低気圧の風の向き

質問

質問　Ｎｏ２３１７７０１を読ませて頂きました。
何か当たり前みたいに議論が進んでいますが私には引っかかります。
「北半球では地球の自転の影響で進行方向に対して右向きに力が加わり進む方向が曲げられる。この力をコリオリの力という」
これはいいです。右向きに力がかかり方向が曲げられるのですから進行方向が右向きにずれていきます。
これで何故高気圧は右回り、低気圧は左回りなのでしょうか。
低気圧で反時計回りに風が吹き込んでいるときの図を書いてみます。進行方向は左に曲がっているのではないでしょうか。右に曲がるというコリオリの力の説明で左に曲がる現象の説明が出来るのでしょうか。どの解説にもこの様に書いてあります。でも何か議論が抜けているのではないでしょうか。中学生や高校生はこれで納得するのでしょうか。
私が根本的なところで誤解をしているのかもしれません。その点も指摘して頂けたらありがたいと思います。

回答No.1

FMnew7 · ベストアンサー

低気圧の中心に向かって吹き込む風は最初は右にそれますが、中心に近づくほどコリオリの力より低気圧に吸い込まれる力のほうが強くなり左に曲がるようになります。
例えると「？」というような形状です。

お礼

この説明は初めて聞いたものです。明らかに普通の説明とは違います。ちょっとスッキリとした気持ちになりました。でも右にそれていた風が吸い込まれ始めるとなぜ左にそれるように向きを変えるのですか。その力の原因は何ですか。

補足

「？」の形でということをヒントにして次のようなことを考えました。＃２の方の意見も参考にしました。

吸い込み口のあるロート状の斜面でボールを転がした場合を考えます。初速度が０であればまっすぐ中心向きに転がっていきます。反時計回りの方向に初速度を付けて転がすと螺旋を描いて中心に吸い込まれていきます。この場合の吸い込みの力は重力です。
横向きに初速を付ける代わりに進行方向に対して何時も右向きに力が働くとします。中心に向けて始まった運動が右にそれていきます。それと同時に中心向きに吸い込む力も働きます。吸い込む力の方が大きければ重力だけの時に比べて螺旋の巻き方の緩い運動をして吸い込まれていきます。
これで言うと低気圧の渦の巻き方は気圧傾度力によるものが主だということになります。それをコリオリの力が修正しているのです。
「右向きにずらす力が働いて左回りの運動をするという表現だけでは納得できないのが自然だ」ということを改めて納得しました。
有難うございました。

回答No.9

noname#231526

Qを見て、その回答を得たい方のために、整理しておきます。
（１）まず、直線上の等圧線が平行にある状態から考えていきます。
　この状態で、下側を高圧側、上側を低圧側とします。考慮しているのは、気圧傾度による力と、コリオリの力です。風は等圧線に直角に高圧側から低圧側へ向かって吹こうとします（気圧傾度力による）が、コリオリの力により、徐々に（北半球では）右側へと向きを変えていきます。
　条件が整えば、風の向きは等圧線と平行になるまで変わって、そこで釣り合います。（地衡風）
　この図を見ると、風の向きは右側へとカーブしており、高気圧の右巻の風の吹き出しは理解しやすいですが、低気圧の左巻の風の吹き込みは理解しにくいとはたしかに言えます。
　しかし、この図は、下が高圧側、上が低圧側で、風は右に高圧側、左に低圧側を見るように吹くということを表わしていると見れば、低気圧での風向きはこの図からでも理解できるとも言えます。

（２）さらに、上記条件の等圧線が平行という条件だけを変えて、同心円状の等圧線を考え、上記と同様に作図をします。
　そうすると、低気圧では、等圧線を横切りながら中心へと向かっていく左まきの渦状の流れが形成されます。
　（１）→（２）の時に、別の力の存在を仮定する必要はありません。（ただ遠心力を考慮する必要が出てきますが、形状は大きくは変わりません）。
　条件が整えば、風の向きは、等圧線と平行（というか等圧線に沿って同心円状）になるまで変わって、そこで釣り合います（この場合遠心力まで考慮しての釣り合いになりますので地衡風ではなくて傾度風となります）。そうすると、それ以上内側（低圧側）へ風が流れこまなくなります。

