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風が吹くと動く桜の木は約22m/秒(約79km / hまたは49mph)

は、惑星の表面に対する空気または他のガスの自然な動きです。風は、数十分間続く雷雨の流れから、地表の加熱によって生成されて数時間続く局所的なそよ風、地球上の気候帯間の太陽エネルギーの吸収の違いから生じる地球規模の風まで、さまざまな規模で発生します。大規模な大気循環の2つの主な原因は、赤道と極の間の加熱の違いと、惑星の自転(コリオリ効果)です。熱帯および亜熱帯では、地形や高原の熱的低気圧がモンスーンを促進する可能性があります循環。沿岸地域では、海風/陸風のサイクルが局地的な風を定義する可能性があります。地形が変化する地域では、山と谷のそよ風が吹く可能性があります。

風は一般に、それらの空間スケール、それらの速度と方向、それらを引き起こす力、それらが発生する領域、およびそれらの影響によって分類されます。風にはさまざまな側面があります。速度風速); 関与するガスの密度; エネルギー量または風力エネルギー風はまた、種子、昆虫、鳥の重要な輸送手段であり、何千マイルも気流に乗って移動する可能性があります。気象学では、風はその強さや風が吹く方向に応じて呼ばれることがよくあります。高速風の短いバーストは突風と呼ばれます。中程度の強風(約1分)はスコールと呼ばれます長時間の風には、そよ風、強風暴風雨ハリケーンなど、平均的な強さに関連するさまざまな名前があります。宇宙空間では太陽風は太陽から宇宙を通過するガスまたは荷電粒子の移動であり、惑星風惑星の大気から宇宙への軽い化学元素のガス放出です。太陽系の惑星で観測された最も強い風は、海王星土星で発生します。

人類の文明では、風の概念が神話で探求され、歴史の出来事に影響を与え、輸送と戦争の範囲を拡大し、機械的作業、電気、レクリエーションのための動力源を提供してきました。風力は、地球の海を渡る帆船の航海に電力を供給します。熱気球は風を利用して短い旅行をし、動力飛行機はそれを利用して揚力を高め、燃料消費量を削減します。さまざまな気象現象によって引き起こされるウインドシアの領域は、航空機にとって危険な状況につながる可能性があります。風が強くなると、樹木や人工建造物が損傷したり破壊されたりする可能性があります。

風は、黄土などの肥沃な土壌の形成侵食などのさまざまな風成過程を介して、地形を形成する可能性があります。大きな砂漠からの塵は、卓越風によってその発生源地域から遠く離れて移動する可能性があります; 起伏の多い地形によって加速され、粉塵の発生に関連する風は、それらの地域に大きな影響を与えるため、世界のさまざまな地域で地域名が割り当てられています。風も山火事の広がりに影響を与えます。風はさまざまな植物から種子を分散させることができ、それらの植物種の生存と分散、および飛翔する昆虫の個体数を可能にします。寒い気温と組み合わせると、風は家畜に悪影響を及ぼします。風は動物の食料品店だけでなく、狩猟や防御戦略にも影響を及ぼします。

原因

1888年の大ブリザードの表面分析等圧パッキングが大きい領域は、風が強いことを示します。

風は主に気温差による大気圧差によるものです。大気圧の差が存在する場合、空気は高圧領域から低圧領域に移動し、さまざまな速度の風が発生します。回転する惑星では、赤道を除いて、空気もコリオリ効果によって偏向されます。世界的に、大規模な風のパターン(大気循環)の2つの主要な推進要因は、赤道と極の間の加熱の違い(浮力につながる太陽エネルギーの吸収の違い)と惑星の回転です。熱帯の外や地表の摩擦効果から離れると、大規模な風は地衡風のバランスに近づく傾向があります。地球の表面近くでは、摩擦によって風が他の場合よりも遅くなります。表面摩擦はまた、風が低圧領域にさらに内側に吹き込む原因となります。[1] [2]

物理的な力の平衡によって定義される風は、風のプロファイルの分解と分析に使用されます。これらは、大気の運動方程式を単純化し、水平風の水平および垂直分布について定性的な議論を行うのに役立ちます。地衡風成分は、コリオリの力と気圧傾度力のバランスの結果です。同重体と平行に流れ、中緯度の大気境界層の上の流れに近似します。[3]熱風、大気中の2つのレベル間の地衡風差です。水平の雰囲気にのみ存在します温度勾配[4]地衡風成分は、実際の風と地衡風の違いであり、時間の経過とともに空気がサイクロンを「満たす」原因となります。[5]勾配風は地衡風に似ていますが、遠心(または求心加速度)も含まれます。[6]

測定

垂直軸を備えたカップ型風速計、遠隔気象観測所のセンサー
閉塞したメソサイクロン竜巻(オクラホマ、1999年5月)

風向は通常、それが発生する方向で表されます。たとえば、北風が北から南に吹いています。[7] 風向計は、風向を示すために回転します。[8]空港では、吹流しは風向を示し、吊り下げ角度から風速を推定するためにも使用できます。[9]風速は風速計で測定され、最も一般的には回転するカップまたはプロペラを使用します。高い測定周波数が必要な場合(研究アプリケーションなど)、風は超音波信号の伝播速度または加熱されたワイヤーの抵抗に対する換気の影響によって測定できます。[10]別のタイプの風速計は、風にさらされる内管と外管の間の圧力差を利用して動圧を決定し、それを使用して風速を計算するピトー管を使用します。[11]

