ウインドグラジエント (Wind Gradient)

子供のころ地面を歩き回る蟻を観察したことがあるという人は多いのではないかと思う。そのほとんどが一度は蟻を捕まえて手に持ったこともあるだろう。その頃のことを思い出してほしい。蟻は非常に軽くわずか数mg程度の重量しかない。そんな軽い蟻が冬の強い北風が吹くような状況で歩いていたらどうなるでしょうか?だれか風にあおられて宙を飛んでいる蟻を見たことがありますか?たぶんないでしょう。ではなぜ蟻は風が吹いても飛ばないのか?

答えは蟻の足の先端には蛸のような吸盤がついていて引っ付いているからですね!

もちろん違います。この受け答えは私がまだ大学一年でグライダーを始めたばかりのころ、当時4年生の先輩からの質問に対し、文系の学部に通っている同期の新入部員がしたものを再現させてもらいました!もう20年近く前の話なのに良く覚えていますね…

ウインドグラジエントの影響を受けて地面付近では風速が弱まり、地面に接するところではほぼ風は0であるからが正しい答えです。ではウインドグラジエントとはどのような現象か説明します。

地面に平行に風が流れているとします。風は上空に行くほど強くなりある一定の高度以上ではほぼ一定になります。これは空気と地面の間に粘性による摩擦力が生じるためで、地面と接している非常に薄い空気の層はこの摩擦力によって絶対に動くことはありません。その次の層はほんの少し速度をもつ風が生じ、その次の上の層の空気は下の層よりまた少し早い速度の風が生じるというように、地面から離れるごとに少しずつ摩擦力が弱まることで風速が増していくのです。これをグラフにしてあらわしたものが下の図です。地面から地上数mのところでは上空の半分以下の風速になっていてもおかしくないと考えてください。

windgradient

このような状況でランディングをするとします。対地速度が少なくなるよう風に正対するようにアプローチしますので、右から左に向ってアプローチしているとします。例としてアプローチの速度を標準的な飛行速度である36km/hとしましょう。左のケースは上空の風速が3m/sという穏やかなとき、右のケースは8m/sという基本的には飛んではいけない強風のケースだとします。

地上付近では上空の風速の半分になるので、地上付近の風速は左のケースでは1.5m/s、右では4m/sとなります。10m/sの大気速度で飛んでいますが、対地速度は左のケースは8.5m/s、右のケースは6m/sとなります。このとき風速が急激に減少すると風速の減少分大気速度も瞬間的には減速します。左のケースではなんとか持ちこたえることができますが、右のケースでは失速速度に限りなく近づき、風速がもっと落ちるようだと、あるいはランディングに向けたアプローチ中にブレークコードを多少引いていると失速速度以下まで落ちてしまいます。

もちろんグライダーは安定性があるので、風が弱まり瞬間的に大気速度が減った場合その分対地速度を増して大気速度を維持するように動くのですが、瞬間的に大気速度が遅くなった際に失速速度を下回るようだと、回復する充分な高度を持たないアプローチ中は回復前に地面に墜落ということになるでしょう。

ですから風が比較的強い状況下のランディングに向けたアプローチでは充分に大気速度を維持することが必要で、ニュートラルよりもむしろフルグライドでアプローチしても良いくらいです。風が強いということは対地速度は非常にゆっくりなので、高めのパスで進入し速度を維持することが重要です。

またウインドグラジエントはランディングだけで発生する現象ではなく、建物や山など固体の障害物と近い場所では必ず発生します。ですのでリッジソアリングを楽しんでいる際に余りに山肌ぎりぎりに接近してしまうと同じようと思わず失速につながりかねないので注意が必要です。

ちなみにパラグライダーの場合は翼面が自分の体より高い位置にあるのでウインドグラジエントの影響は比較的小さくなる傾向にあります。ハンググライダーやグライダーのように着陸時に翼面がかなり地面と近づく場合がその分影響は大きくなります。

