大気の大循環とコリオリの力 シミュレータGlobal Atmospheric Circulation and the Coriolis Force – Simulator

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 北半球の高緯度から、空気のかたまりを赤道に向けて(真南に)まっすぐ送り出しました。地球といっしょに回っている地上の人から見ると、空気はどのように進むと思いますか。An air parcel is launched from high latitudes in the Northern Hemisphere straight toward the equator (due south). How do you think its path looks to someone on the ground who rotates with the Earth?💡 空気が進んでいる間にも、その下の地面は自転によって回り続けています。While the air is moving, the ground beneath it keeps turning with the Earth's rotation.
2. 地球の自転がもっと速かったら、空気の進路の曲がり方はどう変わると思いますか。自転が止まっていたらどうでしょうか。If the Earth spun faster, how do you think the bending of the air's path would change? What if the Earth did not rotate at all?💡 地面が回る速さと、空気の進路のずれ方の関係を考えましょう。Think about how the speed at which the ground turns relates to how far the path is shifted.

2動かしてみようTry it

1. 最初の設定(回転角速度ω = 1.00×地球、初期速度 80 m/s)で右側の「北極側から見た軌跡」を観察する。赤い軌跡、白い破線(ω=0の直進)、下の数値表示の「|v|」「曲率半径 v/f」を確認する。With the default settings (Rotation rate ω = 1.00 × Earth, Initial speed 80 m/s), watch the "Path seen from above the North Pole" view. Look at the red path, the white dashed line (path if ω=0), and the "|v|" and "Radius v/f" values in the readout below.
2. 「回転角速度ω」を 0 にして、空気塊が破線どおりまっすぐ赤道方向へ進むことを確かめる(スライダーを動かすと最初からやり直しになる)。Set "Rotation rate ω" to 0 and check that the parcel travels straight toward the equator along the dashed line (moving a slider restarts the run).
3. 「回転角速度ω」を 2.00×地球にして、曲率半径の値と軌跡の円の大きさを ω = 1.00 のときと比べる。Set "Rotation rate ω" to 2.00 × Earth and compare the radius value and the size of the looping path with the ω = 1.00 run.
4. ω を 1.00 に戻し、「初期速度」を 20 m/s にして、曲率半径がどう変わるかを見る。|v| の値が動いている間に変化するかどうかも確認する。Return ω to 1.00, set "Initial speed" to 20 m/s, and see how the radius changes. Also check whether the |v| value changes while the parcel is moving.
5. 左側の「地球の断面模式図」(「断面図」ボタンで拡大)で、ハドレー循環(赤道で上昇→30°で下降)、北東貿易風・南東貿易風・偏西風の矢印の向きを読み取る。In the left "Cross-section of the Earth" view (press "Cross-section" to enlarge it), read the Hadley cell (rising at the equator, sinking at 30°) and the directions of the arrows for the NE trade winds, SE trade winds and Westerlies.