持続的な風速は、高さ10メートル(33フィート)で世界的に報告されており、10分間の時間枠で平均化されています。米国では、熱帯低気圧の平均風速は1分を超えており[12]、気象観測では平均2分を超えていると報告されています。[13]インドは通常、平均3分以上の風を報告しています。[14] 1分間の持続風の値は、通常、10分間の持続風よりも14%大きいため、風のサンプリング平均を知ることは重要です。[15]高速風の短いバーストは突風と呼ばれ、突風の技術的な定義の1つは、10分間の間に測定された最低風速を10ノット(5 m / s)超える最大値です。数秒間。Aスコールとは、風速が特定のしきい値を超えて増加することで、1分以上続きます。

上空の風を決定するために、rawinsondesは、 GPS電波航法、またはプローブのレーダー追跡によって風速を決定します。[16]あるいは、親の気球の位置の動きは、セオドライトを使用して地面から視覚的に追跡することができます[17] 風のリモートセンシング技術には、 SODARドップラー ライダーレーダーが含まれます。これらは、浮遊エアロゾルで散乱または反射された電磁放射のドップラーシフト測定できます。分子放射計、レーダーを使用して、宇宙や飛行機から海の表面粗さを測定できます。海の粗さは、海の上の海面に近い風速を推定するために使用できます。静止衛星画像を使用して、雲が1つの画像から次の画像に移動する距離に基づいて、雲頂の風を推定できます。風工学は、建物、橋、その他の人工物など、建築環境に対する風の影響の研究について説明しています。

風力階級

歴史的に、ビューフォート風力階級(ビューフォートによって作成された)は、観測された海の状態に基づいた風速の経験的な記述を提供します。元々は13レベル(0〜12)でしたが、1940年代に、スケールは18レベル(0〜17)に拡張されました。[18]そよ風、強風、嵐、ハリケーンなど、平均速度の異なる風を区別する一般的な用語があります。ビューフォート風力階級では、強風は28ノット(52 km / h)から55ノット(102 km / h)の間にあり、強風内の風の強さを区別するために、中程度、新鮮、強い、全体などの形容詞が先行しています。カテゴリー。[19]嵐には、56ノット(104 km / h)から63ノット(117 km / h)の風があります。[20]熱帯低気圧の用語は、地域ごとに世界的に異なります。ほとんどの海盆は、平均風速を使用して熱帯低気圧のカテゴリを決定します。以下は、世界中 の地域特別気象中枢で使用されている分類の要約です。

一般的な風の分類 熱帯低気圧の分類(すべての風は10分間の平均です)
ビューフォート風力階級[18] 10分間の持続風 一般用語[21] Nインド洋
IMD
SWインド洋
MF
オーストラリア地域
南太平洋
BoMBMKGFMSMSNZ
北西太平洋
気象庁
北西太平洋
JTWC
NEパシフィック&
Nアトランティック
NHCCPHC
結び目 km / h
0 <1 <2 落ち着いて 低圧地域 熱帯低気圧 熱帯低
気圧
熱帯低気圧 熱帯低気圧 熱帯低気圧
1 1–3 2–6 軽い空気
2 4–6 7–11 そよ風
3 7〜10 13〜19 そよ風
4 11〜16 20〜30 適度なそよ風
5 17〜21 31〜39 さわやかなそよ風 うつ
6 22〜27 41〜50 そよ風
7 28〜29 52〜54 中程度の強風 深いうつ病 熱帯低気圧
30〜33 56–61
8 34〜40 63〜74 新鮮な強風 サイクロン嵐 中程度の熱帯低気圧 熱帯低気圧(1) 熱帯低気圧 熱帯低気圧 熱帯低気圧
9 41–47 76〜87 強い強風
10 48〜55 89〜102 強風全体 激しいサイクロン嵐 激しい熱帯低気圧 熱帯低気圧(2) 激しい熱帯低気圧
11 56〜63 104〜117
12 64〜72 119〜133 ハリケーン 非常に激しいサイクロン嵐 熱帯低気圧 重度の熱帯低気圧(3) 台風 台風 ハリケーン(1)
13 73〜85 135〜157 ハリケーン(2)
14 86〜89 159〜165 重度の熱帯低気圧(4) 主要なハリケーン(3)
15 90〜99 167〜183 激しい熱帯低気圧
16 100〜106 185〜196 主要なハリケーン(4)
17 107〜114 198–211 重度の熱帯低気圧(5)
115〜119 213〜220 非常に激しい熱帯低気圧 スーパー台風
> 120 > 222 スーパーサイクロンストーム 主要なハリケーン(5)

改良藤田スケール

改良藤田スケール(EFスケール)は、風速を推定するために損傷を使用して竜巻の強さを評価します。目に見えるダメージから完全な破壊まで、6つのレベルがあります。これは、米国およびその他のいくつかの国で、わずかな変更を加えて使用されています(カナダとフランスを含む)。[22]

ステーションモデル

ステーションモデル内の風のプロット

地表の天気図にプロットされた測点モデルは、風向と風速の両方を示すために風の棘を使用します。風の棘は、最後に「旗」を使用して速度を示します。

  • 旗の各半分は、5ノット(9.3 km / h)の風を表しています。
  • 各旗は10ノット(19 km / h)の風を表しています。
  • ペナント(塗りつぶされた三角形)は、50ノット(93 km / h)の風を表しています。[23]