カテゴリー: | コメントする

雷雲の下にできる怖い下降気流 – ダウンバーストについて

日射で熱せられて暖かくなった空気が上昇することで積雲が発生し、大気が不安定で強い日射を受け、大気の対流活動が非常に活発になると、積雲は積乱雲へと発達していきます。積乱雲となると上昇気流は10m/s以上と非常に強くなるだけでなく、風の水平方向の成分も局地的に積乱雲の中心へとむかうような風になることもあり、特に飛行速度の遅いパラグライダーが積乱雲の風に巻き込まれるとひとたまりもありません。基本的に積乱雲が発達したときには飛ばない、あるいは速やかに降りることが原則となっています。

では積乱雲が発生した際に注意すべきことは強い上昇気流だけかというとそうではありません。積乱雲の中では、飽和した蒸気が水滴あるいは氷粒となって、その上昇気流に持ち上げられたり、自らの自重によって地面に向って落ちようとしたりふらふらと浮いていますが、その最中に少しずつ周りの雨粒や氷粒とくっつき、粒が大きくなると上昇気流では支えられずに最終的に編めとして地上に降ってきます。積乱雲のように強く発達した雲には強い上昇気流が存在しますので、普通の雨と違って雨粒が大きくなるのも特徴ですね。

雨や氷粒が降ってくると、その途中で触れる大気の熱を吸収して温度が上がり氷が溶ける、あるいは雨粒が蒸発するという現象が起きます。その結果大気は冷却され温度が下がることで密度が増し、周囲より重くなる結果下降気流が発生します。この下降気流はやがて地面にぶつかって水平方向へと周囲に広がっていくのですが、この下降気流と地面にぶつかった後に水平に広がる強い気流をダウンバーストと呼びます。このダウンバーストは時に台風並みの風速になり30m/sもの速度を持つ下降気流が発生することがあります。

downburst

30m/sの下降気流となるともはや旅客機でも事故を起こしてしまうような強烈な風で、グライダーのようなスカイスポーツでこのような風に出会おうものなら間違いなく命を失う大事故になると考えていいでしょう。
ダウンバーストときくと下降気流にだけ注目して、雷雲の真下を飛ばなければいいのではと考える人がいるかもしれません。雷雲から離れさえすれば雷に打たれる危険性も、雨に打たれることもさけられるから大丈夫だろうという考えですね。
果たしてこれは正しいのでしょうか?

実はこの考えは危険で、下降気流が地面にぶつかった後に水平方向に広がる風の影響も考えなくてはいけません。水平方向に何十m/sものガストが吹き荒れるのですから、旅客機では着陸態勢(すなわち低高度で失速速度に近い低速での飛行中)に入っていたらウインドシアによる失速などが原因で墜落する恐れがありますが、パラグライダーで飛行していたらそれこそ吹き飛ばされてしまいます。

ダウンバーストによる影響が4km以上に及ぶものをマクロバースト、4km以下のものをマイクロバーストと呼びますので、雷雲から10km以内は非常に危険だと考えていいと思います。よくいわれることとして雷が聞こえる距離は大体雷の中心から14kmぐらい離れたところまでといわれていますので、雷がなっているのを聞いたらそれがまだ遠くにいると分かっていたとしても、すぐに降りるのが正解ですね。ですのでクロスカントリーをしていて遠くのほうで積乱雲が発達しその下に雨が降っているのが見えるけれど、雷鳴は聞こえないということであれば積乱雲に近づかないように注意し、おろす準備もしながら周囲の様子を見ながら飛行を続けるという選択肢はありかもしれません。

