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風は、惑星の表面に対する空気やその他のガスの自然な動きです。風は、数十分続く雷雨の流れから、地表の加熱によって生成され数時間続く局所的なそよ風、地球上の気候帯間の太陽エネルギーの吸収の違いから生じる地球規模の風まで、さまざまな規模で発生します。大規模な大気循環の2つの主な原因は、赤道と極の間の加熱差と惑星の自転 (コリオリの力) です。熱帯および亜熱帯内では、地形と高原上の低気圧循環がモンスーン循環を駆動する可能性があります。沿岸地域では、海風/陸風サイクルが局所的な風を定義する可能性があり、地形が変化する地域では、山風と谷風が優勢になる可能性があります。
風は一般に、空間規模、風速と風向、風を起こす力、発生する地域、風の影響によって分類されます。風には、速度(風速)、関与するガスの密度、エネルギー含有量または風エネルギーなど、さまざまな定義側面があります。気象学では、風は強さと風が吹く方向によって表現されることがよくあります。方向の慣例では、風がどこから来るかを示します。したがって、「西」または「西風」は西から東に吹き、「北風」は南に吹きます。これは、直感に反する場合があります。短時間の高速風は突風と呼ばれます。中程度の持続時間 (約 1 分) の強風はスコールと呼ばれます。長時間の持続風には、平均的な強さに関連付けられたさまざまな名前があり、たとえば、微風、強風、暴風雨、ハリケーンなどがあります。
宇宙空間では、太陽風は太陽から宇宙空間へと吹き出すガスや荷電粒子の動きであり、惑星風は惑星の大気から宇宙空間へ放出される軽い化学元素のガスです。太陽系の惑星で最も強い風が観測されるのは、海王星と土星です。
人類の文明において、風の概念は神話の中で探求され、歴史上の出来事に影響を与え、輸送と戦争の範囲を拡大し、機械作業、電気、娯楽の動力源を提供してきました。風は、地球の海を渡る帆船の航海の動力源です。熱気球は風を利用して短距離を移動し、動力飛行は風を利用して揚力を高め、燃料消費を減らします。さまざまな気象現象によって引き起こされる風のせん断領域は、航空機にとって危険な状況につながる可能性があります。風が強くなると、木や人工の構造物が損傷または破壊される可能性があります。
風は、黄土などの肥沃な土壌の形成や浸食などのさまざまな風成作用を介して地形を形成することがあります。広大な砂漠からの砂塵は、卓越風によって発生源から遠くまで運ばれることがあります。起伏の多い地形によって加速され、砂塵の発生と関連する風は、その地域に大きな影響を与えるため、世界各地で地域名が付けられています。風は山火事の広がりにも影響します。風はさまざまな植物の種子を散布し、それらの植物種や飛翔昆虫や鳥の個体群の生存と分散を可能にします。寒冷な気温と相まって、風は家畜に悪影響を及ぼします。風は動物の食料貯蔵量だけでなく、狩猟や防衛戦略にも影響を及ぼします。
原因
風は気圧の差によって引き起こされ、その主な原因は気温の差です。気圧の差があると、空気は気圧の高いところから低いところへ移動し、さまざまな速度の風が吹きます。自転する惑星では、赤道上を除いて、空気はコリオリの力によっても偏向します。地球全体で、大規模な風のパターン (大気循環) の 2 つの主な推進要因は、赤道と極の間の加熱差 (太陽エネルギーの吸収の差が浮力につながる) と惑星の自転です。熱帯地方の外側と表面の摩擦効果により、大規模な風は地衡平衡に近づく傾向があります。地球の表面近くでは、摩擦により風が通常よりも遅くなります。表面摩擦により、風は低圧領域にさらに内側に吹き込みます。[1] [2]
物理的な力の均衡によって定義される風は、風のプロファイルの分解と分析に使用されます。これらは、大気の運動方程式を簡素化し、水平風の水平および垂直分布について定性的な議論を行うのに役立ちます。地衡風成分は、コリオリの力と圧力勾配力のバランスの結果です。等圧線と平行に流れ、中緯度の大気境界層上の流れに近似します。 [3]熱風は、大気中の 2 つのレベル間の地衡風の差です。水平温度勾配のある大気にのみ存在します。[4]非地衡風成分は、実際の風と地衡風の差であり、時間の経過とともにサイクロンを空気で「満たす」原因となります。[5]勾配風は地衡風に似ていますが、遠心力(または求心加速度) も含まれます。[6]
測定
風向は通常、風の発生する方向で表されます。たとえば、北風は北から南に吹きます。[7] 風見鶏は回転して風向を示します。[8]空港では、吹流しが風向を示し、吊り下げ角度から風速を推定するためにも使用できます。[9]風速は風速計によって測定され、最も一般的には回転カップまたはプロペラを使用します。高い測定周波数が必要な場合（研究用途など）、風は超音波信号の伝播速度または加熱ワイヤの抵抗に対する換気の影響によって測定できます。[10]別のタイプの風速計は、ピトー管を使用します。これは、風にさらされる内管と外管の間の圧力差を利用して動圧を決定し、それを使用して風速を計算します。[11]
