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カルマン渦
 
 棒やバットを振ると、「ブーン」という音がしますね。あるいは、風の強い日は電線が鳴ります。これらは、空気を切るときのバットの周りや、空気が流れている(風が吹いている)ときに電線の周りで出来る渦が関係しています。
 円柱形の物体が空気の中を動くとき、あるいは空気が円柱形の物体の周りを流れて条件が整うと(図1)に示したように、風下方向に渦が交互に発生します。
これを「カルマン渦」と呼んでいます。
カルマン渦
(図1)カルマン渦
条件には、風速、円柱の直径、空気の密度、空気の粘っこさが関係しているわけですが、ここでの詳しい説明は省略します。ただ、棒やバットをゆっくり振ったときや、風が弱いときはこのような音は出ませんから、風の強さと関係していることがまず想像つきます。
 風が吹くと円柱形の物体の風下にカルマン渦が発生します。
円柱の周りのカルマン渦
(図2)円柱の周りのカルマン渦
渦は物体の左右で交互に発生するため、円柱形の物体は振動し(図2左)折れることもあります。これを防ぐには、(図2右)のように円柱形の周りに螺旋状の物を付けます。そうすることにより、渦の出来方が不規則になり、物体は振動しなくなり折れません。
 カルマン渦による振動は円柱形の物体だけでなく、自動車、船、飛行機など高速で動く物に伴って発生、横揺れの振動を引き起こし、騒音や金属疲労の原因となっています。

 カルマン渦を実験的に表現するには、古くは10世紀初頭の古今時代にその記述があるという「墨流し」の技法を使うとできます。バットに牛乳を薄めて入れ、墨汁を含ませた筆をその中に入れてまっすぐに動かすと、後ろに渦模様が出来ます。これがカルマン渦列です。筆の動かす速度を変えると渦模様のできかたが違ってきます。

 カルマン渦は、もっとスケールの大きいところでも発生していて見ることが出来ます。
それは、気象衛星画像です。
気象衛星画像
(図3)2003年12月7日12時の
気象衛星画像(可視画像)
拡大図
枠内拡大図
済州島の南側(下)の雲列
 (図3)は可視画像ですが、日本海や東シナ海では少し筋状の雲列があります。四国沖や紀伊半島沖の太平洋側にも少し筋状の雲列があります。強い北寄りの風によりこれらの雲列が発生した、冬型気圧配置の気象衛星画像です。
朝鮮半島の南(下)にある済州島の南側(下)の雲列に注目して下さい。雲の列が蛇行しているのがわかるでしょうか(右の拡大図参照)。済州島が原因でその風下側には(図1)のようなカルマン渦が発生し、雲の列が蛇行したようになっています。

 天気予報などで気象衛星画像を見るとき、冬型の日はこんな所に注目するのもいかがでしょう。寒さを忘れるかも。

 今回の話は、私が学生時代に気象学を教わったI教授から聞いた話が基になっています。何故か、このような話はよく覚えています。
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