ただそんなリスクをとる必要のあるフライトって一生のうち一度あるかないかぐらいでしょうね…

カテゴリー: | タグ: , | コメントする

ボーラ現象とは

フェーン現象は風が山の斜面に沿って駆け上るときと駆け下るときとで、それぞれ空気が湿っている・乾いていると状態が異なるため気温減率も変わることで山を駆け下りてくる風が温かくなるというものでした。斜面にそって風が上昇するとき飽和蒸気まで達しなければ上昇するときも下降するときも乾燥断熱減率で温度は変わるので、このような現象は起きないので、いつでもフェーン現象が起きるわけではなく条件が整ったときにのみ発生します。

でも感覚的には高いところからの風って涼しいようなイメージがありますよね?フェーン現象の理屈を聞いてしまうとむしろ暖かい風なのでイメージと異なります。では涼しい風が吹くというイメージは間違っているのでしょうか?

答えとしては間違っていません。フェーン現象はいつも起きるわけではないし、ほかにも色々な理由があって涼しい風が吹くことが多いです。一つ一つ解説していきましょう。

①そもそもフェーン現象は発生しづらいし体験しづらい
フェーン現象は風が山のふもとから頂上を越えて向こう側へ到達するだけではおきません。もっと大事なことは斜面を登る前にたくさんの水蒸気を含むことが必要です。山を越える前水蒸気の供給があることが必要でその供給源は海です。ですので内陸ではあまり発生せず、海に近いという地理的な条件が必要です。
日本は島国なので日本アルプスを越える風はこの条件を満たしやすいですが、太平洋側-日本アルプス-日本海側と大きな範囲一定方向の風向きとなることがまず少ないです。以前説明した海風の影響で日中は太平洋側では南~東、日本海側では北~西向きの風になりやすく、夜はその逆です。山岳部では入り組んだ地形のため風は舞うことが多いです。

強い冬型の気圧配置のときは太平洋側も海風の影響より気圧の影響のほうがつよいため日本列島全体が北~西からの風になります。日本海側で水蒸気をたくさん蓄えて日本アルプスを越えるときに日本海側に大雪をもたらし、関東平野では乾いた冷たい風が吹くのは皆さんご存知の通りです。
あれっ?でもそうなると関東平野に吹く風はフェーン現象で暖かくなっているはず?そう思うでしょう。

じつは冬の北風のときはフェーン現象はいちおう発生しています。しかし冬場はもともと気温が低いため、フェーン現象による温度上昇は元々の気温の低さに打ち消され体感することはできません。風が強いので例えば0度だったのがフェーン現象で5度に上がったとしても、冷たい風には変わらずむしろ風の影響で体感温度はもっと下がってしまうのです。

フェーン現象はそもそも発生しにくい上、発生しても温度上昇は10度にもなりませんので、なかなか体験しづらいのですね。私がよく覚えているのは春など気温が20度くらいのときにフェーン現象が起きると局地的に夏日や真夏日にもなるので天気のニュースで取り上げられることがありますね。

②山からの吹きおろしは冷たい空気を巻き込むため冷たくなる
フェーン現象の説明では地上付近を吹く風が連続的に流れて山頂を越え再び地上付近に戻ってきます。一般的に日本アルプスのような3000m級の高度では地上付近の気温のように日射によって温度上昇することはありません。湿潤断熱減率は5度/1000mですが、標準的な気温減率は6.5度/1000mですのでこの場合上昇する風が山頂に達するころには周りの大気の温度のほうが冷たくなっています。山からの吹き颪はそういった元々冷たい大気を巻き込んで吹くため、フェーン現象の説明をしたように数学的に求められるような温度上昇より上昇幅は低くなり、ほとんど打ち消されるどころか逆に冷たい大気のほうが勝ってふもとのほうに冷たい風が吹き込むこともあります。

またボーラ現象と呼ばれる風も存在します。ヨーロッパアドリア海にふくアルプスからの北風のことです。アドリア海沿岸は地中海性気候なので温暖な気候です。そこにアルプスからの風が吹き込むので多少フェーン現象で温度上昇が起きたとしても相対的に冷たい地方からの風が吹き込むことになり非常に冷たい風となります。このように風が吹く場所ともともとその風が来た場所とで温度が大幅にちがう時は(特に元の空気が冷たい場合は)山からの吹き颪は非常に冷たいものになります。