持続風速は、世界的に高度 10 メートル (33 フィート) で報告され、10 分間の平均が算出されています。米国は、熱帯低気圧については 1 分間の平均の風速を報告し、[12]気象観測では 2 分間の平均の風速を報告しています。 [13]インドでは通常、3 分間の平均の風速が報告されています。[14]風のサンプリング平均を知っておくことは重要です。1 分間の持続風の値は通常、10 分間の持続風よりも 14% 大きいためです。[15]高速の風が短時間に突発することを突風と呼びます。突風の技術的な定義の 1 つは、「10 分間の時間間隔で測定された最低風速を数秒間 10 ノット (19 km/h、12 mph) 超える最大値」です。スコールとは、風速が特定の閾値を超えて増加し、1 分以上続くことです。
上空の風を判断するために、ラジオゾンデはGPS、無線航法、またはプローブのレーダー追跡によって風速を測定します。 [16]あるいは、親気象気球の位置の動きは、セオドライトを使用して地上から視覚的に追跡できます。[17]風の リモートセンシング技術には、浮遊するエアロゾルまたは分子で散乱または反射された電磁放射のドップラーシフトを測定できるSODAR、ドップラー ライダー、レーダーがあり、放射計とレーダーを使用して宇宙または飛行機から海洋の表面粗さを測定できます。海洋の粗さを使用して、海洋上の海面近くの風速を推定できます。静止衛星画像を使用して、雲が1つの画像から次の画像にどれだけ移動するかに基づいて雲頂の風を推定できます。風工学は、建物、橋、その他の人工物を含む構築された環境への風の影響の研究を指します。
モデル
モデルは、気流に関する空間的および時間的な情報を提供します。空間情報は、さまざまな測定ステーションからのデータの補間によって取得でき、水平データの計算が可能になります。または、対数風プロファイルなどのプロファイルを利用して、垂直情報を導き出すこともできます。
時間情報は通常、数値気象予測モデル内のナビエ・ストークス方程式を解くことによって計算され、大循環モデルの地球規模のデータまたは特定の地域データを生成します。風場の計算は、放射差、地球の自転、摩擦などの要因によって影響を受けます。[18]ナビエ・ストークス方程式を解くのは時間のかかる数値プロセスですが、機械学習技術は計算時間を短縮するのに役立ちます。[19]
数値気象予測モデルは、大気の力学に関する理解を大きく前進させ、天気予報や気候研究に欠かせないツールとなっています。これらのモデルは、空間データと時間データの両方を活用することで、科学者が地球全体および地域の風のパターンを分析および予測することを可能にし、地球の複雑な大気システムを理解するのに役立ちます。
風力スケール
歴史的に、ボーフォート風力階級（ボーフォートにより作成）は、観測された海況に基づいて風速を経験的に説明するものである。元々は13段階（0～12）であったが、1940年代に18段階（0～17）に拡張された。[20]風速の異なる平均風を区別する一般的な用語として、そよ風、強風、嵐、ハリケーンなどがある。ボーフォート風力階級では、強風は28ノット（52 km/h）から55ノット（102 km/h）の間にあり、強風のカテゴリー内で風の強さを区別するために、前置詞として中程度、爽やか、強い、全風などが使用される。[21]嵐は、56ノット（104 km/h）から63ノット（117 km/h）の風である。[22]熱帯低気圧の用語は世界的に地域によって異なります。ほとんどの海域では平均風速を使用して熱帯低気圧のカテゴリーを決定します。以下は、世界中の地域専門気象センターで使用されている分類の概要です。
強化藤田スケール
改良藤田スケール（EFスケール）は、被害から風速を推定し、竜巻の強さを評価する。目に見える被害から完全な破壊まで6段階に分かれている。米国やカナダ、フランスなど一部の国では、若干の修正を加えて使用されている。[24]
ステーションモデル
地上天気図上にプロットされた観測所モデルでは、風向と風速の両方を示すために風向計が使用されています。風向計は、端にある「旗」を使用して風速を示します。
- 旗の各半分には 5 ノット (時速 9.3 km、時速 5.8 マイル) の風が描かれています。
- 各旗には 10 ノット (時速 19 km、時速 12 マイル) の風が描かれています。
- 各ペナント（塗りつぶされた三角形）は50ノット（時速93km、時速58マイル）の風を表しています。[25]
