「木枯らし1号」は、何が決めているの？
― 天気図の線が混み合うと、北風が吹き出します
晩秋のある日、ニュースが「木枯らし1号が吹きました」と伝えます。じつはこれには、はっきりした条件があります。そして風の強さは、天気図に引かれた線の「すき間」で、ほぼ計算できてしまいます。
10月の終わり。昨日までは上着がいらないほど穏やかだったのに、朝、玄関を出たとたん冷たい風が顔に当たります。
街路樹の葉がいっせいに舞い上がり、乾いた音を立てて道を転がっていきます。空は妙に青く、雲がすごい速さで流れています。
夜のニュースで「今日、木枯らし1号が吹きました」と聞きます。なぜ、ある日を境に急に冬の風に変わるのでしょうか。
北風が吹き出す理由は、2つだけ
秋が深まると、日本の北西にある大陸は急に冷えます。冷えた空気は重く、地面近くに積み重なって気圧の高い場所をつくります。いっぽう東の海の上では、低気圧が発達します。
空気は気圧の高いほうから低いほうへ押し出されます。天気図の線（等圧線）の間がせまいほど、押す力は強くなります。地球が回っているので、風は北寄りに曲げられます。
この2つがそろった最初の日が、木枯らし1号です。つまり木枯らし1号は、「冬の気圧の形ができ、しかも線が十分に混み合った最初の日」の知らせなのです。
「木枯らし1号」には、はっきりした条件がある
木枯らし1号は、なんとなくの季節の言葉ではありません。東京では気象庁が、おおむね次の条件で発表するとされています。時期は10月半ばから11月末まで。天気図が「西高東低」の冬の形になること。そして西北西から北の風で、最大風速が秒速8メートル以上になることです。
近畿でも、大阪の気象台が似た条件で発表しています。ただし決めているのは東京と近畿だけです。条件を満たす日がなく、発表されないまま冬になる年もあるとされています。
「西高東低」は、西に高気圧、東に低気圧がある形です。天気図では、等圧線が南北に縦じまのように並びます。この縦じまの間が広いか、せまいか。それが風の強さを決めます。
風は「高」から「低」へまっすぐ吹かない
図1を見てください。空気は左の「高」から右の「低」へ押されているのに、矢印は上から下、つまり北から南へ向いています。これは地球が回っているためです。北半球では、動く空気は進む向きの右へ曲げられ続けます。
上空では、押す力と曲げる力がつり合ったところで、風は等圧線に沿って吹くようになります。この風を「地衡風（ちこうふう）」と呼びます。等圧線が縦じまなら、風は北から南へ吹きます。
地面の近くでは、建物や木との摩擦で風が弱まります。すると曲げる力も弱まり、風は少しだけ「低」の側へ斜めに吹き込みます。こうして、日本の冬の風は北西から吹くことが多くなります。
つまみを左へ動かして、線の間隔をせまくしてみてください。間隔が半分になると、風の速さは2倍になります。天気予報で「等圧線が混んでいるので風が強い」と言うのは、このことです。
木枯らし1号は、冬の入り口を知らせる風です。反対に、冬の終わりに南から吹く強い風が「春一番」です。どちらも、天気図の形が季節ごとに入れかわる瞬間をとらえた知らせといえます。
木枯らしが吹く日、東京の空はよく晴れて乾いています。同じ風は、日本海を渡るときに水分をもらい、日本海側に雪や雨を降らせます。山を越えて水分を落としたあとの風が、太平洋側に吹き下りてくるのです。
まとめ
木枯らし1号は、大陸に冷たい空気がたまり、西高東低の形ができた最初の日の強い北風です。風の強さは等圧線の間隔で決まり、間隔が半分なら風は2倍になります。地球の自転のせいで、風は「高」から「低」へまっすぐではなく、北から吹いてきます。
木枯らしは、大陸の冷気が海へ流れ出す音。
天気図の縦じまが混むほど、その音は大きくなります。