　以上です。

回答No.8

FMnew7

いろいろ探してみたら下記のURLをみつけました。

面白いのは、スケールの小さい渦巻きでは北半球でも右回りもおなじくらい発生するということです。

参考URL：

http://www.juen.ac.jp/scien/naka_base/chigaku/kishou07.html

お礼

＃１の方ですね。やりとりを気にしていただいていたようでありがたいです。ＵＲＬ、読ませていただきました。数式は飛ばして読んでいます。「渦は吸い込みの力（気圧傾度力）で決まる。コリオリ力は初期条件に効いてくる」という考えの裏付けをもらったように思います。コリオリ力にはスケールが必要なので小さい渦では右回りも左回りもあるのですね。これに自信がなかったのです。排水口に生じる渦にはコリオリ力は関係がないというのはよく目にしますが竜巻でもそうだというのが分かって嬉しかったです。有難うございました。

回答No.7

noname#231526

「まさか水平に物体を投げた場合の放物運動は重力と物体の水平に動き続けようとする力の合力で決まっているなんて言うのではないでしょうね。その横向きの力がだんだん小さくなっていくので横向きの運動が下向きの運動に変わっていくと考えているのではないでしょうね。」　
　何だか喧嘩をふっかけられているような気がするのは私の気のせいでしょうか(笑)
　放物線運動の場合働いている力は重力加速度だけであって、水平方向は慣性による運動だけですね。慣性力は加速度（力）ではありません。コリオリの力は加速度であって慣性ではないのですが。
　確かにもともとの運動があって加速度が働くと加速度の方向にすぐには向きは変わりませんが、そのうちその加速度の方向へ向きが変わっていくのですが、今考えている空気に働く力は、気圧傾度による力とコリオリの力の合力の方向に働くのであって、コリオリの力は慣性力のように最初に効いて後は働かないのではありません。
　等圧線が平行状態で永遠に続くモデルを考えると、定常状態の、等圧線に対するある角度を持った運動方向になり、それはもちろん、加速度の向きに一致する方向に極限値があるわけです。
　今回説明のためにその極限値のところから向きを説明しているので、最初から既に加速度の方向に一致して空気が動いているとしましたが、これは結果に大きな影響を及ぼすほどの仮定ではないと思います。
　空気に働くのはあくまでいろいろな力（加速度）の合計であり、現在、気圧傾度とコリオリの力とを考えているわけで、その向きの方向に次第に運動の方向が変わるのは当り前です。そしてその向きは等圧線に対してある角度をなすものであり、その等圧線そのものが、低気圧ではどんどん左に曲がっているのですから、加速度の向きそのものが左へ向きを変えるのは当然であって、それはさらに別の力が加わっているのではなくて、等圧線が曲がっているからと考えてというかそういう事実があるだけで十分に説明できてしまうというのが私の指摘です。気圧傾度による加速度とコリオリの力による加速度の合力以外にさらに気圧傾度による加速度をどう加えて考えようというのでしょうか？？　既に出しているもともとの合力と、等圧線が同心円状になっているという条件だけで、だんだん左へと曲がっていくという運動は導き出せるということがご理解いただけないようで残念です。この等圧線の曲率ということに一言もコメントいただいていないのも残念です。
　同心円状の等圧線では、気圧傾度による力の向きは当然、低気圧の中心から真北の部分では、真南向き、低気圧の中心から真西の部分では、真東向き、低気圧の中心から真南の部分では、真北向き、低気圧の真西の部分では真東向きであり、コリオリの力を加えると、それからさらに少し右にずれた向きであることは当然です。この場所による、力の向きの違いは、さらに力が加わっているからではありません。が、その力の向きに空気が曲がっていこうとすると当然渦巻き状になります。
　なお、コリオリの力は地球規模では大きな力で、気圧傾度による力と釣り合うこともあり、そうなると、等圧線と並行に向くこともあり、力の向きと運動の向きとが一致する極限状態ではそれが地衝風といわれている、等圧線と平行な向きの風になります。#3で詳解したURLや他の検索して得られる情報は参照にしていただけていないようでまことに残念です。
　私は既にあなたにご理解いただけることは諦めましたあ、あなた以外の多くの方が後々の参照されると思いますので、あくまで淡々と事実を述べさせていただきました。