風は、バーブが向いている方向から吹くものとして描かれます。したがって、北東の風は、雲の円から北東に伸びる線で描かれ、この線の北東端に風速を示す旗が立てられます。[26]地図上にプロットすると、等高線（等風速線）の分析が可能になります。等高線は、上層の定気圧図でジェット気流の位置を診断するのに特に役立ち、通常は300 hPaレベル以上にあります。[27]
地球気候学
平均すると、東風が両極を横切る流れのパターンを支配し、西風は亜熱帯高気圧の極方向、地球の中緯度を横切って吹き、東風は再び熱帯地方を支配します。
亜熱帯高気圧の真下には無風帯、または馬緯度があり、そこでは風が弱い。地球上の砂漠の多くは亜熱帯高気圧の平均緯度付近にあり、そこでは下降により気団の相対湿度が下がる。 [28]最も強い風は中緯度で吹き、そこでは冷たい極地の空気と熱帯からの暖かい空気が出会う。
熱帯
貿易風（トレードウィンドとも呼ばれる）は、熱帯地方で地球の赤道に向かって吹く東風の優勢なパターンである。[29]貿易風は、北半球では主に北東から吹き、南半球では南東から吹く。[30]貿易風は、世界中の海洋で発生する熱帯低気圧の方向転換流として機能する。[31]貿易風はまた、アフリカの砂塵を大西洋を越えて西に導き、カリブ海や北米南東部の一部に吹き付ける。[32]
モンスーンとは、熱帯地域で数か月間続く季節的な卓越風である。この用語は、インド、バングラデシュ、パキスタン、および近隣諸国で英語で最初に使用され、南西部のインド洋とアラビア海から吹き、その地域に大雨をもたらす大きな季節風を指した。 [33]モンスーン極方向への進行は、5月から7月にかけてアジア、アフリカ、北米大陸で、12月にはオーストラリアで熱低気圧の発達によって加速される。[34] [35] [36]
偏西風とその影響
偏西風または偏西風は、緯度35度から65度の間の中緯度で卓越する風です。これらの卓越風は西から東に吹き、[37] [38]温帯低気圧をこの一般的な方法で方向付けます。風は主に北半球では南西から、南半球では北西から吹きます。[30]偏西風は、極地の気圧が低い冬に最も強く、極地の気圧が高い夏に最も弱くなります。[39]
偏西風は貿易風とともに、大西洋と太平洋を横断する帆船の往復貿易ルートを可能にした。偏西風は西方強化の過程を通じて両半球の海洋の西側で強い海流の発達をもたらしたからである。[40]これらの西方海流は、亜熱帯の暖かい水を極地に向かって運ぶ。偏西風は特に南半球で強くなることがある。南半球では中緯度に陸地が少なく、流れのパターンが増幅されて風が遅くなるためである。中緯度で最も強い偏西風は、赤道の南緯40度から50度の間の「ロアリング・フォーティーズ」と呼ばれる帯状地帯内にある。 [41]偏西風は、暖かい赤道付近の海水と風を大陸の西海岸に運ぶ重要な役割を果たしており、[42] [43]特に南半球ではその広大な海洋面積ゆえにその役割は大きい。
極東風
極偏東風は、極ハドレーセルとも呼ばれ、北極と南極の極高気圧の高圧域から高緯度の偏西風内の低圧域に向かって吹く乾燥した冷たい卓越風です。偏西風とは異なり、これらの卓越風は東から西に吹き、弱く不規則な場合が多いです。[44]太陽の角度が低いため、冷たい空気が極に蓄積して沈降し、地表の高圧域を形成し、赤道方向への空気の流出を強制します。[45]その流出はコリオリの力によって西に偏向します。
ローカルな考慮事項
海と陸のそよ風
沿岸地域では、海風と陸風がその場所の卓越風の重要な要因となることがある。海は陸に比べて水の比熱が大きいため、太陽による暖めが遅い。陸地の表面温度が上昇すると、陸地は伝導によってその上の空気を温める。暖かい空気は周囲の環境よりも密度が低いため、上昇する。[46]海面気圧が高くなった海上の冷たい空気は、気圧の低い内陸に流れ込み、海岸近くで冷たい風を作り出す。海岸沿いの背景風は、コリオリの力に対する向きによって、海風を強めたり弱めたりすることができる。[47]
夜間は、比熱の違いにより、陸地は海よりも急速に冷える。この温度変化により、日中の海風は消散する。陸上の気温が沖合の気温よりも低くなると、水面上の圧力は陸上の圧力よりも低くなり、陸風がそれに対抗するほど強くない限り、陸風が確立される。[48]
山の近く
高所では、地面の加熱が海抜同じ高度の周囲の空気の加熱を上回り、その地形上に関連した低気圧が形成され、本来存在するはずの低気圧が強化され、[49] [50]その地域の風の循環が変化する。環境の風の流れを著しく妨げる起伏のある地形がある地域では、山と谷の間の風の循環が卓越風に最も大きく寄与する。丘と谷は流れの物理的なブロックとして作用し、地形のすぐ上流の山脈と平行に風を逸らすことで大気と陸地の間の摩擦を増加させ、気流を大幅に歪める。これをバリアジェットと呼ぶ。このバリアジェットは低層の風を45%増加させる可能性がある。[51]風向は地形によっても変化する。[52]