風は、とげが向いている方向から吹くように描かれています。したがって、北東の風は、雲の円から北東に伸びる線で描かれ、この線の北東の端に風速を示す旗が付いています。[24]地図上にプロットされると、等速線(等しい風速の線)の分析を行うことができます。Isotachは、上位レベルの定圧チャートでジェット気流の位置を診断するのに特に役立ち、通常は300hPaレベル以上に配置されます。[25]

グローバル気候学

偏西風と貿易風
風は地球の大気循環の一部です

平均して、東風が極を横切る流れのパターンを支配し、偏西風が地球の中緯度、亜熱帯海嶺の極側を横切って吹き、東風が再び熱帯を支配します。

亜熱帯の尾根の真下には、風が弱い低気圧または亜熱帯高圧帯があります。地球の砂漠の多くは、亜熱帯海嶺の平均緯度の近くにあり、降下すると気団の相対湿度が低下します。[26]最も強い風は、冷たい極地の空気が熱帯からの暖かい空気と出会う中緯度にあります。

熱帯

貿易風(貿易とも呼ばれます)は、熱帯地方で地球の赤道に向かって見られる東風の一般的なパターンです。[27]貿易風は主に北半球の北東から、そして南半球の南東から吹く。[28]貿易風は、世界の海上に形成される熱帯低気圧の舵取りの流れとして機能します。[29]貿易風はまた、アフリカの塵を大西洋を越えてカリブ海に向かって西に、そして北アメリカ南東部の一部に向ける。[30]

モンスーンは、熱帯地域内で数か月続く季節の卓越風ですこの用語は、インド、バングラデシュ、パキスタン、および近隣諸国で英語で最初に使用され、南西部のインド洋アラビア海から吹く大きな季節風がこの地域に大雨をもたらしたことを指します。[31]その極方向への進行は、5月から7月にかけてアジア、アフリカ、北アメリカ大陸で、12月にオーストラリアで低気圧が発生することによって加速されます。[32] [33] [34]

偏西風とその影響

偏西風または卓越は、緯度35〜65度の中緯度卓越風です。これらの卓越風は西から東に吹き、[35] [36]、この一般的な方法で温帯低気圧を操縦します。風は主に北半球の南西から、南半球の北西からです。[28]それらは、極の圧力が低い冬に最も強く、夏と極の圧力が高いときに最も弱くなります。[37]

偏西風は貿易風とともに、大西洋と太平洋を横断する航海船の往復貿易ルートを可能にしました。偏西風は、西風の過程を通じて両半球の海の西側に強い海流を発達させるためです。強化[38]これらの西部の海流は、暖かい亜熱帯の水を極地に向かって極方向に輸送します偏西風は特に南半球で強くなる可能性があります。南半球では、中緯度の土地が少なく、流れのパターンが増幅され、風が遅くなります。中緯度で最も強い偏西風は、吠える40度として知られるバンド内にあります赤道の南緯40度と50度。[39]偏西風は、大陸の西海岸に暖かい赤道の水と風を運ぶのに重要な役割を果たします[40] [41]、特に南半球では、その広大な海の広がりのために。

極東風

極東風は、極東風セルとも呼ばれ、北極と南極の極高気圧の高圧域から偏西風の高気圧域に向かって吹く、乾燥し冷たい卓越です偏西風とは異なり、これらの卓越風は東から西に吹き、しばしば弱く不規則です。[42]太陽の角度が小さいため、冷たい空気が極に蓄積して沈静化し、表面の高圧領域を作り出し、赤道方向に空気を強制的に流出させます。[43]その流出はコリオリ効果によって西に偏向されます。

ローカルの考慮事項

世界中の地元の風。これらの風は、(山や平坦な地形からの)土地の加熱によって形成されます

海と陸のそよ風

A:海風(昼間発生)、B:陸風(夜間発生)

沿岸地域では、海風と陸風が卓越風の重要な要因になる可能性があります。陸に比べて水の比熱が大きいため、海は太陽によってゆっくりと暖められます。土地の表面の温度が上昇すると、土地は伝導によってその上の空気を加熱します。暖かい空気は周囲の環境よりも密度が低いため、上昇します。[44]海面の圧力が高くなった海上のより冷たい空気は、内陸に流れてより低い圧力になり、海岸近くに涼しいそよ風を作り出します。海岸沿いの背景の風は、コリオリの力に対する海風の向きに応じて、海風を強めたり弱めたりします。[45]

夜になると、比熱の値が異なるため、陸は海よりも早く冷えます。この温度変化により、日中の海風が消散します。陸上の気温が沖合の気温よりも低くなると、陸上の風がそれに対抗するほど強くない限り、水面の圧力は陸地のそれよりも低くなり、陸風が発生します。[46]