補足

「等圧線が同心円状になっているという条件だけで、だんだん左へと曲がっていくという運動は導き出せるということがご理解いただけないようで残念です」

私はロートのモデルを何故出したのでしょうか。等重力面が同心円状です。「働いている力が重力だけでも螺旋運動は実現できる」、「斜めに働く力を想定しなくても螺旋運動は可能である」ということを何度も書いています。なぜこの様なコメントがでてくるのでしょうか。全く読んで貰っていないのでしょうか。

「放物線運動の場合働いている力は重力加速度だけであって、水平方向は慣性による運動だけですね。慣性力は加速度（力）ではありません。コリオリの力は加速度であって慣性ではないのですが。」

やはり慣性と慣性力をごっちゃにしていますね。「水平方向は慣性による運動だけですね。慣性力は加速度（力）ではありません」という文章からそう思います。「コリオリの力は慣性力のように最初に効いて後は働かないのではありません。」の中の慣性力の使い方も同じです。
ここでは「慣性力」を慣性に伴う力としているようです。第一法則の「慣性の法則」という言葉にに引きずられた表現です。

物理で言う慣性力とは座標系の取り替えにより生じる力です。遠心力が慣性力であるという意味においてはコリオリ力も慣性力です。円運動が加速度運動であることから表現の間の整合性を保つために力を補う必要が出てきたのです。（等速度運動をしている座標系の取り替えの場合、力は出てきません。加速度運動をしている系の運動を静止系で表現しようというときには力が出てきます。電車のつり革の傾きの場合はその例です。最近は教科書でも扱わなくなりました。力に対しての誤解を深めるだけだというのが理由です。加速度運動として正面から扱います。静止系に読み直すということは必要ありません。）遠心力、コリオリ力、どちらも回転する球体に張り付いた座標系で見るからその上での運動を説明するために必要になってくる力です。「遠心力」は球の中心から離れるような運動に対して設定されたものです。「コリオリ力」は球面に沿ってずれる運動に対して設定されたものです。どちらも回転系を外から見たらどの様な運動に対応するかが説明できます。
しかし、慣性に対応する力としての「慣性力」という使い方は存在しません。そういう力もありません。

回答No.6

noname#231526

「高気圧も低気圧も気圧勾配が原因で空気が流れを作ります」→そうですこれが大前提です。
「コリオリの力は進行方向を右に変えます」気圧勾配による力は等圧線と垂直で気圧の高い方から低い方へと向く方向です。この力とコリオリの力との【合力】の向きは、等圧線に対して直角ではなくてある角度を持つことになり、その向きは、北半球では、気圧の高い側を右に、気圧に低い側を左にした、等圧線に対する斜めの方向です。
「高気圧は吹き出しの風が右に曲がっています。これはコリオリ力のイメージに合っています」→問題にされていないようなのでとりあえず置いておきますが、これもじつは等圧線の曲率が関係しています。
「でも低気圧は進行方向が左に曲がっています。どちらも気圧勾配とコリオリ力が原因で起こる現象なのになぜこの様に違うのだろうかという疑問でした。コリオリ力だけでしか説明していないのは不足ではないかと思ったからです。」→等圧線に対して上記のような角度を持つ力の向きだけで、同心円状の低気圧に対して作図を書くと、#5で述べたように、左に曲がるカーブが出来上がり、上記【合力】の向きだけで合理的に説明がついてしまいます。ですから、少なくとも左向きにだんだん曲がっていくことについては、上記合力と等圧線が同心円状だというモデルだけで必然的に結論され、説明不足にはなりません。
　というのが#5までの説明です。
　論理が破綻している、については、上記【合力】は気圧勾配による力とコリオリの力の合力ですので、さらにこの力に気圧勾配による力を加えて合力を作るのは、気圧勾配による力を２重に加えていることになるという指摘です。指摘していただけたらありがたいと思います、と書いてあるので指摘しましたが、迷惑でしたか？