山脈に峠がある場合、風は峠をかなりの速度で通り抜けます。これは、速度と圧力が反比例関係にあることを示すベルヌーイの定理によるものです。風下の平地に向かって、気流は一定距離にわたって乱気流で不安定な状態が続くことがあります。このような状況は、上昇気流や下降気流の飛行機にとって危険です。[52]山の隙間から加速する冷風には地域名が付けられています。中央アメリカでは、パパガヨ風、パナマ風、テワノ風などがその例です。ヨーロッパでは、同様の風がボラ風、トラモンターヌ風、ミストラル風として知られています。これらの風が外洋を吹くと、海洋上層の混合が促進され、冷たく栄養分が豊富な水が表面に上がり、海洋生物が増加します。[53]
山岳地帯では、局所的な気流の歪みが深刻になる。ギザギザの地形が組み合わさって、レンズ雲が上にのるローターなどの予測できない流れのパターンと乱気流が発生する。空気が丘を越え谷を下るにつれて、強い上昇気流、下降気流、渦が発生する。山岳性降水は山の風上側で発生し、山の尾根を横切る大規模な湿った空気の流れ（斜面上昇流とも呼ばれる）の上昇気流によって引き起こされ、断熱冷却と凝結が生じる。比較的一定の風（貿易風など）にさらされる世界の山岳地帯では、風下側よりも風上側の方が通常、より湿った気候が優勢である。湿気は山岳性揚力によって除去され、雨陰が見られる下降し一般的に温暖な風下側に乾燥した空気が残る。[54]
山を越えて低地へ流れ落ちる風は、斜面下りの風として知られている。これらの風は暖かく乾燥している。アルプス山脈の風下にあるヨーロッパでは、フェーンとして知られている。ポーランドの例としては、ハルニー・ウィアトルがある。アルゼンチンでは、斜面下りの風はゾンダと呼ばれている。ジャワ島では、このような風はクエンバンと呼ばれている。ニュージーランドでは、北西アーチとして知られており、長年にわたって芸術作品の題材となってきた雲の形成を伴っている。[55]米国のグレートプレーンズでは、これらの風はチヌークとして知られている。斜面下りの風は、米国のアパラチア山脈の麓でも発生し、[56]他の斜面下りの風と同じくらい強くなることもあり、 [57]他のフェーンの風と比べて、発生源の気団の水分が増加するため、相対湿度が通常ほとんど変化しないという点で珍しい。[58]カリフォルニア州では、下り坂の風が山道を通って流れ込み、その影響が強まります。例としては、サンタアナ風やサンダウナー風が挙げられます。下り坂の風の影響を受けている間の風速は、時速160キロメートル（99マイル）を超えることがあります。[59]
剪断
風せん断は風勾配とも呼ばれ、地球の大気圏内の比較的短い距離における風速と風向の差のことです。[60]風せん断は垂直方向と水平方向の成分に分けられ、水平方向の風せん断は気象前線や海岸付近で見られ、[61]垂直方向の風せん断は典型的には地表付近で見られますが、[62]上層ジェット気流や上空の前線付近の大気圏でも見られます。[63]
風せん断自体は、非常に短い距離で発生するマイクロスケールの気象現象ですが、スコールラインや寒冷前線などのメソスケールまたは総観スケールの気象特性と関連付けられることがあります。雷雨によって引き起こされるマイクロバーストやダウンバーストの近く、[64]気象前線、低層ジェットと呼ばれる局所的に低層の風が強い領域、山の近く、[65]晴天と風が穏やかなために発生する放射逆転、建物、[66]風力タービン、[67]および帆船でよく観測されます。[68]風せん断は、離着陸時の航空機の制御に大きな影響を与え、[69]米国内で多くの死者を出した航空機事故の大きな原因でした。[64]
大気中の音の動きは風のせん断の影響を受け、風のせん断によって波面が曲げられ、通常は聞こえない場所で音が聞こえるようになる。また、その逆も起こる。[70]対流圏内の強い垂直風のせん断は熱帯低気圧の発達を阻害するが、[71]個々の雷雨をより長いライフサイクルに組織化し、その後、激しい天候を引き起こす可能性がある。[72]熱風の概念は、高度による風速の違いが水平温度の違いにどのように依存するかを説明し、ジェット気流の存在を説明する。[73]
文明の中で
宗教
自然の力である風は、多くの文化において、 1人以上の風の神、あるいは超自然の表現として擬人化されることが多かった。ヴァーユは、ヴェーダとヒンズー教の風の神である。[74] [75]ギリシャの風の神には、ボレアース、ノトス、エウロス、ゼピュロスがいる。[75] アイオロスは、さまざまな解釈で4つの風の支配者または管理人であり、暁の女神エオスとの間に4つの風を生み出した夕暮れの神アストライオスとも表現されている。古代ギリシャ人は、アテネの風の塔からもわかるように、風の季節的な変化も観察していた。[75]ウェンティはローマの風の神である。[76]風神は日本の風神であり、神道の最古の神の1人である。伝説によると、風神は世界の創造に立ち会い、最初に袋から風を出して世界の霧を取り除いたとされている。[77]北欧神話では、ニョルズは風の神です。[75]また、ノルズリ、スズリ、アウストリ、ヴェストリという4人のドヴァールガル（北欧のドワーフ）がいます。おそらくユグドラシルの4頭の雄鹿は4つの風を擬人化しており、ギリシャの4人の風の神に相当します。[78]ストリボグは、風、空、空気のスラヴの神の名前です。彼は8方向の風の祖先（祖父）であると言われています。[75]
