大気循環とは — 定義と仕組み（ハドレー・フェレル・ポーラーセル、コリオリ力）

大気循環の定義と仕組みをわかりやすく解説。ハドレー・フェレル・ポーラーセルとコリオリ力がもたらす気候パターンを図解で理解。

大気の循環とは、空気の塊が大規模に移動することです。これらのプロセスの主な原動力は、太陽から来る短波の放射による不均一な加熱です。地球表面や大気はその一部を吸収し、残りは宇宙へ再放射されます。地表や大気からの長波放射により熱は放散されますが、同時に赤道付近で蓄えられた熱は空気の運動を通じて高緯度へ輸送されます。こうして、熱エネルギーは地球規模で分配され、気温や降水、風の大きなパターンが作られます。

主要な循環セル（ハドレー・フェレル・ポーラー）

循環の詳細は年や季節によって変わりますが、基本的な気候学的構造として3つのセルがしばしば区別されます。これらは緯度帯ごとに異なる上昇・下降と水平流を伴います。

• ハドレーセル（低緯度）：赤道付近で強い日射により空気が温められて上昇し、上空で高緯度へ移動したのちおよそ30°付近で下降します。下降域は亜熱帯高圧帯になり、乾燥域（砂漠帯）が形成されやすいです。表層では赤道へ向かう流れが生じ、これが貿易風（東向きから西向きに吹く風）になります。
• フェレルセル（中緯度）：およそ30°〜60°の帯域で見られる二次的な循環で、ハドレーセルとポーラーセルの間をつなぎます。フェレルセル自体は完全な熱力学的セルではなく、中緯度では低気圧性の渦（前線や低気圧）が主にエネルギー・運動量を輸送します。この帯域の地表風は偏西風（西から東へ吹く風）が特徴です。
• ポーラーセル（高緯度）：極地域で空気が冷えて沈降し、地表へ向かって流れ、緯度の低い方へ移動して上昇帯で再び上昇します。地表付近の流れは極偏東風（極地方へ向かう東風）の性質を示します。

これらセルの境界付近にはジェット気流（亜熱帯ジェット、極ジェットなど）が発達し、天気の変化や低気圧の軌道に強い影響を与えます。

コリオリ力と風の向き

気塊の移動はコリオリ力の影響を受ける。コリオリ力は地球の自転によって生じる見かけの力で、運動する物体の進行方向を緯度によって右（北半球）または左（南半球）に偏向させます。その結果、単純な南北の流れは偏向して、緯度帯ごとに特徴的な恒常風（貿易風、偏西風、極偏東風など）を生みます。コリオリ力の大きさは緯度と風速に依存するため、高緯度や強風域では偏向が強く現れます。

その他の影響要因と変動性

大気循環は次のような要因でも影響を受けます。

• 海洋との相互作用：海表面温度（SST）の分布は大気循環を変化させ、ENSO（エルニーニョ・南方振動）などの気候変動は全球的な風・降水パターンを大きく変えます。
• 地形と陸地分布：山脈や大陸・海洋の配置は気流を遮り、モンスーンや局地的循環を作ります。
• 潜熱の輸送：水蒸気の凝結で放出される潜熱はハドレー循環などを強める重要なエネルギー源です。
• 季節変動：太陽直射点の移動に伴い、セルや収束帯（ITCZなど）は季節とともに移動します。

まとめ：大気循環は太陽放射による不均一な加熱を原動力として、地球の自転（コリオリ力）、海洋・地形・潜熱など多くの要因と相互作用しながら形成されます。基本的にはハドレー・フェレル・ポーラーの3つのセルと、それに伴う貿易風・偏西風・極偏東風、さらにジェット気流や前線活動を通じて熱と運動量を地球規模で再配分しています。これが世界の気候や天気を決める大きな枠組みです。

質問と回答

Q:大気循環とは何ですか?

Q: 大気循環の起源は何ですか?

Q: 太陽の短波放射はどうなるのですか?

Q: 地球に吸収されなかったエネルギーはどうなるのですか?

Q: 熱エネルギーはどのように地表に分布しているのですか?

Q: 大気の循環にはいくつの細胞がありますか?

Q: コリオリの力とは何ですか?

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