「木枯一號」是由什麼決定的？
― 天氣圖上的線條變密，北風就開始吹了
晚秋的某一天，新聞報導「木枯一號吹起來了」。其實這背後有明確的條件。而且風有多強，幾乎可以用天氣圖上線條的「間隔」算出來。
十月底。昨天還溫和得不需要外套，早上一走出家門，冷風就迎面撲來。
行道樹的葉子一齊飛起，發出乾澀的聲響在路上滾動。天空藍得出奇，雲飄得飛快。
晚間新聞說：「今天吹起了木枯一號。」為什麼風會在某一天突然變成冬天的風呢？
北風開始吹的原因，只有兩個
秋意漸深，位於日本西北方的大陸會急速變冷。冷空氣很重，會堆積在地面附近，形成氣壓高的區域。另一方面，東邊的海面上，低氣壓則會發展起來。
空氣會從氣壓高的地方被推向氣壓低的地方。天氣圖上的線（等壓線）之間越窄，推的力量就越強。因為地球在自轉，風會被偏向北方吹來。
這兩個條件湊齊的第一天，就是木枯一號。也就是說，木枯一號是在通知我們：「冬天的氣壓型態形成了，而且線條已經夠密的第一天」。
「木枯一號」有明確的條件
木枯一號不是隨便說說的季節用語。在東京，氣象廳大致依下列條件發布：時間在十月中旬到十一月底之間；天氣圖呈現「西高東低」的冬季型態；風向為西北西到北，而且最大風速達到每秒 8 公尺以上。
近畿地區也由大阪的氣象台以類似的條件發布。不過，會判定的只有東京和近畿。有些年份沒有符合條件的日子，直到入冬都沒有發布。
「西高東低」是西邊有高氣壓、東邊有低氣壓的型態。在天氣圖上，等壓線會像直條紋一樣南北排列。這些直條紋之間是寬還是窄，就決定了風的強弱。
風不會從「高」直接吹向「低」
請看圖 1。空氣明明是從左邊的「高」被推向右邊的「低」，箭頭卻是由上往下，也就是由北向南。這是因為地球在自轉。在北半球，移動中的空氣會不斷被偏向前進方向的右側。
在高空，當推的力量與偏轉的力量達到平衡時，風就會沿著等壓線吹。這種風稱為「地轉風」。如果等壓線是直條紋，風就會由北往南吹。
在地面附近，風會因建築物和樹木的摩擦而減弱。這樣一來偏轉的力量也跟著變小，風會稍微斜著吹向「低」的一側。因此，日本冬天的風多半從西北方吹來。
請試著把滑桿往左拉，讓線的間隔變窄。間隔縮小一半，風速就變成兩倍。氣象預報說「等壓線很密，所以風很強」，指的就是這件事。
木枯一號是宣告冬天來臨的風。相反地，冬末從南方吹來的強風，則稱為「春一番」。兩者都捕捉到了天氣圖型態隨季節交替的那一刻。
木枯吹起的日子，東京的天空總是晴朗又乾燥。同一股風渡過日本海時吸收了水氣，在日本海側降下雪或雨。越過山脈、卸下水氣之後的風，才吹落到太平洋側。
總結
木枯一號，是大陸上積聚了冷空氣、形成西高東低型態後，第一天吹起的強勁北風。風的強弱由等壓線的間隔決定，間隔縮小一半，風就變成兩倍。因為地球自轉，風不是從「高」直接吹向「低」，而是從北方吹來。
木枯，是大陸的冷氣流向海上的聲音。
天氣圖的直條紋越密，這個聲音就越大。
同樣的冬季風如何在日本海側製造降雪，請看日本海側為什麼會下很多雪？；讓風偏轉的力量，請看洗澡水的漩渦，在南半球真的會反方向轉嗎？；越過山脈之後風的變化，請看越過山頭的風，為什麼會突然變熱？
- 十月底到十一月之間，每天看氣象預報的天氣圖。數一數日本上空有幾條直條紋的等壓線。
- 同一天，到氣象廳的網站等處，查詢自己居住地區的最大風速。
- 做成表格，確認直條紋越多的日子，風是不是越強。也可以看看條紋數突然增加的那天，是否發布了木枯一號。
天氣圖上的等壓線通常每隔 4 百帕畫一條。條數越多，線的間隔就越窄。
想知道更多的人 ― 術語・公式・與課本的連結從國中理化到大學專業課程，清楚標示每段屬於哪個程度
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「地球科學」學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會教、大學專業課程（大氣動力學、地球流體力學）的內容
- 研究連大學也不當作「定論」來教，目前研究者仍在探討的話題
國中術語：這個現象是有名字的
- 西高東低：西邊是高氣壓、東邊是低氣壓，日本冬季典型的氣壓配置。也稱為冬季型氣壓配置。
- 等壓線：把氣壓相同的地方連起來的線。日本的天氣圖通常每隔 4 百帕畫一條。
- 季風：方向隨季節交替的風。在日本，冬天容易從西北方吹來，夏天容易從東南方吹來。
國中高中用公式驗證：從等壓線的間隔算出風速
假設等壓線每隔 200 公里排列一條，來估算木枯的風速。地點設在東京附近的北緯 35 度。
| 用符號寫 | v ＝ ΔP ÷ ( ρ × f × Δn ) 其中 f ＝ 2 × Ω × sin φ |
| 用文字寫 | 風速 ＝ 等壓線之間的氣壓差 ÷（空氣密度 × 地球自轉的影響 × 等壓線的間隔） |