山の近く

山岳波の概略図。風は山に向かって流れ、最初の振動を生成します(A)。2番目の波はさらに遠く、より高く発生します。レンズ雲は波の頂点に形成されます(B)。

高地では、地面の加熱が海抜同じ高度での周囲の空気の加熱を上回り、地形上に関連する熱的低気圧を作り出し、そうでなければ存在していたであろう熱的低気圧を強化します[ 47] [48]。地域の風の循環。起伏の多い地形がある地域環境の風の流れを大幅に遮断するため、山と谷の間の風の循環が卓越風の最も重要な要因です。丘や谷は、流れの物理的なブロックとして機能し、地形のすぐ上流の範囲に平行な風をそらすことによって、大気と陸地の間の摩擦を増やすことによって、気流を大幅に歪めます。これは、バリアジェットとして知られています。このバリアジェットは、低レベルの風を45%増加させることができます。[49]土地の輪郭により、風向も変化します。[50]

山脈にがある場合、速度と圧力の逆の関係を説明するベルヌーイの原理により、風はかなりの速度で峠を通り抜けます。気流は、より平坦な田園地帯への風下の距離の間、乱気流と不安定なままになる可能性があります。これらの状態は、飛行機の上昇と下降にとって危険です。[50]山の隙間を通って加速する冷たい風には、地域の名前が付けられています。中央アメリカでは、例として、パパガヨ風パナマ風、テワノ風などがあります。ヨーロッパでは、同様の風がボラトラモンタンとして知られています、およびミストラルこれらの風が外洋に吹くと、海の上層の混合が増加し、栄養分が豊富な冷たい水が地表に上昇し、海洋生物の増加につながります。[51]

山岳地帯では、気流の局所的な歪みが激しくなります。ギザギザの地形が組み合わさって、レンズ雲で覆われる可能性のあるローターなど、予測できない流れのパターンと乱気流が発生します。強い上昇気流、下降気流、およびは、空気が丘を越えて谷を下って流れるときに発生します。地形的降水は山の風上側で発生し、山の尾根を横切る湿った空気の大規模な流れの上昇する空気の動きによって引き起こされます。これは上り坂の流れとしても知られ、断熱をもたらします。冷却と凝縮。比較的安定した風(貿易風など)にさらされる世界の山岳地帯では、通常、風下または風下側よりも風上側の方が湿った気候が優勢です。地形性上昇によって水分が除去され、雨蔭が観察される下降側で一般的に温暖な風下側に乾燥した空気が残ります。[52]山を越えて低い標高に流れる風は、下り坂風として知られています。これらの風は暖かくて乾燥しています。アルプスの風下のヨーロッパでは、それらはフェーンとして知られています。ポーランドでは、例はhalnywiatrです。アルゼンチンでは、下り坂の風のローカル名はゾンダですJavaでは、そのような風のローカル名はkoembangです。ニュージーランドでは、それらはNor'westアーチとして知られており、長年にわたってアートワークに影響を与えてきた名前にちなんで名付けられた雲の形成を伴います。[53]米国のグレートプレーンズでは、これらの風はチヌークとして知られています。下り坂の風は、米国のアパラチア山脈の麓でも発生し[54] 、他の下り坂の風[55]と同じくらい強く、他のフェーン風比較して、通常、相対湿度がほとんど変化しないという点で異常です。ソース気団の湿度の増加。[56]カリフォルニアでは、下り坂の風が峠を通り抜け、その効果が強まります。例としては、サンタアナ風やサンダウナー風があります。下り坂の風の影響中の風速は、時速160 km(99 mph)を超える可能性があります。[57]

平均風速

先に述べたように、優勢な局所的な風は地球全体に均等に広がっていません。つまり、風速も地域によって異なります。また、風速も高度とともに上昇します。

風力密度

現在、風力エネルギー開発に最適な場所を決定するために使用される基準は、風力発電密度(WPD)と呼ばれています。これは、特定の場所での風の有効な力に関する計算であり、一定期間の地上高度で表されることがよくあります。風速と質量を考慮に入れています。[58] 2008年末現在、風力発電機の 世界的な銘板容量は120.8ギガワットでした。[59]風力は、2009年に世界の電力使用量の約1.5%しか生成しませんでしたが、[59]急速に成長し、2005年から2008年までの3年間で2倍になりました。いくつかの国では、25を超える比較的高いレベルの浸透を達成しています。 % の2019年のデンマークポルトガルアイルランド共和国。 [60]

せん断

対流圏のさまざまな高さでの風ベクトルのホドグラフプロット。これは、垂直方向のウィンドシアの診断に使用されます。

ウインドシアは、風の勾配と呼ばれることもあり、地球の大気中の比較的短い距離での風速と風向の違いです。[61]ウィンドシアは、垂直成分と水平成分に分解できます。水平ウィンドシアは、前線全体と海岸近くで見られ[62]、垂直シアは通常、地表近くで[63]、大気中のより高いレベルでも見られます。上位レベルのジェットと前線ゾーンの近く。[64]

ウインドシア自体は、非常に短い距離で発生する微気象気象現象ですが、スコールライン寒冷前線などのメソスケールまたは総観スケールの気象特性に関連している可能性があります雷雨によって引き起こされるマイクロバーストダウンバーストの近く[65]前線、低レベルジェットと呼ばれる局所的に高い低レベルの風の領域、山の近く、[66]晴天と穏やかな風のために発生する放射の反転、建物、[67]風力タービン[68]および ヨット[69]ウインドシアは、離陸および着陸中の航空機の制御に重大な影響を及ぼし[70]、米国内での大幅な人命の損失を伴う航空機事故の重大な原因でした。[65]