このように山からの吹き颪は通常冷たい(あるいは体感的に冷たく感じる)ことが多いです。なので我々が普通感じている山らからの吹き颪は冷たいという感覚は間違っておらずフェーン現象による温度上昇はあくまでも稀に起きる気象現象として理解するのが適切であるといえます。

カテゴリー: | コメントする

フェーン現象とは

山風・谷風の説明をしたので引き続き山に関係するちょっと特殊な風について説明したいと思います。今回ご紹介するのはフェーン現象と呼ばれる現象です。日本でも時折この現象は発生し天気予報やニュースなどでも聞くことがあるので耳にしたことがある人も多いのではないかと思います。

そもそもフェーンとはドイツ語でFöhnと書き、山を越えて平地へ吹き下ろす乾燥した高温の風のことを指します。具体的には語源がドイツであるようにアルプスの北麓に吹きおろす局地風に名づけられたものです。
山を越えて平地へ吹き降ろす高い温度の風は、条件がそろえばアルプスに限らず色々なところで吹くことがあり、日本でも発生します。そこでこのように山を越えて高温の風が吹く現象をフェーン現象と呼ぶようになりました。

ではそのフェーン現象は一体どのような原理で発生するのでしょうか?山から吹きおろすと聞くと、高度の高い、つまにり温度の低いところからやってくる風だから冷たいような気もしてしまいますが、なぜ高温になるのか気になるところです。

日本でのフェーン現象は冬にも夏にも見られますが、冬は西風(日本海から太平洋に向う風)が吹くときに主に関東平野などの太平洋側で見られるのですが、この現象のメカニズムはこのサイトですでにご説明している気温減率が影響しています。(気温減率の説明はこちらからどうぞ)

図の説明をすると左が日本海側、真ん中の山が日本アルプスなどの山々、右側が太平洋側と考えてください。今日本列島上空を西風(あるいは北西の風)が吹いているとします。日本海上空を流れる空気は日本海の海水の蒸気の供給を受け湿った空気になります。

Fhon

湿った空気は日本アルプスにぶつかり斜面に沿って上昇します。このときの気温減率は湿潤断熱減率なので0.5度/100mとなります。日本海側の都市上空A地点で気温が10度だったとすると、3000m級の山脈を越えるときには風の温度は-5度と鳴っています(10 – 0.5 x 30)

すでに水蒸気が飽和している状態なので日本海側では雲が発生し雨が降ります。雨が降った後も風は西から東に向って流れますが、このとき空気に含まれる水蒸気の大半は雨になって地上に降り注いでいるので飽和状態ではない乾燥状態になります。
風は今度は山脈を吹きおろす形になりますが、このときは乾燥断熱減率である1度/100mで温度が変わりますので、地上では25度になります。日本海側では10度と冷たかった空気が、山を越えると25度もの高温になって吹きおろすのです。

このように山を越える前は湿った空気、吹きおろすときは乾燥した空気となることでことなる気温減率にそって断熱変化をするため山から吹きおろす風が温かくなる現象をフェーン現象と呼んでいます。

もちろん現実には山を登る風はA地点ですでに飽和状態に達しているわけではないので、B地点の温度はもう少し低くなり、C地点の温度も低くなるはずなので、蒸気の例のようにA地点とC地点で15度もの温度差が現れることはないです。

日本の夏は太平洋高気圧による南風が吹きますので、太平洋側が湿った空気、日本海側が乾燥した空気になり、図の左右が入れ替わるような説明になります。

もし山を駆け上る空気が飽和状態に達することなく雨が降らなければA地点とC地点の温度は同じになります。フェーン現象の原理だけを考えると山から吹きおろす風は暖かくなることはあれども冷たくなることはありません。では山から吹きおろす風が冷たくなることはないのでしょうか?この点を次回考察したいと思います。