歴史
「神風」は日本語で、通常は「神の風」と訳され、神からの贈り物だと信じられています。この用語が最初に使用されたのは、1274年と1281年に日本を攻撃したフビライ・ハーンの率いる2つのモンゴル艦隊から日本を救ったと言われている一対の台風または一連の台風の名前として使われたことが知られています。[79] プロテスタントの風は、1588年にスペイン無敵艦隊のイングランド侵攻を阻止した嵐の名前であり、 その際に風が重要な役割を果たしました。 [80]または、 1688年にオレンジ公ウィリアムがイングランドに侵攻することを可能にした好ましい風。 [81]ナポレオンのエジプト遠征中、フランス兵はカムシン風に苦労しました。嵐が「遠くの空に血の跡のように」現れたとき、オスマン帝国軍は避難しましたが、フランス軍は「手遅れになるまで反応せず、目もくらむほどの息苦しい砂塵の壁の中で窒息して気絶しました」。[82]第二次世界大戦の北アフリカ戦線では、「連合軍とドイツ軍は、カムシンによって引き起こされた砂嵐のために戦闘の途中で何度も停止を余儀なくされた...風で舞い上がった砂粒が兵士の目をくらませ、電気的な障害を引き起こしてコンパスを役に立たなくさせた。」[83]
交通機関
帆船にはさまざまな形態があるが、それらすべてに共通する基本的な特徴がある。マグヌス効果を利用する回転翼船を除いて、すべての帆船には船体、索具、そして風力を利用して船を動かす帆を支える少なくとも1本のマストがある。 [84]帆船による海洋航海には何ヶ月もかかることがあり、[85]よくある危険は、風がないため凪になること、[86]または激しい嵐や風によって進路を外され、目的の方向に進めなくなることである。[87]激しい嵐は船の難破や乗組員全員の死につながる可能性がある。[88]帆船は船倉に一定量の物資しか積めないため、真水を含む適切な物資を積むように慎重に長い航海を計画しなければならない。 [89]
空気に対して相対的に飛行する空力航空機の場合、風は対地速度に影響を及ぼし、 [90]空気より軽い乗り物の場合、風はその動きと地上経路に重要な、あるいは単独の役割を果たす。[91]一般的に、地表風の速度は空港での飛行方向を決定する主な要因であり、飛行場の滑走路は、その地域の一般的な風向を考慮して配置されている。特定の状況下では追い風での離陸が必要になることもあるが、一般的には向かい風が望ましい。追い風は離陸に必要な距離を延ばし、上昇勾配を減少させる。[92]
電源
アヌラーダプラやスリランカ周辺の他の都市の古代シンハラ人は、紀元前300年という早い時期にモンスーンの風を利用して炉を動かしていた。炉はモンスーンの風の通り道に建設され、炉内の温度を1,200 °C (2,190 °F) まで上げた。[93]原始的な風車は、紀元1世紀にオルガンを動かすために使われた。 [94]風車はその後、紀元7世紀からアフガニスタンのシスタンで建てられた。これらは垂直軸の風車で、[95]葦のマットや布地で覆われた帆を備えていた。これらの風車はトウモロコシを挽いたり水を汲み上げたりするために使われ、製粉産業やサトウキビ産業で使われた。[96]水平軸風車は1180年代から北西ヨーロッパで小麦粉を挽くために広く使用され、オランダの風車の多くは今でも残っています。
風力発電は現在、再生可能エネルギーの主な供給源の一つであり、技術革新と価格低下に牽引されて急速に利用が拡大している。[97]風力発電の設備容量のほとんどは陸上だが、沖合の風力発電は海岸から離れるほど風速が高く一定しているため、大きな可能性を秘めている。[98]風力エネルギーは空気の運動エネルギーであり、風速の3乗に比例する。ベッツの法則は、風力タービンが抽出できるこのエネルギーの割合の理論的な上限を示しており、約59%である。[99]
レクリエーション
風は、レクリエーション用のハンググライダー、熱気球、凧揚げ、スノーカイト、カイトランドボーディング、カイトサーフィン、パラグライダー、セーリング、ウィンドサーフィンなど、いくつかの人気スポーツで重要な役割を果たしています。 グライダーでは、地表のすぐ上の風の勾配がグライダーの離陸と着陸の飛行段階に影響します。 風の勾配は、ウインチローンチまたはワイヤーローンチとも呼ばれる地上発射に顕著な影響を与える可能性があります。 風の勾配が大きい、突然である、またはその両方の場合に、パイロットが同じピッチ姿勢を維持すると、指示された対気速度が増加し、最大地上発射牽引速度を超える可能性があります。 パイロットは、勾配の影響に対処するために対気速度を調整する必要があります。[100]着陸時には、特に風が強いときに、風のシアも危険です。 グライダーが着陸の最終進入で風の勾配を通って降下すると、対気速度が低下し、沈下率が増加するため、地面に接触する前に加速する時間が十分にありません。パイロットは風の勾配を予測し、それを補うためにより高い進入速度を使用する必要があります。[101]