大気中の音の動きはウインドシアの影響を受け、波面が曲がり、通常は聞こえない場所で音が聞こえたり、その逆が発生したりする可能性があります。[71]対流圏内の強い垂直ウィンドシアも熱帯低気圧の発達を抑制しますが[72]、個々の雷雨をより長いライフサイクルに編成し、荒天を引き起こす可能性があります。[73]熱風概念は、高さによる風速の違いが水平方向の温度差にどのように依存するかを説明し、ジェット気流の存在を説明します。[74]

歴史

自然の力として、風はしばしば1つ以上の風の神として、または多くの文化で超自然の表現として擬人化されました。ヴァーユはヒンドゥー教の風の神です。[75] [76]ギリシャの風の神々には、ボレアスノトスユーラスゼピュロスが含まれます。[76] Aeolusは、さまざまな解釈で、4つの風の支配者または管理者であり、夜明けの女神であるEosと4つの風の父となった夕暮れの神であるAstraeusとしても説明されています。古代ギリシャ人はまた、風の季節変化を観察しました。アテネの風の[76]ヴェンティは、ローマの風の神々です。[77] 風神は日本の風神であり、最も古い神道の神の1つです。伝説によると、彼は世界の創造に立ち会い、最初に鞄から風を吹き飛ばして霧の世界を一掃しました。[78]北欧神話ではニョルズは風の神です。[76] Norðri、Suðri、Austri、Vestriという名前の4つのdvärgar(北欧のドワーフ)もあり、おそらくYggdrasilの4つの雄鹿は、4つの風を象徴し、4つのギリシャの風の神と平行しています。[79] ストリボーグは、風、空、空気のスラブの神の名前です彼は八方の風の祖先(祖父)と言われています。[76]

神風は日本語で、通常は神風と訳され、神々からの贈り物であると信じられています。この用語は、1274年と1281年に日本を攻撃したクビライカーンの下の2つのモンゴル艦隊から日本を救ったと言われる台風のペアまたはシリーズの名前として最初に使用されたことが知られています。[80] プロテスタント風は1588年にスペイン艦隊がイギリスへの侵攻を阻止した嵐の名前。風が中心的な役割を果たした[81]か、 1688年にオレンジのウィリアムがイギリスに侵攻するのを可能にし好風。 [82]ナポレオンエジプト時代キャンペーン、フランスの兵士は苦労しましたハムシンの風:嵐が「遠くの空に血のように」現れたとき、オスマン帝国は覆いを取りに行きましたが、フランス人は「手遅れになるまで反応せず、その後、目がくらむような窒息する壁で窒息し、気を失いました。ほこり"。[83]二次世界大戦の北アフリカ戦線の間、「ハムシンによって引き起こされた砂嵐のために、連合国とドイツ軍は戦闘の途中で数回停止することを余儀なくされた…風によって渦巻く砂の粒は兵士を盲目にし、電気的障害を引き起こしたそれはコンパスを役に立たなくしました。」[84]

交通機関

1944年5月20日のRAFエクセター飛行場。航空機が離陸して風に着陸できるようにする滑走路のレイアウトを示しています。

帆船にはさまざまな形態がありますが、それらにはすべて共通点があります。マグヌス効果を使用するローター船を除いて、すべての帆船には船体索具、および風を使用して船に動力を供給するを支えるための少なくとも1つのマストがあります。[85]帆船による海の旅は何ヶ月もかかる可能性があり[86]、風がないために一般的な危険が鎮静化する[87]か、激しい嵐や風によってコースから吹き飛ばされて、目的の進行ができなくなる方向。[88]激しい嵐は難破につながる可能性があります、そしてすべての手の喪失。[89]帆船は、船倉に一定量の物資しか運ぶことができないため、淡水を含む適切な準備を含めるために、慎重に長回しを計画する必要があります。[90]

空気に対して動作する空力航空機の場合、風は対地速度に影響を与え[91] 、空気より軽い車両の場合、風はその動きと対地速度において重要または単独の役割を果たす可能性があります[92]地上風の速度は、一般に空港での飛行操作の方向を支配する主要な要因であり、飛行場の滑走路は、地域の一般的な風向を考慮して調整されます。特定の状況では追い風で離陸する必要があるかもしれませんが、一般的には向かい風が望ましいです。追い風は必要な離陸距離を増やし、上昇勾配を減らします。[93]

電源

この風力タービンは風力発電から発電します。

アヌラーダプラやスリランカ周辺の他の都市の古代シンハラ人は、西暦前300年にはモンスーンの風を利用して炉に電力を供給していました。炉はモンスーン風の経路上に建設され、内部の温度を最高1,200°C(2,190°F)にしました。[94]初歩的な風車は、西暦1世紀にオルガンに動力を供給するために使用されました。[95]風車は、7世紀からアフガニスタンのシスタンに建設された。これらは垂直軸風車であり[96]帆は葦のマットで覆われていました。または布素材。これらの風車は、トウモロコシを挽いて水を汲み上げるために使用され、製粉業やサトウキビ産業で使用されていました。[97]水平軸風車は、1180年代以降、北西ヨーロッパで小麦粉を粉砕するために広く使用され、現在でも多くのオランダ風車が存在しています。

