三重大学・大学院生物資源学研究科 共生環境学専攻 地球環境気候学研究室 教授 立花義裕 温位を直感的に理解する 三重大学・大学院生物資源学研究科 共生環境学専攻 地球環境気候学研究室 教授 立花義裕
大気の安定・中立・不安定
戻りもしなければ、それ以上動きもしない。 “バランスする“という表現には穴がある バランス・・・ 不安定 山の頂上のボールを動かすと 斜面を落ちていきつづける 中立 安定 平らな地面の上のボールは動かしても 戻りもしなければ、それ以上動きもしない。 谷底のボールは、動かしても 元の場所に戻ってくる
いま、上昇による断熱膨張による冷却・下降による断熱圧縮による昇温 では、実際の大気を考えてみよう 冷たい 暖かい 空気の入った風船を動かしてみる いま、上昇による断熱膨張による冷却・下降による断熱圧縮による昇温 は考えないこととする。 不安定 安定 上空 地面 W C 上空 地面 W C なにかのきっかけで 上昇した時を考えると なにかのきっかけで 下降した時を考えると C C W W 周囲に比べ密度が 大きいから更に下降 周囲に比べ密度が 小さいからさらに上昇 周囲に比べ密度が 小さいから上昇 周囲に比べ密度が 大きいから下降 C W C W どちらも 元の場所へ戻ろうとする。 どちらも 動いて行き続ける。
安定 p （z） p1 実線のような温度分布をラジオゾンデで観測したとしよう 周りより”冷たい” 風船の方が”重い” “下方”へ移動 乾燥断熱線 ある日の大気の温度減率 T
非常に安定 下記のように温度が上昇する場合 p （z） p1 ある時の 大気の温度分布 周りより”めちゃ冷たい” 乾燥断熱線 風船の方が”めちゃ重い” 乾燥断熱線 “下方”へ速く移動 T
不安定 気温減率がすごく大きいとき p （z） p1 周りより”暖かい” 風船の方が”軽い” さらに“上方”へ移動 ある時の大気の 温度減率 乾燥断熱線 T
中立 p （z） p1 観測された温度分布がたまたま乾燥断熱減率と同じとき 周りと同じ気温 重さ同じ p1に停止 乾燥断熱線 ある時の大気の温度減率 T
“温位”（Potential temperature） とい新概念を用いると, なんと、一発で、大気の安定・不安定 大気の鉛直的安定や不安定は、温度と高さの関係図 だけからは判断するには、常に乾燥断熱減率線と 対比しながら、その傾きが乾燥断熱線よりも大きいか？ 小さいか？ということから判断しないとならない。 これはすこぶる面倒で、直感的に一発では、安定なのか？ 不安定なのかが分からない。 “温位”（Potential temperature） とい新概念を用いると, なんと、一発で、大気の安定・不安定 が直感的に分かってしまう。
温位を用いると・・・ p （z） 不安定 中立 安定 Θ 温位
“温位”を用いて大気の 安定・不安定・中立を考える
安定の場合 Θ T p （z） p （z） p4 p3 p2 p1 乾燥断熱線 1000 （hPa） S4 S3 S2 S1 S0 S0
不安定の場合 Θ T p （z） p （z） 乾燥断熱線 p4 p3 p2 p1 1000 （hPa） S4 S3 S2 S1 S0 S0
（Potential Temperature） のことを”温位”*1と言う 温位を求めてみよう！！ *1温位 （Potential Temperature） 1000hPaまで仮想的に, 断熱移動させた時の温度 （実際に移動はしない） *2上空の空気をp0（1000hPa） まで断熱的に移動させた時の 温度をT0とする ⇒T0を求めたい（T0が温位） （p,T）→（p0, T0）*2 温位を求める式
地球の温位分布 図はJRA25から引用
断熱の場合、大気は異なる温位面に移動は出来ない。（大気は等温位面上のみ移動する）←これは、大気にとってかなりきつい束縛条件です。断熱過程であれば、大気は地球上の３次元空間を勝手に自由に動き回ることができないことを意味します。だから、等温位線を図示すると、いろいろなことが視えてきます。等温位面上に、風などの様々な物理量をプロットしてもいろいろなことが視えてきます。