自然界では
乾燥気候では、侵食の主な原因は風です。[102]一般的な風の循環は、塵などの小さな粒子を発生地点から数千キロ風下の広い海を移動させます。[103]これはデフレとして知られています。地球の中緯度の偏西風は、世界中の海を西から東へ横切る海流の動きを引き起こします。風は、植物やその他の動かない生物が種子、胞子、花粉などを散布するのを助ける上で非常に重要な役割を果たしています。風は植物の種子散布の主な方法ではありませんが、陸上植物のバイオマスの大部分の散布に役立っています。
侵食
侵食は風による物質の移動によって起こることがあります。主な影響は 2 つあります。第 1 に、風によって小さな粒子が持ち上げられ、別の領域に移動します。これはデフレーションと呼ばれます。第 2 に、これらの浮遊粒子が固体に衝突し、摩耗による侵食 (生態学的遷移) を引き起こす可能性があります。風食は一般に植生がほとんどまたはまったくない地域で発生し、植生を支えるのに十分な降雨量がない地域でよく発生します。例としては、ビーチや砂漠での砂丘の形成があります。[ 104]黄土は均質で、典型的には層状ではなく、多孔質で、砕けやすく、わずかに凝集性があり、多くの場合、石灰質で、細粒で、シルト質で、淡黄色または黄褐色の、風で運ばれた (風成)堆積物です。[105]黄土は通常、数百平方キロメートル、数十メートルの厚さの広範囲に広がるブランケット堆積物として発生します。黄土は、急勾配または垂直の面に生えることが多いです。[106]黄土は非常に肥沃な土壌に成長する傾向がある。適切な気候条件下では、黄土のある地域は世界で最も農業生産性の高い地域の一つである。[107]黄土堆積物は本質的に地質学的に不安定であり、非常に容易に侵食される。そのため、農家は黄土の風食を減らすために防風林（大きな木や低木など）を植えることが多い。 [102]
砂漠の砂塵の移動
真夏（北半球では7月）には、北に移動する亜熱帯高気圧の南側を西に移動する貿易風が、カリブ海から北西に広がり、北米南東部に入る。貿易風帯内の高気圧の南端を回るサハラ砂漠の砂塵が陸地を移動すると、降雨量が抑えられ、空は青から白に変わり、赤い夕焼けが増える。砂塵の存在は、浮遊粒子状物質の数を増やすことで空気の質に悪影響を及ぼす。 [108]米国に到達するアフリカの砂塵の50％以上がフロリダに影響を及ぼしている。[109] 1970年以降、アフリカの干ばつ期間のために砂塵の発生が悪化している。カリブ海とフロリダへの砂塵の輸送は年ごとに大きく変動する。[110]砂塵現象は、主に1970年代以降、カリブ海とフロリダのサンゴ礁の健康状態の悪化と関連している。 [111]同様の塵の柱はゴビ砂漠で発生し、汚染物質と混ざって風下、つまり東の北アメリカまで広範囲に拡散します。[103]
砂塵嵐に関連する風には、現地名がある。カリマは南東の風に乗って砂塵をカナリア諸島に運ぶ。[112]ハルマッタンは冬季に砂塵をギニア湾に運ぶ。[113]シロッコは地中海を通る温帯低気圧の動きによって北アフリカから南ヨーロッパに砂塵を運ぶ。[114]春の嵐が東地中海を横切ると、砂塵がエジプトやアラビア半島を横切る。これらは現地ではカムシンと呼ばれる。[115]シャマルは、寒冷前線が数日間にわたって砂塵を大気中に巻き上げることでペルシャ湾諸国に発生する。[116]
植物への影響
風による種子散布、あるいは風媒花は、より原始的な散布方法の1つである。風による散布は、主に2つの形態をとる。種子は風に漂うか、あるいは地面に舞い落ちる。[117]これらの散布メカニズムの典型的な例としては、種子に羽毛状の冠毛が付いていて長距離散布できるタンポポ（キク科、 Taraxacum属）や、種子に羽毛があり地面に舞い落ちるカエデ類（ムクロジ科、Acer 属）が挙げられる。風による散布に対する重要な制約は、発芽に適した場所に種子が着地する可能性を最大化するために、豊富な種子生産が必要であることである。また、この散布メカニズムには強い進化的制約もある。例えば、島嶼部のキク科の種は、本土の同じ種に比べて散布能力が低い（すなわち、種子質量が大きく冠毛が小さい）傾向があった。[118]風による散布は、多くの雑草や原生植物に共通する。風による散布の珍しいメカニズムとしては、タンブルウィードが挙げられる。風媒花と関連したプロセスは、風媒花であり、これは花粉が風によって散布されるプロセスである。大規模な植物群はこの方法で受粉するが、これは優勢な植物種の個体が互いに密集している場合に好ましい。[119]
