い結果を選択するのに役立つ。[34] [35] [36]
天気予報の最終利用者は多岐にわたります。気象警報は生命と財産を守るために使われるため、重要な予報です。[37] [38]気温と降水量に基づく予報は農業にとって重要であり、[39] [40] [41] [42]そのため株式市場の商品トレーダーにとっても重要です。気温予報は電力会社が今後数日間の需要を予測するために使われます。[43] [44] [45]
地域によっては、天気予報を参考にして、その日に何を着るか決める人もいます。大雨、雪、風の冷え込みにより屋外での活動は大幅に制限されるため、予報を参考にして、こうした事態を想定した活動を計画し、事前に対応策を講じることができます。
熱帯地方の天気予報は、高緯度地方の天気予報とは異なります。熱帯地方は高緯度地方よりも太陽の光が直接当たるため（少なくとも年間平均では）、熱帯地方は温暖です（Stevens 2011）。また、鉛直方向（地球の表面に立って上に向かう方向）は赤道では地球の自転軸と垂直ですが、極では自転軸と鉛直方向は同じです。このため、地球の自転は低緯度地方よりも高緯度地方で大気循環に強く影響します。この 2 つの要因により、熱帯地方の雲や暴風雨は、高緯度地方の雲や暴風雨よりも自然に発生する可能性があります。高緯度地方では、雲や暴風雨は大気中の大規模な力によってより厳密に制御されます。これらの違いにより、熱帯地方では雲や雨を予測するのが高緯度地方よりも困難です。一方、熱帯地方では気温の変化があまりないため、気温の予測は簡単です。[46]
修正
天候を制御したいという願望は、作物に雨をもたらすことを目的とした古代の儀式から、北ベトナムのモンスーンを延長して補給線を遮断しようとした米軍のポパイ作戦まで、人類の歴史を通じて明らかです。天候に影響を与える最も成功した試みは、雲の種まきです。これには、主要空港で採用されている霧や低層雲の分散技術、山岳地帯の冬季降水量を増やすために使用される技術、および雹を抑制する技術が含まれます。[47]最近の気象制御の例としては、2008年の中国夏季オリンピックの準備があります。中国は、2008年8月8日のオリンピック開会式に雨を降らせないために、北京市内の21か所から1,104発の散雨ロケットを発射した。北京市気象局長の郭虎氏は、南西部の河北省保定市で100ミリメートルの降雨量、北京市房山区で25ミリメートルの降雨量を記録し、この作戦が成功したことを確認した。[48]
これらの技術の有効性については決定的な証拠はないが、農業や産業などの人間の活動が意図しない気象改変をもたらすという広範な証拠がある。[47]
- 酸性雨は、大気中に排出される二酸化硫黄と窒素酸化物の産業排出によって引き起こされ、淡水湖、植生、構造物に悪影響を及ぼします。
- 人為的な汚染物質は空気の質と視界を低下させます。
- 大気中に温室効果ガスを排出する人間の活動によって引き起こされる気候変動は、干ばつ、極端な気温、洪水、強風、激しい嵐などの異常気象の頻度に影響を及ぼすと予想されています。[49]
- 大都市圏で発生する熱は、1,600キロメートル（990マイル）離れた場所でも、近くの天候に微細な影響を及ぼすことが示されています。[50]
不注意による気象改変の影響は、生態系、天然資源、食料や繊維の生産、経済発展、人間の健康など、文明の多くの側面に深刻な脅威をもたらす可能性があります。[51]
マイクロスケール気象学
ミクロスケール気象学は、メソスケールよりも小さい、約1 km以下の短命な大気現象を研究する学問である。気象学のこの2つの分野は、「メソスケール気象学とミクロスケール気象学」(MMM) としてグループ化されることもあり、総観スケールよりも小さいすべての現象を研究する。つまり、天気図に描くには一般に小さすぎる現象を研究する。これには、小さくて通常は一瞬で消える雲の「パフ」やその他の小さな雲の特徴が含まれる。[52]
地球上の極限
地球上の気温は通常、年間±40 °C（100 °Fから-40 °F）の範囲です。地球上の気候と緯度の範囲によっては、この範囲を超える極端な気温になることもあります。地球上で記録された最も低い気温は、1983年7月21日に南極のボストーク基地で記録された-89.2 °C（-128.6 °F）です。記録された最も高い気温は、1922年9月13日にリビアのアジジヤで記録された57.7 °C（135.9 °F）ですが、 [54]この数値は疑問視されています。記録された最も高い年間平均気温は、エチオピアのダロルで記録された34.4 °C（93.9 °F）です。[55] [56]
恒久的に人が居住している場所の中で最も低い年間平均気温は、カナダのヌナブト準州のユーレカで、年間平均気温は−19.7℃（−3.5℉）である。[57]
記録上最も風が強かった場所は南極のコモンウェルス湾（ジョージ5世海岸）です。ここでは強風が時速199マイル（320 km/h）に達します。[58]さらに、12か月間で最大の降雪量は米国ワシントン州のレーニア山で発生しました。積雪量は31,102 mm（102.04フィート）と記録されました。[59]
地球外の天気
他の惑星の天候の仕組みを研究することは、地球の天候の仕組みを理解する上で役立つと考えられてきた。[60]他の惑星の天候は地球の天候と同じ物理的原理の多くに従っているが、規模が異なり、大気の化学組成も異なる。タイタンへのカッシーニ・ホイヘンス計画では、メタンまたはエタンから形成された雲が、液体メタンと他の有機化合物からなる雨を降らせていることが発見された。[61]地球の大気には、各半球に3つずつ、計6つの緯度循環帯がある。[62]対照的に、木星の縞模様の外観には、そのような帯が多数あることが示されており、[63]タイタンには北緯50度付近に1つのジェット気流があり、[64]金星には赤道付近に1つのジェット気流がある。[65]
太陽系で最も有名なランドマークの1つである木星の大赤斑は、少なくとも300年間存在していたことが知られている高気圧性の嵐です。 [66]他の巨大惑星では、表面がないため、風が非常に速い場合があります。海王星では、最大600メートル/秒（約2,100 km / hまたは1,300 mph）の突風が測定されています。[67]これは、惑星科学者にパズルを生み出しました。天候は最終的には太陽エネルギーによって作成され、海王星が受け取るエネルギーの量は地球が受け取る量の約1 / 900に過ぎませんが、海王星の気象現象の強度は地球よりはるかに強いです。[68] 2007年現在、最も強い惑星風が発見されているのは太陽系外惑星HD 189733 bで、時速9,600キロメートル（6,000マイル）以上の東風が吹いていると考えられています。[69][アップデート]
宇宙天気
天気は惑星だけに限ったことではない。他の恒星と同様に、太陽のコロナは常に宇宙に失われており、太陽系全体に本質的に非常に薄い大気を形成している。太陽から放出される質量の動きは太陽風として知られている。この風の不一致と、コロナ質量放出などの恒星表面でのより大きな出来事は、従来の気象システム（圧力や風など）に類似した特徴を持つシステムを形成し、一般に宇宙天気として知られている。コロナ質量放出は、太陽系のはるか遠くの土星まで追跡されている。[70]このシステムの活動は、惑星の大気や時には地表に影響を及ぼす可能性がある。太陽風と地球の大気の相互作用は、壮観なオーロラを生み出す可能性があり、[71]電力網や無線信号などの電気的に敏感なシステムに大混乱をもたらす可能性がある。[72]
参照
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外部リンク
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天気に関する引用（Wikiquote）