補足

何度も書いていますが「運動の方向は力の方向に一致する」という誤解がずっとあるように思います。等圧線に対して合力が斜めになっているから風も等圧線に斜めに吹いていくという立場ですね。そうではないという説明のために重力を例に取ったモデルを出したのですが分かって頂けないようです。「等重力面に大して斜めの運動があるから力も斜めに働いているはずだという考えは成立しない」ということを説明しようとしたのです。放物運動の例もそのために出しました。まさか水平に物体を投げた場合の放物運動は重力と物体の水平に動き続けようとする力の合力で決まっているなんて言うのではないでしょうね。その横向きの力がだんだん小さくなっていくので横向きの運動が下向きの運動に変わっていくと考えているのではないでしょうね。（こういうありもしない力を使った説明がＴＶ等では盛んに出てきます）ここが分かって頂けないのなら話はかみ合いません。重力の元での物体の運動と流体の運動では同じにならないという点があれば話は別です。気圧傾度力に対応するものとして斜面に沿って働く重力を出しました。この対応も成り立たないと言うのであればまた話は別です。でも運動の方向と力の方向とは必ずしも一致しないと言うことは一般的に言うことの出来るものです。「力の方向は加速度の方向であり速度の変わっていく方向を示す。運動の方向は初期条件で決まるのものであり力の向きとは関係がない」というのは運動の基本法則（第二法則）だからです。これも分かって頂けませんか。
私は気圧傾度力を二重に考えるということはやっていません。気圧傾度力とコリオリ力の合力を一旦求めた後でそれにさらに気圧傾度力を加えるなんてことはやっていません。２つの力を合わせて考えないといけない、運動に対する影響の強さは運動の段階によって異なるだろうと言っているのです。渦を巻く運動に関しては初期条件の決定のところではコリオリ力が効いてきます。渦を巻くところでは気圧傾度力の効果が大きいです。
排水口に出来る渦の原因となる力は重力です。どういうメカニズムで渦の向きが決まるのかとは別の問題です。
重力だけだとまっすぐに吸い込まれていくはずだ。渦を巻いていればその方向に別の力が働いているはずだとこの場合も考えますか。
＃１の方の回答に賛成します。

回答No.5

noname#231526

#3&4です。
あ～なるほど、そこのところの説明ですが、等圧線に、ある一定の角度で交わるという条件の下で、同心円状の等圧線に対して作図をすると、まさに、だんだんと強く曲がる「渦巻き」ができます。ですが、作図の仕方からして明白であるように、単に等圧線に対して同じ角度を保った場合自動的にそうなるのであって、説明にそれ以外の要素を必要とはしません。ここのところはぜひご自分で作図されることをおすすめします。
　要するに、同心円状に等圧線がなっている場合には、内側に行くほど等圧線の曲率半径が小さくなるので、それに等角度で交わる線の曲率半径も次第に小さくなり、そのような渦巻き状（左巻ならどんどんと左への角度がきつくなるようにみえる）となるのです。
　気圧勾配は、もともと、「高圧側から低圧側に風が吹く」という前提からこの話が始まっていて、それによって空気が移動しなければそもそもコリオリの力も発生しません。それは前提であって、最初からその元で議論しているのであって、さらに別に新たに気圧勾配の力が働くのでは二重に考慮していることになってしまって議論が破綻しています。
　もっと細かい科学的な検討は先に挙げた#3のURLなどにありますし検索方法も提示しているので、どうぞそちらを先にご覧くださいませ。