風もまた樹木の成長を制限する。海岸や孤立した山では、強い風が樹木の成長を阻害するため、樹木限界は内陸部の同高度やより大きく複雑な山岳地帯よりもずっと低いことが多い。強風は、薄い土壌を浸食によって削り取り、[120]枝や小枝を損傷する。強風によって樹木が倒れたり根こそぎにされたりすることを風倒と呼ぶ。これは山の風上斜面で発生する可能性が高く、深刻なケースは一般に樹齢75年以上の樹木に発生する。 [121]シトカスプルースや海ブドウなど、海岸近くの植物種は、[122]風や海岸線近くの塩水噴霧によって刈り込まれる。[ 123]
風は砂による摩耗によって植物にダメージを与えることもあります。強風は砂や表土を巻き上げ、時速 25 マイル (40 km/h) から 40 マイル (64 km/h) の速度で空中に飛ばします。このように風で飛ばされた砂は植物細胞を破壊し、蒸発や干ばつに対して脆弱にするため、植物の苗に大きなダメージを与えます。農業研究局所属の科学者は、実験室で機械式サンドブラストを使用して、風で飛ばされた砂による摩耗が綿の苗に与える影響を研究しました。この研究では、苗が風で飛ばされた砂による摩耗によって生じたダメージに反応し、茎と根の成長から損傷した茎の成長と修復にエネルギーを移行していることが示されました。[124] 4 週間後、苗の成長は再び風で飛ばされた砂による摩耗が発生する前と同じように植物全体で均一になりました。[125]
植物配偶子（種子）の他に、風は植物の天敵にも役立ちます。植物病原体の胞子やその他の繁殖体は、さらに軽く、長距離を移動することができます。[126]いくつかの植物病害は、限界海域[127]や海洋全体を越えて移動することが知られています。[ 128]人間は、風による植物病原体の拡散を防ぐことも、遅らせることもできないため、代わりに予測と改善が必要です。[129]
動物への影響
牛や羊は、風速が時速40キロメートル（25マイル）を超えると、風と寒さの組み合わせによって引き起こされる風冷えの影響を受けやすく、毛や羊毛の覆いが役に立たなくなります。 [130]ペンギンは脂肪層と羽毛の両方を使用して水中と空中の両方で寒さから身を守りますが、ひれや足は寒さにそれほど耐性がありません。南極などの最も寒い気候では、皇帝ペンギンは風と寒さを乗り切るために群がる行動を取り、集まったグループの外側のメンバーを絶えず交代させ、熱の損失を50％削減します。[131]節足動物のサブセットである飛翔昆虫は卓越風に流され、[132]鳥は飛翔または滑空するために風の状態を利用して独自の進路をたどります。[133]そのため、気象レーダー画像内の収束風に関連する細い線パターンは、昆虫の帰還によって支配されています。[134]鳥の渡りは、地球の大気圏の最下層7,000フィート（2,100メートル）内で夜間に発生する傾向があり、気象レーダー、特にWSR-88Dによって収集された風のプロファイルを汚染し、環境風速を15ノット（28km/h）から30ノット（56km/h）増加させます。[135]
ナキウサギは、冬の間、食べ物が吹き飛ばされないように、小石の壁を使って乾燥した植物や草を貯蔵する。[136] ゴキブリは、ヒキガエルなどの潜在的な捕食者の攻撃に先立つ微風を利用して、遭遇した際に生き延びる。ゴキブリの尾骨は風に非常に敏感で、攻撃の半分を生き延びるのに役立っている。[137]ヘラジカは鋭い嗅覚を持ち、0.5マイル（800メートル）離れた風上にいる潜在的な捕食者を感知できる。[138]風速が時速15キロメートル（9.3マイル）を超えると、シラカモメは餌探しや、ハシブトウミガラスへの空中攻撃を増やす合図となる。[139]
関連する損害
強風は、その速度と圧力差の大きさに応じて、被害を引き起こすことが知られています。風圧は、構造物の風上側では正で、風下側では負です。まれに突風が発生すると、設計の悪い吊り橋が揺れることがあります。突風が橋の揺れと同程度の頻度である場合、1940年にタコマナローズ橋で発生したように、橋はより簡単に破壊される可能性があります。 [140]風速が23ノット（43 km / h）程度の低速でも、木の枝が電力線を通るエネルギーの流れを妨げ、停電につながる可能性があります。[141]ハリケーンの強風に耐えられることが保証されている樹木の種類はありませんが、根が浅い樹木は根こそぎ倒れやすく、ユーカリ、ハイビスカス、アボカドなどの脆い樹木は被害を受けやすくなります。[142]ハリケーン並みの強風はトレーラーハウスに甚大な被害をもたらし、基礎のある住宅の構造にもダメージを与え始める。地形からの下り坂の風によるこの強さの風は、窓を割ったり、車の塗装をサンドブラストしたりすることが知られている。[59]風速が135ノット（時速250キロメートル）を超えると、家屋は完全に倒壊し、大型の建物には大きな被害が出る。人工構造物は、風速が175ノット（時速324キロメートル）に達すると完全に破壊される。サファー・シンプソン・スケールと改良藤田スケールは、熱帯低気圧や竜巻に関連する強風による被害から風速を推定し、その逆を行うために設計された。 [143] [144]
