カール＝グスタフ・ロスビーの生涯（5）気象予報への貢献

（このブログは 「気象学と気象予報の発達史 」の一部です )

 

　ロスビー波は、地上の気団や前線などを通して地上の気象にも影響を与えるため、その移動速度などを解析すれば数日先の天気を予測できると考えられた。そのためロスビー波の天気予報への利用が始まった。1930年代までは多くの気象学者たちは1～2日より先の気象を合理的に予測することはできないと考えていたが、ロスビー波を用いた手法は、アメリカの5日予報と1か月予報の理論的根拠となった。1940年にMITで始まった最初の現業運用の長期予報部門は、1941年にはアメリカ気象局内に設立されて、5日予報が週2回定期的に発表されるようになった。

　またロスビーは、MITにおいてイギリスの気象学者ネイピア・ショー（Napier Shaw）が20世紀初めに提唱した温位という概念の利用を提唱した。温位面は等エネルギー面でもあり、断熱下では物質は等温位面に沿って移動する。ロスビーはこの性質を利用して、水蒸気をトレーサーとする等温位面解析図を定期的に作成した。これは水蒸気輸送の解明に貢献し、気象の総観解析の重要な手段となっただけでなく、大気大循環についての重要な情報にもなった [2]。

　さらに、ロスビーは1940年に順圧浅水系における渦管伸縮の考えを使って、「渦位（potential vorticity） 」を定義し、断熱的な流れの下での渦位保存則を示した。

 d/dt((ζ+f)/h)=0

　 ここで(ζ+f)/hが渦位、ζ は相対渦度の鉛直成分、f はコリオリパラメータ、h は大気の厚さとなる。この式は、渦位が保存していると、大気が山などにぶつかって大気の厚さが変わると渦の強さが変わることを意味している。この渦位の考えは、1942年にドイツの気象学者エルテル（Hans Ertel）がより一般的な形で絶対渦度と静力学的安定度の積として定義した。

　渦位は空気塊の保存量として使えるため、それまでの温位や水蒸気量と合わせて等渦位線が大気の流跡線として使われるようになった。一般に成層圏大気は高い渦位を持っているので、成層圏性大気と対流圏性大気の区別に用いられることもある。ただ渦位分布の算出には複雑な計算が必要なため、当時はそれを広域にわたって迅速に計算するのは困難だった。電子コンピュータが発達した現代においては、等渦位線分布図が定期的に作成されて、予報などに使われている。

等温位面(315K)上の渦位分布の例（気象庁 量的予報技術資料  第19号  2014 年より）

 （カール＝グスタフ・ロスビーの生涯（6）戦争時代へとつづく）

 Reference（このシリーズ共通）
[1] Norman Phillips-1998-Carl-Gustaf Rossby: His Times, Personality, and Actions. American Meteorological Society, Bulletin of the American Meteorological Society, 79, 1097-1112.
[2] Horace Byers-1960-Carl-Gustaf arvid Rossby 1898-1957. National Academy of Sciences.