[公開日] 2023 年 2 月 24 日午前 11 時 45 分
[質問] ゾヤ，14 歳，ボパール，インド
[答えてくれる先生] Steven Sherwood
簡単に言えば、風が発生するのは、太陽が地球のある部分を他の部分よりも加熱し、この不均一な加熱が風を起こすからです。 つまり、風力エネルギーは太陽エネルギーの一種です。
すべての風は同じように作られる
地球上の風システムは、地球規模の貿易風 (trade winds) やジェット気流 (jet streams) から局地的な潮風 (sea breezes) までさまざまですが、最終的には、それらはすべて太陽によって不均一に加熱される地球に依存しています。
日中に地面が暖められて非常に熱くなると、熱伝導 (heat conduction) と呼ばれるプロセスによって地面の上の空気が加熱されます。 これにより、空気が膨張してより大きな体積を占めるようになります。 「理想気体の法則 (ideal gas law) 」と呼ばれるものによれば、体積は温度に正比例して増加します。
つまり、加熱された空気は密度が低くなります。 これがすべての空気に発生すると、風は発生しませんが、空気層全体が少し厚くなります。
しかし、たまたまある場所でこれが発生して、その周囲には発生しない場合、加熱された空気は上昇します。 これが、熱気球が空中で浮力 (buoyant) を維持できる原理です。気球内の空気の総重量に、バスケットと中にいる人を加えた重量は、気球の外にある同じ体積の冷たい空気の重量とほぼ同じでなければなりません。
重しやつなぎロープがない場合、気球は冷えるまで上向きに加速し続けます。
熱気球は、空気が熱くなったり冷たくなったりするときに空気の密度が変化する原理を利用しています
上昇する熱気球は小さすぎるため、風が発生しません。 しかし、同じことが都市全体またはより大きな地域のすべての空気に起こると想像してみてください!
このように大量の加熱された空気が地表から上昇すると、地面近くの他の空気が横方向に流れ込んで空いた空間を満たします。 これが発生する領域が広ければ広いほど、すべての空気を所定の位置に配置するには、水平方向の風をより強くする必要があります。
この現象により、海岸近くの日中の海風はかなり強いことがあり、暖かい大陸の空気が上昇するにつれて、それと置き換わるために冷たい海の空気が流れ込みます。
何日にもわたって、同様のプロセスによりモンスーンが発生します。これは、太陽光による加熱が夏に強く冬に弱くなるため、夏に強い温度差と風が発生するためです (多くの場合、冬には反対の風が吹きます)。
さらに、これは卓越風 (注１) の季節的な変化につながり、インドやオーストラリア最上部などの熱帯地域では、暖かい季節に雨が降ることがよくあります。
非常に大きな風システムがいくつかあります
地球上で最大の風システムは、大気の大循環 (general circulation of the atmosphere) と呼ばれます。 それらには、貿易風または偏東風 (trade winds or easterlies) 、中緯度の偏西風 (westerlies) 、および南北緯 40 度台の暴風雨帯 (Roaring Forties) が含まれます。
これらの大きな風システムは、熱帯地方 (the tropics)が極地 (the poles) よりも多くの太陽を浴び、(明らかに) より暖かくなることで発生します。 その暖かい空気は自然に上昇し始め、極に向かって流れようとしますが、極の空気は熱帯に降りようとします。
もちろん、空気がそのような長い旅をするのに長い時間（何日も）かかります。 一方、地球は常に自転しているため、直線上を移動しようとしているものが徐々に向きを変えているように見えます。
極方向に吹く風は次第に東に向かい、中緯度の偏西風（偏西とは「西寄りの」という意味）になります。
熱帯に向かう下層の風は西に向かい、偏東風になります。これは、船長が何世紀にもわたって海を横断するためにこれらを使用してきたため、貿易風としても知られています。 中緯度の偏西風は上空で非常に強く、時速300kmに迫る場所もあります！
ここでは、地球上のすべての風をインタラクティブに視覚化した画像を見ることができます。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳は archive4kids の翻訳責任で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
(編集者注) 注１: 卓越風。 たくえつふう、(英語：prevailing wind）とは、ある一地方で、ある特定の期間（季節・年）に吹く、最も頻度が多い風向の風。wikipedia