補足

元々はもっと素朴な疑問から出発しています。高気圧も低気圧も気圧勾配が原因で空気が流れを作ります。コリオリの力は進行方向を右に変えます。高気圧は吹き出しの風が右に曲がっています。これはコリオリ力のイメージに合っています。でも低気圧は進行方向が左に曲がっています。どちらも気圧勾配とコリオリ力が原因で起こる現象なのになぜこの様に違うのだろうかという疑問でした。コリオリ力だけでしか説明していないのは不足ではないかと思ったからです。私が納得できなかったのと同じように中学生や高校生も納得できないのではないだろうかと思ったのです。いくつかの力が働いているときは現象に対する効果の大きさを比較する必要があります。働きの大きい方だけでは説明できないものがあれば別の力を考えます。その別の力が分かれば改めて両方の力を使って現象全体を説明するのです。新しい力が見つかったからと言って初めの力はもう考えなくてもよいというのではありません。空気中の運動では重力以外に摩擦を考えないといけない場合があります。運動がなければ摩擦は生じません。でも摩擦を考えたらもう重力は考えなくてもよいというのではないはずです。両方の力で改めて運動の全体を表現することを試みます。運動の種類によって摩擦の影響は大きく変わります。
既に気圧傾度力は前提だから改めて考えるの二重に考慮していることになり、議論が破綻しているという意見には全く納得できません。コリオリの力が働いているということを知るために現象を解析するということとその力を考慮に入れて改めて現象の全体を説明するということがごっちゃになっているように思います。
私は＃１の方の回答をヒントにさせて貰ってロート状の斜面のモデルを作りました。そこでの力は重力です。摩擦は考えていませんでしたがそのように考えを広げることも出来るでしょう。（コリオリの力と同様に摩擦も動かなければ生じません。）そこで言いたかったのは「螺旋を描いて吸い込まれていくという運動は重力だけで実現できる。ただ実現するためには初期条件が問題になる。」ということです。最初にどちら向きに転がすかを決めれば後は重力の働きで勝手に螺旋を描いて落ちていくということになります。初速の与え方によって螺旋の巻き方が変わります。でも途中の運動に対して重力以外の力を考える必要はないということを確認したのです。低気圧の場合で言うと「反時計回りの渦を描いて中心に吸い込まれていく運動は気圧傾度力だけで実現できる。他の力はその動きを修正するだけである。ただその初期条件を決めるところにはコリオリの力が大きく効いている。」ということです。「コリオリの力がなければ中心に向かってまっすぐ吹くはずなのにそうでないのはコリオリの力が働いているからだ」ということは運動の最初については言うことが出来ます。でもそれを「運動の全体に対して」言うことは出来ないと私は考えたのです。この場合の「全体」とは中心に向かって螺旋をまいて吹き込んでいる運動のことです。コリオリの力は螺旋の巻き方を少し緩めていると思います。全体の運動を修正しているだけです。でも右回りの渦か左回りの渦かの向きを決めているのはコリオリの力です。これがごっちゃになっているという印象を受けました。

回答No.4

noname#231526

A#3 です。
　単純に考え直して、図を書いてみました。
　これは等圧線がほぼ平行な場合の風の向き（例）です。斜めの矢印が書けないので、単なる斜線になっていますが、左下から右上に吹いています。
　もし右に逸れないのなら、真下から真上に、等圧線に対して直角に風が吹くのですが、（北半球では）右に逸れてしまうので、真下から真上ではなく、左下から右上がりの向きになります。

低気圧側
－－－－－－－－－－－－－－－－（等圧線）
／□□□／□□□／□□□／□□□
□□□／□□□／□□□／□□□／
□□／□□□／□□□／□□□／□
□／□□□／□□□／□□□／□□
／□□□／□□□／□□□／□□□
□□□／□□□／□□□／□□□／
－－－－－－－－－－－－－－－－（等圧線）
高気圧側

　低気圧側の「等圧線」に対する風の向きをよく見てください。

　では、今度は平行な等圧線ではなくて、実際の低気圧の周りのように等圧線を曲げてみます。

低気圧側□□□｜
□□□□□□□｜←これが等圧線
□□□□□□□｜
□□□□□□□｜
□□□□□□／
□□□□□／
□□□□／
□□□／
－－－

　この等圧線に向かって、さっきの風の向きを入れてみます。
低気圧側□□□｜＼
□□□□□□□｜＼＼
□□□□□□□｜＼＼
□□□□□□□｜＼＼
□□□□□□／↑↑↑
□□□□□／↑↑
□□□□／↑↑↑
□□□／↑↑↑
－－－↑↑↑
／／／／／