同じ冬の風が日本海側で雪をつくるしくみは日本海側は、なぜ雪がたくさん降るの？で、風を曲げる力についてはお風呂の渦は、南半球では逆回りになるって本当？で、山を越えた風の変化は山を越えてきた風は、なぜ急に暑くなるの？で解説しています。
- 10月の終わりから11月にかけて、天気予報の天気図を毎日見ます。日本の上に、縦じまの等圧線が何本かかっているかを数えます。
- 同じ日の、自分の住む地域の最大風速を、気象庁のホームページなどで調べます。
- 縦じまの本数が多い日ほど、風が強かったかを表にして確かめます。本数が急に増えた日に、木枯らし1号が発表されていないかも見てみましょう。
天気図の等圧線はふつう4ヘクトパスカルごとに引かれています。本数が多いほど、線の間隔はせまくなっています。
もっと知りたい人へ ― 用語・数式・教科書とのつながり中学理科から大学の専門科目まで、どのレベルの話かを明示しています
- 中学中学校の理科で習う範囲
- 高校高校の「地学基礎・地学」で習う範囲
- 高校＋高校の発展、または教科書のコラム扱いの内容
- 大学高校では習わない、大学の専門科目（気象力学・地球流体力学）の内容
- 研究大学でも「定説」として教わらない、いま研究者が調べている最中の話
中学用語：この現象には名前があります
- 西高東低（せいこうとうてい）：西に高気圧、東に低気圧がある、日本の冬の典型的な気圧配置。冬型の気圧配置ともいいます。
- 等圧線：気圧が同じ場所を結んだ線。日本の天気図ではふつう4ヘクトパスカルごとに引かれます。
- 季節風：季節によって向きが入れかわる風。日本では冬に北西、夏に南東から吹きやすくなります。
中学高校式で確かめる：等圧線の間隔から、風の速さを出す
等圧線が200キロメートルおきに並んでいるとして、木枯らしの風の速さを見積もります。場所は東京あたりの北緯35度とします。
| 記号で書くと | v ＝ ΔP ÷ ( ρ × f × Δn ) ただし f ＝ 2 × Ω × sin φ |
| 言葉で書くと | 風の速さ ＝ 等圧線どうしの気圧の差 ÷（空気の密度 × 地球の回転の効き目 × 等圧線の間隔） |
| どこから来る式か | 空気を押す「気圧の差の力」と、地球の自転で曲げる「転向力（コリオリの力）」がつり合う、という条件から出ます。間隔が半分なら速さは2倍です。 |
| 記号 | 意味と単位 |
|---|---|
| v | 上空の風の速さ（地衡風）。単位はメートル毎秒 |
| ΔP | となりの等圧線との気圧の差。単位はパスカル |
| ρ | 空気の密度。単位はキログラム毎立方メートル |
| Δn | 等圧線の間隔。単位はメートル |
| Ω、φ | 地球の自転の速さ（ラジアン毎秒）と、その場所の緯度 |
| 等圧線どうしの気圧の差（4ヘクトパスカル） | 400 パスカル |
| 等圧線の間隔 | 200 km（200000 m） |
| 地面近くの空気の密度 | およそ 1.2 kg/m³ |
| 地球の自転の速さ Ω | およそ 0.0000729 ラジアン毎秒 |
| 北緯35度の正弦の値 | およそ 0.574 |
| 地上の風と上空の風の比（摩擦で弱まる） | 陸上ではおよそ半分前後とされます |
| 自転の速さの2倍 | 2 × 0.0000729 ＝ 0.0001458 |
| 緯度をかけて、回転の効き目 f | 0.0001458 × 0.574 ≒ 0.0000837 |
| 密度 × f | 1.2 × 0.0000837 ≒ 0.0001004 |
| さらに等圧線の間隔をかける | 0.0001004 × 200000 ≒ 20.1 |
| 上空の風の速さ v（地衡風） | 400 ÷ 20.1 ≒ 19.9 m/s |