カテゴリー: | コメントする

山風・谷風

パラグライダーやハンググライダーなどは山岳地帯でフライトをすることが多くなるので、平地とは異なる山岳地帯特有の気象を頭に入れておくことが必要になり、その一つが今回お話しする山風谷風です。

簡単に言うと谷風とは日中に山の斜面に日射を浴びて暖かくなった空気が谷底にそって山の斜面を駆け上ることで生じる風で、山風は反対に夜間に冷却された空気が谷底にそって斜面を下ることで生じる風です。
個人的には谷風・山風がどのような現象かはわかっていても、谷風(あるいは山風)が斜面を駆け上るのか下るのかどちらを意味するのかたまに自身をなくすことがあるが、どちらから吹いてくるか名前がそれを示していると覚えることにしている。つまり谷風とは谷間(低いところ)から吹く風だから駆け上る風、山風は上から吹く風だから下る風だと思い出せる。

山風・谷風は斜面で空気が温められる、あるいは冷却することで空気の密度に差が生まれて動くことがそのメカニズムなので、例えば日の出後、日射を浴びて谷風が吹くときは山のふもとから山頂に向う風がいきなり生じるように考えてしまうことがあるが実はそうではなく、もう少し細かい空気の流れが生じることから谷風は始まる。

下の図をつかって説明します。

Valley_breeze

まず斜面が日射を受けて温度が上がると、山頂に向って(上の方向)風が吹くのではなく、横方向の斜面に沿って空気の上昇が始まる。(谷の右側の斜面では右の方向へ)これは斜面の角度がより緩やかな方向にむかって空気が上昇するためである。
尾根を越えるともう斜面はなくなるため、今度は上空に向って上昇を始めるがサーマルが大きく上昇を続けるような温度差(密度差)はついていないため、上昇はまもなくとまる。すると谷間から斜面に沿って空気が移動していたため、全体的に見ると谷間の空気密度が減るため相対的に気圧が下がるため、上昇した空気は谷間にむかって下降する。谷間に下降した空気は再び日射で温められ斜面にそって上昇するというサイクルが続くことになる。このような風の流れを斜面風と呼ぶ。

斜面風が吹きつづけるということは日射で温まった空気が再び谷間で日射に温められるという現象が生じるので、谷間の温度は少しずつ周囲より上昇していくことになる。その結果相対的に平野部よりもより気圧が低くなりやすくなり、山間部の斜面近辺でぐるぐる循環していた空気の流れが少しずつ平野部から山に向かう流れに変わってくる。そして午後になると斜面風の成分はほとんどなくなり、山のふもとから山頂に向かって谷底を沿う風の流れが大半を占めるようになる。

パラグライダーやハンググライダーを楽しむうえではこの谷風はテイクオフ時の向かい風だけでなく、斜面上昇風をも生み出すものであり非常に重要な気象現象といえる。

一方夕方以降日射が弱まり、夜間になると空気は冷えて下降気流となる。この時も谷風と同じように斜面に沿って循環する斜面風からはじまり、最後には山頂からふもとに向かう成分のが大半の山風となる。ただしスカイスポーツは有視界飛行が前提なのでフライト中に山風に出会うことはまずない。
ただ誤解しないでいただきたいのは、日中のフライト中に山風・谷風の原理による山頂からの吹き颪の風に出会うことはほとんどないだろうが、季節風や低気圧などの影響を受けて発生する吹き颪は日中・夜間をとわず条件が整えばいつでも発生する。このようないわゆる颪は斜面に沿って駆け下る山風と同様、フライヤーからしてみるとテイクオフでは背風、フライト中は安定した(かなり強い)シンク帯に遭遇することになるので、このような条件では飛ぶことは避けるべき、あるいはすでに飛んでいるときは早めにおろすことが大事になってくる。

カテゴリー: | コメントする