「風」とは、空気の塊が動く現象のことです。
ニュートンの運動方程式（$F=ma$）の通り、物体が動いたり曲がったりするには、必ず何らかの「力」が働いています。
気象学において、空気塊に作用する主な力は以下の4つです。これらが釣り合うことで、地衡風や傾度風といった様々な風が吹きます。
1. 気圧傾度力
風を吹かせる「エンジンの役割」を果たす、最も基本的な力です。
- 定義： 気圧が高い方から低い方へ、空気を押し出す力。
- 向き： 等圧線に対して垂直に、高気圧から低気圧に向かう方向。
- 大きさ： 等圧線の間隔が狭い（混んでいる）ほど強くなります。
公式（単位質量あたり）
$$
P_n = – \frac{1}{\rho} \frac{\Delta P}{\Delta n}
$$
- $\rho$（ロー）：空気密度
- $\Delta P$：気圧差
- $\Delta n$：距離
💡 試験対策のポイント
式にマイナスがついているのは、距離が増える（$n$が進む）ほど気圧が下がる（$\Delta P$が負になる）方向を「正」の力としているためです。
単純に「等圧線が狭い＝風が強い」と覚えましょう。
2. コリオリ力
地球が自転しているために生じる、見かけ上の力です。風の向きを変えるハンドルのような役割をします。
- 定義： 回転する座標系（地球）の上を動く物体に働く見かけの力。
- 向き： 風の進行方向に対して、北半球では直角右向き（南半球では左向き）。
- 大きさ： 風速と緯度に比例します。
公式
$$
コリオリ力= 2 \Omega \sin \phi \cdot v = f v
$$
- $\Omega$（オメガ）：地球の自転角速度
- $\phi$（ファイ）：緯度
- $v$：風速
- $f$：コリオリパラメータ（$f = 2 \Omega \sin \phi$）
⚠️ ポイント
- 風速 $v$ がゼロ（無風）なら、コリオリ力は働かない。
- 赤道（$\phi=0$）では $\sin 0 = 0$ なので、コリオリ力はゼロ。
- コリオリ力は向きを変えるだけで、風速（エネルギー）を変える仕事はしない。
3. 遠心力
風がカーブを描いて吹くとき（低気圧や高気圧の周り）に働く力です。
- 定義： 円運動をする物体にかかる、回転の中心から外側に飛び出そうとする力。
- 向き： 回転の曲率中心から外側へ向かう方向。
- 大きさ： 風速の2乗に比例し、回転半径に反比例します。
公式
$$
Ce = \frac{v^2}{r}
$$
- $v$：風速
- $r$：回転半径（カーブの緩やかさ）
- 低気圧の周り： 中心（低圧部）へ引き寄せようとする気圧傾度力に対抗して、外側へ遠心力が働きます。
- 高気圧の周り： 中心（高圧部）から押し出そうとする気圧傾度力と同じ方向に、遠心力が働きます。
4. 摩擦力（まさつりょく）
地表面の凹凸（山、ビル、木々など）や、空気の粘性によって生じる抵抗力です。
- 定義： 空気の流れを邪魔しようとする力。
- 向き： 風の進行方向と正反対（逆向き）。
- 及ぶ範囲： 地上から高さ約 $1km$ 程度まで（これを大気境界層と呼びます）。それより上空（自由大気）では無視できます。
摩擦力の影響
摩擦力が働くと、風速が落ちます。風速が落ちるとコリオリ力（$fv$）も弱まります。
すると、「気圧傾度力」と「コリオリ力」のバランスが崩れ、風は等圧線を横切って、低気圧の方へ吹き込むようになります。
まとめ：力の釣り合いと風の種類
これら4つの力がどう組み合わさるかで、風の名前が変わります。
| 風の種類 | 釣り合っている力 | 吹く場所 |
|---|---|---|
| 地衡風 | 気圧傾度力 ＋ コリオリ力 | 上空の直線的な等圧線 |
| 傾度風 | 気圧傾度力 ＋ コリオリ力 ＋ 遠心力 | 上空の低気圧・高気圧周り |
| 地上風 | 気圧傾度力 ＋ コリオリ力 ＋ 摩擦力 | 地表付近 |
| 旋衡風 | 気圧傾度力 ＋ 遠心力 | 竜巻など（コリオリ無視） |
まずは基本となる「気圧傾度力」と「コリオリ力」の2つを完璧に押さえましょう。