オーストラリアのバロー島は、1996年4月10日の熱帯低気圧オリビアの際に408 km/h (253 mph) に達し、最強の突風の記録を保持しており、1934年4月12日の午後にニューハンプシャー州のワシントン山で記録された372 km/h (231 mph) という以前の記録を上回りました。 [145]
山火事の激しさは日中に増します。例えば、くすぶっている薪の燃焼率は、湿度の低下、気温の上昇、風速の増加により、日中は最大 5 倍になります。[146]日中は日光が地面を暖め、空気の流れが丘を上っていき、夜間は土地が冷えるため、空気の流れが丘を下って行きます。山火事はこれらの風に煽られ、丘を越え谷を抜ける空気の流れに沿って進むことがよくあります。[147]米国の山火事対策は、日中の暖かさにより強度が予測どおりに増加するため、午前 10 時から始まる 24 時間の火災日を中心に行われます。[148]
宇宙空間で
太陽風は、その起源が太陽であり、太陽の大気圏から逃れた荷電粒子から構成されるという点で、地球の風とはまったく異なります。太陽風と同様に、惑星風は惑星の大気圏から逃れた軽いガスから構成されています。長期間にわたって、惑星風は惑星の大気圏の構成を根本的に変える可能性があります。
これまでに記録された最も速い風は、IGR J17091-3624ブラックホールの降着円盤から発生した。その速度は時速20,000,000マイル（時速32,000,000キロメートル）で、光速の3％に相当する。[149]
惑星風
惑星の大気圏上部の流体風により、水素などの軽い化学元素は外気圏の下限である外基底まで上昇し、そこでガスは脱出速度に達して、他のガス粒子に影響を与えることなく宇宙空間に放出される。惑星から宇宙へのこのようなガス損失は、惑星風として知られている。[150]地質学的に長い時間をかけてこのようなプロセスが進むと、地球などの水が豊富な惑星は金星のような惑星に進化する。[151]さらに、下層大気がより高温の惑星では、水素の損失速度が加速する可能性がある。[152]
太陽風
太陽風は空気ではなく、太陽の上層大気から毎秒400キロメートル（時速89万マイル）の速度で放出される荷電粒子の流れ（プラズマ）である。 [153]太陽風は主に電子と陽子で構成され、エネルギーは約1 keVである。粒子の流れは、時間の経過とともに温度と速度が変化する。これらの粒子は、コロナの高温のため、太陽の重力から逃れることができるが、[154]十分に理解されていないプロセスを通じて粒子が獲得する高い運動エネルギーによっても逃れることができる。太陽風は、太陽系を取り囲む星間物質の中に巨大な泡である太陽圏を作り出す。 [155]惑星は、太陽風による上層大気の電離を減らすために、大きな磁場を必要とする。[152]太陽風によって引き起こされる他の現象としては、地球上の電力網を停止させる磁気嵐、 [156]オーロラ（オーロラ） [157]常に太陽から遠ざかる方向を向いている彗星のプラズマ尾[158]などがあります。
他の惑星では
金星の雲頂では時速300キロメートル（190マイル）の強風が4～5地球日で惑星を一周する。[159]火星の両極が冬を終えて日光にさらされると、凍った二酸化炭素が昇華 し、時速400キロメートル（250マイル）もの速さで両極を吹き飛ばす強風が発生し、その後、火星の地形全体に大量の塵と水蒸気が運ばれる。[160]火星の他の風は、清掃現象や砂嵐を引き起こした。[161] [162]木星では、帯状ジェット気流で毎秒100メートル（220マイル）の風速が一般的である。[163]土星の風は太陽系で最も速いものの一つである。カッシーニ・ホイヘンスのデータによると、東からの風のピークは毎秒375メートル（840マイル）であった。[164]天王星では、北半球の風速は北緯50度付近で毎秒240メートル（540マイル）にも達する。[165] [166] [167]海王星の雲頂では、卓越風速は赤道沿いで毎秒400メートル（890マイル）、両極で毎秒250メートル（560マイル）に及ぶ。[168]海王星の南緯70度では、高速ジェット気流が毎秒300メートル（670マイル）の速度で移動する。[169]既知の惑星の中で最も速い風は、190光年離れたHD 80606 bにあり、毎秒11,000マイル（5km）以上で吹いている。[170]
参照
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外部リンク
Wikiquoteに風に関する引用があります。
- 世界の地表風の現在の地図