| 地上の風（摩擦でおよそ半分） | 19.9 × 0.5 ≒ 10 m/s |
地上で秒速10メートル前後。木枯らし1号の目安の秒速8メートルを超えます。間隔が300キロメートルに広がると、地上の風は秒速7メートルほどに下がり、目安に届きません。天気図の線のすき間が、わずか100キロメートル変わるだけで、発表されるかどうかが分かれるのです。
高校高校＋押す力と曲げる力のつり合い
高校地学では、空気にはたらく「気圧傾度力」と「転向力（コリオリの力）」を習います。2つがつり合って等圧線に沿って吹く風が地衡風です。北半球では、風の進む向きに対して左手側が低気圧になります。
高校＋地上近くでは「摩擦力」が加わり、3つの力のつり合いになります。風は弱まり、等圧線を斜めに横切って低気圧の側へ吹き込みます。横切る角度は、海の上では小さく、でこぼこの多い陸の上では大きいとされます。
大学地衡風近似と、地面近くの境界層
大学の気象力学では、大きな規模の風を「地衡風近似」で扱います。これが使える目安は、回転の効き目に比べて風の向きの変化が小さいこと、つまり「ロスビー数」が小さいことです。等圧線が曲がっている場所では、遠心力を加えた「傾度風」で考えます。地面近くの摩擦が効く層は「大気境界層」と呼ばれます。その中で風向きが高さとともにねじれていく構造は「エクマンらせん」として知られています。
📖 式の導出や、さらに先の内容：地衡風（ウィキペディア） ／ コリオリの力（ウィキペディア）
研究まだはっきりとはわかっていないこと
- 冬型が始まる時期は、なぜ年によってずれるのか。 大陸の高気圧の強まり方には、北極の上空の流れや、熱帯の海の水温の状態が関わると考えられています。ただし、何週間も前から当てるのはまだ難しいとされます。
- 温暖化で、木枯らし1号は遅れていくのか。 大陸の冷え込みが弱まれば、冬型の始まりも遅れる可能性があります。一方で年ごとの揺れが大きく、はっきりした傾向を言うにはまだ記録が足りないとされます。
- 都市の中の風は、どこまで予測できるのか。 ビルの間では、摩擦の効き方が場所ごとに大きく違います。同じ天気図でも、通りによって風の強さがまったく違う理由は、細かく計算しないと分かりません。
つまりこの記事の内容も、「いまわかっている範囲での説明」です。地衡風の式は大きな規模ではよく当たりますが、実際の地上の風は地形や建物で大きく変わります。
教科書とのつながり（レベル別）
| レベル | 科目・単元 | この記事のどこ |
|---|---|---|
| 中学 | 理科2年「天気とその変化」「日本の気象」 | 西高東低・等圧線・季節風 |
| 高校 | 地学基礎・地学「大気の運動」 | 気圧傾度力と転向力、地衡風 |
| 高校＋ | 地学（発展） | 摩擦力が加わった地上の風 |
| 大学 | 気象力学・地球流体力学 | 地衡風近似、ロスビー数、エクマンらせん |
| 研究 | 季節予報・気候変動・都市気象 | 冬型の始まりの年ごとの揺れ、都市の風 |
| ― | 生活とのつながり | 天気図の縦じまの混み具合で、翌日の風の強さを見当づける |
- 気象庁「季節現象（木枯らし1号）」に関する解説、および東京管区気象台・大阪管区気象台の発表基準
- 木枯らし（ウィキペディア）
- 地衡風（ウィキペディア）
- 小倉義光『一般気象学』東京大学出版会
- Holton, J. R. "An Introduction to Dynamic Meteorology", Academic Press
※本記事は一般向けの科学解説です。掲載した数値は、しくみを理解するための目安・概算です。木枯らし1号の発表条件は気象台の運用により、細部が異なる場合があります。強風の日は気象庁の情報を確認してください。