風力発電は現在、再生可能エネルギーの主要な供給源の1つであり、その使用は革新と価格の下落に牽引されて急速に成長しています。[98]風力発電の設備容量のほとんどは陸上ですが、洋上風力発電は、風速が通常より高く、海岸から離れるほど一定であるため、大きな可能性を秘めています。[99]風力エネルギー空気の運動エネルギーは、風速の3乗に比例します。ベッツの法則は、このエネルギー風力タービンのどの部分が抽出できるかという理論上の上限である約59%を説明しています。[100]

レクリエーション

風は、レクリエーションハンググライダー熱風バルーニングカイトフライング、スノーカイト、カイトランドボーディングカイトサーフィンパラグライダーセーリングウィンドサーフィンなど、いくつかの人気のあるスポーツで目立つようになっています。滑空では、表面のすぐ上の風の勾配がグライダーの飛行の離陸と着陸の段階に影響を与えます。風の勾配は、地上の打ち上げに顕著な影響を与える可能性があります、ウィンチ打ち上げまたはワイヤー打ち上げとしても知られています。風の勾配が大きいか突然、またはその両方であり、パイロットが同じピッチ姿勢を維持している場合、指示された対気速度が増加し、地上発射牽引の最大速度を超える可能性があります。パイロットは、勾配の影響に対処するために対気速度を調整する必要があります。[101]着陸時、特に風が強い場合、ウインドシアも危険です。着陸へのファイナルアプローチでグライダーが風の勾配を下降するにつれて、対気速度は低下しますが、沈下率は増加し、地面に接触する前に加速するのに十分な時間がありません。パイロットは風の勾配を予測し、それを補うためにより高いアプローチ速度を使用する必要があります。[102]

自然界での役割

乾燥した気候では、侵食の主な原因は風です。[103]一般的な風の循環は、塵などの小さな粒子を、その起点から数千キロメートル風下の広い海を横切って移動させます[104]。これはデフレとして知られています。惑星の中緯度の偏西風は、世界の海を横切って西から東への海流の動きを促進します。風は、種子、胞子、花粉などの散布において植物やその他の不動の生物を助ける上で非常に重要な役割を果たします。風は植物の種子散布の主要な形態ではありませんが、陸上植物のバイオマスの大部分を散布します。 。

侵食

風食によって彫刻されたボリビアのアルティプラノの岩層

侵食は、風による物質の移動の結果である可能性があります。2つの主な効果があります。まず、風によって小さな粒子が持ち上げられ、別の領域に移動します。これはデフレと呼ばれます。第二に、これらの浮遊粒子は固体物体に影響を与え、摩耗による侵食を引き起こす可能性があります(生態遷移)。風食は一般に、植生がほとんどまたはまったくない地域で発生し、多くの場合、植生を支えるのに十分な降雨量がない地域で発生します。例としては、ビーチや砂漠での砂丘の形成があります。[105]黄土は均質で、通常は層状ではなく、多孔質で、もろく、わずかにまとまりがあり、しばしば石灰質で、きめが細かく、シルト質で、淡黄色またはバフで、風に吹かれた(風成)堆積物です。[106]それは一般に、数百平方キロメートルと数十メートルの厚さの領域をカバーする広範囲の毛布堆積物として発生します。レスはしばしば急な面または垂直な面のどちらかに立っています。[107]黄土は非常に豊かな土壌に発展する傾向があります。適切な気候条件の下では、黄土のある地域は世界で最も農業生産性の高い地域の1つです。[108]黄土堆積物は本質的に地質学的に不安定であり、非常に容易に侵食されます。したがって、の風食を減らすために、防風林(大きな木や茂みなど)が農民によって植えられることがよくあります。[103]

砂漠の塵の移動

真夏(北半球の7月)の間に、北向きに動く亜熱帯海嶺の南にある西向きに動く貿易風は、カリブ海から北西に向かって北アメリカ南東部に広がります。貿易風帯内の尾根の南周辺を移動するサハラの塵が陸地を移動すると、降雨が抑制され、空が青から白に変化し、赤い夕焼けが増加します。その存在は、浮遊粒子状物質の数を増やすことにより、空気の質に悪影響を及ぼします。[109]米国に到達するアフリカの塵の50%以上がフロリダに影響を及ぼします。[110]1970年以降、アフリカでの干ばつの時期が原因で、粉塵の発生が悪化しています。カリブ海とフロリダへのダスト輸送には、年ごとに大きなばらつきがあります。[111]ダストイベントは、主に1970年代以降、カリブ海とフロリダ全体のサンゴ礁の健康の低下に関連しています。[112]同様のダストプルームはゴビ砂漠で発生し、汚染物質と結合して、北アメリカに向かって風下または東に長距離を広げます。[104]

砂嵐や砂嵐に関連する風には地元の名前があります。カリマは南東風のほこりをカナリア諸島に運びます。[113]ハルマッタンは冬の間、ギニア湾にほこりを運びます[114]シロッコは、温帯低気圧が地中海を通過するため、北アフリカから南ヨーロッパに塵を運びます。[115]地中海東部を横切って移動する春の嵐システムは、地元ではハムシンとして知られているエジプトアラビア半島を横切って塵を運びます。[ 116]シャマール寒冷前線がペルシャ湾岸諸国全体で一度に数日間大気中に塵を持ち上げることによって引き起こされます。[117]