3確かめようCheck

1. ω = 1.00×地球のとき、赤道へ向かって送り出した空気塊は進行方向に対してどちらへ曲がりましたか。With ω = 1.00 × Earth, which way did the parcel launched toward the equator turn relative to its direction of motion?→ 進行方向の右(赤道へ向かう場合は西)へ曲がり続け、ぐるりと回る円に近い軌跡を描いた。北緯約 73° では曲率半径は約 570 km だった。It kept turning to the right of its motion (toward the west when heading for the equator), tracing a nearly circular looping path. At about 73°N the radius was about 570 km.
2. ω = 0 と ω = 2.00×地球では、軌跡はどう違いましたか。How did the path differ between ω = 0 and ω = 2.00 × Earth?→ ω = 0 では曲率半径が「∞(直進)」となり、破線どおりまっすぐ赤道まで進んだ。ω = 2.00 では曲率半径が約 290 km と ω = 1.00 のときの約半分になり、より小さな円を描いて強く曲がった。With ω = 0 the radius showed "∞ (straight)" and the parcel went straight to the equator along the dashed line. With ω = 2.00 the radius was about 290 km, roughly half that at ω = 1.00, so it turned more sharply in a smaller loop.
3. 初期速度を 80 m/s から 20 m/s にすると、曲率半径はどうなりましたか。また、動いている間に速さ |v| は変化しましたか。When the initial speed was lowered from 80 m/s to 20 m/s, what happened to the radius? Did the speed |v| change while the parcel moved?→ 曲率半径は約 145 km と小さくなった(速さに比例し、約 1/4)。|v| は「(一定)」と表示され、20.0 m/s のまま変わらなかった。コリオリの力は向きだけを変え、速さは変えない。The radius shrank to about 145 km (it is proportional to speed, so about 1/4). |v| was shown as "(constant)" and stayed at 20.0 m/s. The Coriolis force changes only the direction, not the speed.
4. 断面模式図で、北半球の 0°〜30° と 30°〜60° の地表の風はそれぞれどの向きに吹いていましたか。In the cross-section, which way do the surface winds blow between 0° and 30°N, and between 30°N and 60°N?→ 0°〜30° では北東から南西へ向かう北東貿易風、30°〜60° では西から東へ(やや北向きに)吹く偏西風。南半球の 0°〜30° は南東貿易風になる。Between 0° and 30°N the NE trade winds blow from the northeast toward the southwest; between 30°N and 60°N the westerlies blow from west to east (slightly poleward). Between 0° and 30°S are the SE trade winds.

4考えようThink further

1. 30°付近の高圧帯から赤道へ向かう風と、高緯度へ向かう風は、どちらも「右へ曲がる」のに、なぜ一方は東風(貿易風)、もう一方は西風(偏西風)になるのでしょうか。Winds blowing from the 30° high-pressure belt toward the equator and toward high latitudes both turn right, so why does one become an easterly (the trade winds) and the other a westerly (the westerlies)?→ 北半球で南(赤道)へ向かう風の右は西なので、風は西向きに曲げられ「東から吹く風」、つまり北東貿易風になる。北(高緯度)へ向かう風の右は東なので、東向きに曲げられ「西から吹く風」、つまり偏西風になる。同じ右向きの力でも、進む向きが逆なので結果の風向が逆になる。In the Northern Hemisphere, for wind moving south (toward the equator) "right" means west, so it is bent westward and blows from the east: the northeast trade winds. For wind moving north (toward high latitudes) "right" means east, so it is bent eastward and blows from the west: the westerlies. The same rightward force gives opposite wind directions because the air is moving in opposite directions.
2. このシミュレーションの軌跡は、地面がない(力がはたらかない)はずの空気が円を描いています。地球の外の宇宙から見ると、空気は本当に曲がって進んでいるのでしょうか。In this simulation the air traces circles even though no real push is acting on it. Seen from space outside the Earth, is the air really curving?→ 宇宙(自転しない座標系)から見れば、空気は慣性でほぼまっすぐ進もうとしているだけで、その下で地球が回っている。地球といっしょに回る人から見ると進路が曲がって見えるため、それを説明する見かけの力がコリオリの力である。だから ω = 0(自転なし)では曲がらない。From space (a non-rotating frame) the air is essentially just continuing by inertia while the Earth turns beneath it. To someone rotating with the Earth the path appears to bend, and the apparent force that accounts for this is the Coriolis force. That is why there is no bending when ω = 0 (no rotation).

よくある誤解Common misconceptions

• 「コリオリの力で風が速くなったり遅くなったりする」と考えがちだが、コリオリの力は常に進行方向に直角にはたらくので、速さは変えず向きだけを変える。Students often think the Coriolis force speeds up or slows down the wind, but it always acts at right angles to the motion, so it changes only the direction, never the speed.
• 「風は気圧の高い方から低い方へまっすぐ吹く」と考えがちだが、自転する地球では風は北半球で右へ曲げられるので、貿易風は北から南ではなく北東から吹く。Students often think wind blows straight from high to low pressure, but on the rotating Earth winds are bent to the right in the Northern Hemisphere, so the trade winds blow from the northeast rather than from due north.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)