　等圧線と風向きの線とが同じで見づらいかもしれませんが、低気圧の周りでは、「風向きが右に逸れる」という法則で、反時計回りの渦になっているように見えませんでしょうか？

補足

図を書くのに時間がかかったと思います。有難うございます。
でも書いて頂いた回答は私が＃１，＃２の方の回答に対して書いた補足の内容をふまえていないものです。
ｎｅｋｏｃｈａｒｉ様は等圧線に対して斜めに風が吹いていればコリオリの力が働いたと言うことが出来ると考えておられるようですね。重力の働いている空間で重力の方向に運動していない場合、重力以外の力が働いているはずだと考えますか。放物運動では重力以外の横向きの力が働いているはずだと考えますか。このことに関する議論は高等学校の物理で理解できることのはずです。私は＃１の方の回答に対する補足でロート状の斜面を物体が転がって吸い込まれていくときの運動をモデルとして書きました。初速度０でスタートしたときは重力の方向以外の方向の運動があれば重力以外の力が働いていると言えます。初速度がゼロでないときは重力の方向以外の方向に運動することが重力だけで可能です。
斜面での重力に相当する力が気圧傾度力です。
＃１の方が言っておられるように吸い込みの力（気圧傾度力、ロートの例では斜面に沿っての重力の成分）が反時計回りの渦を作る主の力です。「？」の形というのが分かりやすい例えです。最初に運動の方向をずらすのはコリオリの力ですから反時計回りという方向を決めているのもコリオリの力です。でも渦になると運動の主の力は気圧傾度力だということになります。吸い込み口のない平面を風が吹いているとき、コリオリの力だけで半時計回りの運動を出すことは出来ないはずです。

回答No.3

noname#231526

たしかに考えると？？？な感じがしますね。
　高圧側から低圧側へ向かう流れは、北半球ではコリオリの力により右に逸れ、結局「右手に高圧部、左手に低圧部を見るように」流れる、と言うのが一番直感的な説明になるように思いました。高圧部を中心にぐるりと廻れば時計回り、低圧部を中心にぐるりと廻れば反時計回りになりますね。
　細かい議論は、「地衝風」「傾度風」をキーワードに検索されると説明サイトが見つかると思います。
http://park12.wakwak.com/~mitsufuji/thegeneral/general06/06gradient-wind.html

参考URL：

http://park12.wakwak.com/~mitsufuji/thegeneral/general06/06gradient-wind.html

回答No.2

TTOS

参考URLは中学生向けに作ってあるようです。

風は気圧の高いほうから低いほうに吹きます。
山の高さを表す等高線のように，気圧の高低を表す等圧線が天気図に描かれます。コリオリの力がなければ等圧線に対して垂直に風が吹きますが，実際には北半球では右に，南半球では左にずれます。

台風の中心から真北にある地点で南西の方向に風が吹く場合，風は台風の中心に対して右に曲がって吹いています。

何に対して「右」か「左」かという点で誤解があるように思いますが？

参考URL：

http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/coriolis.html

お礼

私が誤解していた面があることは認めます。
最初に空気の流れが起こるときは予想される運動の向きは中心向きですから右にそれているというのはコリオリの力であるというのは分かります。でもコリオリの力は絶えず働いている力です。その後の運動にも絶えず働いているわけですからその後の運動の向きの変化はコリオリの力だけでは説明できないことになります。＃１の方のおっしゃるように吸い込みの力で（気圧傾度力というようですね）「？」の形になるというのが納得しやすいです。

補足

＃１の方の欄に書いた補足の続きです。
高気圧の場合、コリオリの力で進む方向が右にずれるというのと図とが合っているものだから疑問を持ちませんでした。でも低気圧の場合の議論を当てはめて考えるとやはり気圧傾度力はコリオリの力と打ち消しあう方向に働いています。ただ低気圧に比べて圧力勾配が小さいこと、低気圧の時のように流れが収束することがないということでコリオリの力の影響の方が強く出たのだと思います。
とにかく疑問は解消しました。コリオリの力だけで低気圧の渦巻きを説明している解説は誤りであると考えることにします。誤りとまでは言わなくても議論に飛躍があるということは確かです。高校生は納得しないでただ覚えているのでしょう。