植物への影響

柵にぶつけられたタンブルウィード
オリンピック国立公園の山地では倒木によって林冠が開き、下層植生の光の強度が増します。

種子の風による散布、または風化は、散布のより原始的な手段の1つです。風の分散は、2つの主要な形態のいずれかをとることができます。種子はそよ風に浮かぶか、あるいは地面に羽ばたくことができます。[118]これらの分散メカニズムの典型的な例には、種子に羽毛状の冠毛が付着し、長距離に分散できるタンポポ(Taraxacum spp。、キク科)、およびカエデ Acer sppムクロジ科)が含まれます。)、翼のある種があり、地面に羽ばたきます。風の分散に対する重要な制約は、発芽に適した場所に種子が着陸する可能性を最大化するために、豊富な種子を生産する必要があることですこの分散メカニズムには、進化上の強い制約もあります。たとえば、島のキク科の種は、本土の同じ種と比較して、分散能力が低下する傾向がありました(つまり、種子の量が多く、冠毛が小さい)。[119]風の分散への依存は、多くの雑草または人里植物の間で一般的です。風の分散の異常なメカニズムには、タンブルウィードが含まれます。風媒花に関連するプロセスは風媒花です、これは花粉が風によって分配されるプロセスです。植物の大家族はこの方法で受粉されます。これは、優勢な植物種の個体が互いに接近している場合に好まれます。[120]

風も木の成長を制限します。海岸や孤立した山では、強風が樹木の成長を低下させるため、内陸の対応する標高やより大きく、より複雑な山系よりも樹木限界がはるかに低くなることがよくあります。強風は侵食によって薄い土壌を洗い流し[121]、手足や小枝に損傷を与えます。強風が木を倒したり根こそぎにしたりするとき、そのプロセスは倒木として知られています。これは山の風上斜面で発生する可能性が最も高く、75歳以上の樹木スタンドで一般的に深刻なケースが発生します。[122]シトカトウヒやハマベブドウなど、海岸近くの植物の品種[ 123 ]海岸線の近くで風と塩水噴霧によって剪定されました。[124]

風はまた、砂の摩耗によって植物に損傷を与える可能性があります。強風は緩い砂と上層土を拾い上げ時速25マイル(40 km / h)から時速40マイル(64 km / h)の範囲の速度で空中を投げます。このような風に吹かれた砂は、植物細胞を破壊し、蒸発や干ばつに対して脆弱にするため、植物の苗木に甚大な被害をもたらします。実験室の設定で機械式サンドブラストを使用して、農業研究サービスに所属する科学者は、綿の苗に対する風に吹かれた砂の摩耗の影響を研究しました。研究は、苗木が、エネルギーを茎と根の成長から損傷した茎の成長と修復に移すことによって、風に吹かれた砂の摩耗によって引き起こされた損傷に反応したことを示しました。[125]4週間後、風に吹かれて砂が磨耗する前と同じように、苗の成長は再び植物全体で均一になりました。[126]

植物の配偶子(種子)に加えて、風は植物の敵にも役立ちます。胞子やその他植物病原菌の繁殖体はさらに軽く、長距離を移動することができます。[127]いくつかの植物の病気は、辺境の海[128]、さらには海全体を伝染することが知られています。[129]人間は植物病原菌の風の拡散を防ぐことも遅くすることさえできず、代わりに予測と改善を必要とします。[130]

動物への影響

は、風が時速40 km(25 mph)を超えると、風と寒さの組み合わせによって風が冷えやすくなり、髪の毛と羊毛の覆いが無効になります。[131]ペンギンは脂肪羽毛の両方の層を使用し、水と空気の両方の寒さを防ぎますが、足ひれと足は寒さの影響を受けにくくなっています。南極大陸などの最も寒い気候ではコウテイペンギン群れを作ります風と寒さに耐える行動、組み立てられたグループの外側のメンバーを継続的に交互に配置し、熱損失を50%削減します。[132]節足動物のサブセットである飛翔昆虫は卓越風に流され[133]、鳥は風の状態を利用して独自の進路をたどり、飛ぶか滑空します。[134]このように、収束する風に関連する気象レーダー画像内の細い線のパターンは、昆虫の帰還によって支配されています。[135]鳥の渡り。これは、地球の大気の最低7,000フィート(2,100 m)内で一晩発生する傾向があります。は、気象レーダー、特にWSR-88Dによって収集された風のプロファイルを汚染します。これは、環境風の戻りを15ノット(28 km / h)から30ノット(56 km / h)に増やすことによって行われます。[136]

ナキウサギは、食べ物が吹き飛ばされるのを防ぐために、小石の壁を使って冬の乾燥した植物や草を保管します。[137] ゴキブリは、ヒキガエルなどの潜在的な捕食者の攻撃に先立つわずかな風を利用して、遭遇を生き延びます。彼らの尾毛は風に非常に敏感であり、攻撃の半分を生き残るのに役立ちます。[138]エルクは鋭い嗅覚を持っており、0.5マイル(800 m)の距離で潜在的な風上捕食者を検出することができます。[139]時速15キロメートル(9.3 mph)を超える風の増加は、シロカモメがハシブトウミガラスへの採餌と空中攻撃を増加させることを示します。 [140]