| 這個公式從哪裡來 | 來自這個條件：推動空氣的「氣壓差的力」，與地球自轉造成偏轉的「轉向力（科氏力）」達到平衡。間隔縮小一半，速度就變成兩倍。 |
| 符號 | 意義與單位 |
|---|---|
| v | 高空的風速（地轉風）。單位是公尺每秒 |
| ΔP | 與相鄰等壓線的氣壓差。單位是帕斯卡 |
| ρ | 空氣密度。單位是公斤每立方公尺 |
| Δn | 等壓線的間隔。單位是公尺 |
| Ω、φ | 地球自轉的速度（弧度每秒），以及該地點的緯度 |
| 等壓線之間的氣壓差（4 百帕） | 400 帕斯卡 |
| 等壓線的間隔 | 200 km（200000 m） |
| 地面附近的空氣密度 | 約 1.2 kg/m³ |
| 地球自轉的速度 Ω | 約 0.0000729 弧度每秒 |
| 北緯 35 度的正弦值 | 約 0.574 |
| 地面風與高空風的比（因摩擦而減弱） | 在陸地上約為一半左右 |
| 自轉速度的 2 倍 | 2 × 0.0000729 ＝ 0.0001458 |
| 乘上緯度項，得到自轉的影響 f | 0.0001458 × 0.574 ≒ 0.0000837 |
| 密度 × f | 1.2 × 0.0000837 ≒ 0.0001004 |
| 再乘上等壓線的間隔 | 0.0001004 × 200000 ≒ 20.1 |
| 高空的風速 v（地轉風） | 400 ÷ 20.1 ≒ 19.9 m/s |
| 地面風（摩擦後約為一半） | 19.9 × 0.5 ≒ 10 m/s |
地面風速約為每秒 10 公尺左右，超過木枯一號的標準每秒 8 公尺。若間隔拉寬到 300 公里，地面風會降到每秒 7 公尺左右，達不到標準。天氣圖上線條的間隔只差 100 公里，就決定了會不會發布。
高中高中＋推的力與偏轉的力之間的平衡
高中在地球科學中會學到作用在空氣上的「氣壓梯度力」與「轉向力（科氏力）」。兩者平衡、沿著等壓線吹的風就是地轉風。在北半球，順著風的前進方向，左手邊是低氣壓。
高中＋在地面附近還要加上「摩擦力」，變成三個力的平衡。風會減弱，並斜著穿過等壓線吹向低氣壓一側。穿過的角度在海面上較小，在起伏多的陸地上較大。
大學地轉風近似與地面附近的邊界層
在大學的大氣動力學中，大尺度的風是用「地轉風近似」來處理。能使用的判斷標準是：相較於自轉的影響，風向的變化很小，也就是「羅士比數」很小。在等壓線彎曲的地方，要加上離心力，改用「梯度風」來考慮。地面附近受摩擦影響的那一層稱為「大氣邊界層」。其中風向隨高度逐漸扭轉的結構，稱為「艾克曼螺旋」。
📖 公式的推導與更進一步的內容：地轉風（維基百科） ／ 科氏力（維基百科）
研究目前還不清楚的事
- 冬季型態開始的時間，為什麼每年都不一樣？ 大陸高氣壓增強的方式，被認為與北極上空的氣流以及熱帶海洋的水溫狀態有關。不過，要提前好幾週預測仍然很困難。
- 暖化會讓木枯一號越來越晚嗎？ 如果大陸的降溫減弱，冬季型態的開始也可能延後。但每年的波動很大，要說出明確的趨勢，紀錄還不夠。
- 城市裡的風，能預測到什麼程度？ 在大樓之間，各處摩擦的影響差異很大。同樣的天氣圖，為什麼不同街道的風力會完全不同，不仔細計算就無法得知。
換句話說，這篇文章的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。地轉風公式在大尺度上很準，但實際的地面風會因地形和建築物而大幅改變。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化二年級「天氣與其變化」「日本的氣象」 | 西高東低・等壓線・季風 |
| 高中 | 地球科學「大氣的運動」 | 氣壓梯度力與轉向力、地轉風 |
| 高中＋ | 地球科學（進階） | 加上摩擦力的地面風 |
| 大學 | 大氣動力學・地球流體力學 | 地轉風近似、羅士比數、艾克曼螺旋 |
| 研究 | 季節預報・氣候變遷・都市氣象 | 冬季型態開始時間的年際波動、都市的風 |
| ― | 與生活的連結 | 從天氣圖直條紋的疏密，推測隔天風有多強 |
- 氣象廳（気象庁）關於「季節現象（木枯一號）」的解說，以及東京管區氣象台（東京管区気象台）與大阪管區氣象台（大阪管区気象台）的發布基準
- Kogarashi（維基百科日文版）
- Geostrophic wind（維基百科日文版）
- 小倉義光《一般氣象學》（『一般気象学』），東京大學出版會（東京大学出版会）
- Holton, J. R. "An Introduction to Dynamic Meteorology", Academic Press
※本文是寫給一般讀者的科學解說。所列數值是為了理解原理的參考值與概算。木枯一號的發布條件依氣象台的運作而定，細節可能有所不同。強風的日子，請確認氣象廳的資訊。