関連するダメージ

強風は、その速度と圧力差の大きさによっては、損傷を引き起こすことが知られています。風圧は、構造物の風上側では正であり、風下側では負です。突風の頻度が低いと、設計が不十分な吊橋が揺れる可能性があります。突風が橋の揺れと同じ頻度である場合、1940年にタコマナロウズ橋で起こったように、橋はより簡単に破壊される可能性があります。 [141]風速は23ノット(43 km / h)と低い。 )木の枝が電力線を通るエネルギーの流れを妨害するため、停電につながる可能性があります。[142]ハリケーンの強風に耐えられる樹種はありませんが、根が浅い樹木は根こそぎになりやすく、ユーカリオオハマボウアボカドなどのもろい樹木は被害を受けやすくなります。[143]ハリケーンの強風は、トレーラーハウスに大きな被害をもたらし、基礎のある住宅に構造的な被害を与え始めます。地形からの下り坂の風によるこの強さの風は、車から窓やサンドブラスト塗料を粉砕することが知られています。[57]風が135ノット(250 km / h)を超えると、家は完全に崩壊し、より大きな建物に重大な被害が発生します。風が175ノット(324 km / h)に達すると、人工構造物が完全に破壊されます。サファシンプソンスケール改良藤田スケールは、熱帯低気圧や竜巻に関連する強風による被害から風速を推定するのに役立つように設計されており、その逆も同様です。[144] [145]

オーストラリアのバロー島は最強の突風の記録を保持しており、1996年4月10日の熱帯サイクロンオリビアで408 km / h(253 mph)に達し、ワシントン山(ニューハンプシャー)で設定された以前の記録である372 km / h(231 mph)を上回りました。 1934年4月12日の午後。[146]

山火事の強度は、日中は増加します。たとえば、くすぶっている丸太の燃焼速度は、湿度が低く、気温が高く、風速が高いため、日中は最大5倍になります。[147]日光は日中は地面を暖め、気流は上り坂を流れ、夜は土地が冷えるにつれて下り坂になります。山火事はこれらの風に煽られ、丘や谷を通る気流に追随することがよくあります。[148]米国の山火事活動は、日中の暖かさに起因する強度の予測可能な増加のために、午前10時に始まる24時間の火災日を中心に展開しています。[149]

宇宙空間で

太陽風は、その起源が太陽であり、太陽の大気から逃げ出した荷電粒子で構成されているという点で、地上の風とはまったく異なります。太陽風と同様に、惑星風は惑星の大気から逃げる軽いガスで構成されています。長期間にわたって、惑星の風は惑星の大気の構成を根本的に変えることができます。

これまでに記録された最速の風は、IGRJ17091-3624ブラックホールの降着円盤から来ています。その速度は時速20,000,000マイル(32,000,000 km / h)で、これは光速の3%です。[150]

惑星風

惑星の風による地球の可能な未来:金星

惑星の大気の上部にある流体力学的風は、水素などの軽い化学元素が外気の下限である外気圏まで移動することを可能にし、そこでガスは脱出速度に到達し、他のガス粒子に影響を与えることなく宇宙空間に入ることができます惑星から宇宙へのこのタイプのガス損失は、惑星風として知られています。[151]地質学的な時間にわたるそのようなプロセスは、地球のような水が豊富な惑星を金星のような惑星に進化させます。[152]さらに、より高温のより低い大気を持つ惑星は、水素の損失率を加速する可能性があります。[153]

太陽風

太陽風は、空気ではなく、毎秒400キロメートル(890,000 mph)の速度で太陽の上層大気から放出される荷電粒子(プラズマ)の流れですそれは主に1keVのエネルギーを持つ電子陽子で構成されています。粒子の流れは、時間の経過とともに温度と速度が変化します。これらの粒子はコロナ温度が高いこともあり[154] 、運動エネルギーが高いこともあり、太陽の重力から逃れることができます。その粒子は、よく理解されていないプロセスを通じて得られます。太陽風は、太陽系を取り巻く星間物質の中に巨大な泡である太陽圏を作り出します。[155]惑星は、太陽風による上層大気のイオン化を減らすために、大きな磁場を必要とします。[153]太陽風によって引き起こされる他の現象には、地球上の送電網をノックアウトする可能性のある地磁気嵐、[ 156 ]オーロラ、[ 157 ] 常に太陽から離れる方向を向いている彗星のプラズマ尾などがあります。[158]

他の惑星では

金星の雲頂で時速300km(190 mph)の強風が、地球の4〜5日ごとに惑星を一周します。[159]火星の極が冬の後に日光にさらされると、凍ったCO 2が 昇華し、時速400 km(250 mph)の速さで極を吹き飛ばす大きな風を生み出し、その後大量の塵を運びます。その風景の上の水蒸気[160]他の火星の風は、清掃イベント塵旋風をもたらしました。[161] [162]木星では、毎秒100メートル(220 mph)風速が帯状ジェット気流で一般的です。[163]土星の風は、太陽系で最も速い風の1つです。カッシーニ-ホイヘンスのデータは、毎秒375メートル(840 mph)の東風のピークを示しました。[164]天王星では、北半球の風速は北緯50度近くで毎秒240メートル(540 mph)に達します。[165] [166] [167]ネプチューンの雲の頂上では、卓越風の速度は赤道に沿って毎秒400メートル(890 mph)から極で毎秒250メートル(560 mph)の範囲です。[168]海王星の南緯70度では、高速ジェット気流が毎秒300メートル(670 mph)の速度で移動します。[169]既知の惑星で最速の風が吹いているHD 80606 bは、 190光年離れた場所にあり、時速11,000マイルまたは5 km/s以上で吹いています。[170]

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外部リンク