天気予報、特に実技試験の予報文では「500hPaの正渦度域が近づくため…」という表現が頻繁に出てきます。
渦度とは、文字通り「空気の渦（回転）の強さ」を表す指標です。
1. 渦度とは
渦度（$\zeta$：ゼータ）とは、空気塊がどのくらい強く回転しているかを示す量です。
北半球での条件
回転の方向によって、プラスとマイナスの符号が決まっています。
- 正の渦度（＋）： 反時計回り（低気圧性循環）
- 低気圧の中心や、気圧の谷などで見られます。
- 「天気を崩す」性質があります（後述の収束・発散と関わるため）。
- 負の渦度（－）： 時計回り（高気圧性循環）
- 高気圧の中心や、気圧の尾根などで見られます。
- 「天気を良くする（安定させる）」性質があります。
📝 定義式（相対渦度）
$$
\zeta = \frac{\partial v}{\partial x} – \frac{\partial u}{\partial y}
$$
難しく見えますが、「場所による風速のズレ（シアー）」が回転を生むという意味です。
2. 渦度の発生メカニズム
渦度が生まれる原因は、大きく分けて2つあります。「曲がり」によるものと、「風速差」によるものです。
① 曲率渦度
風がカーブして流れるときに発生する、直感的にわかりやすい渦度です。
- 気圧の谷（トラフ）： 空気の流れが左（反時計回り）に曲がる場所 $\rightarrow$ 正（＋）の渦度
- 気圧の尾根（リッジ）： 空気の流れが右（時計回り）に曲がる場所 $\rightarrow$ 負（－）の渦度
【 曲率による渦度の発生 】
② シアー渦度
ここが試験の盲点です。風が真っ直ぐ吹いていても、渦度は発生します。
川の流れを想像してください。真ん中が速くて、岸辺が遅いとき、その中間に棒を置くとクルクル回りますよね？これがシアー渦度です。
強風軸（ジェット気流など）を基準に見ます。
- 強風軸の北側（左側）：
内側（南）の風が速く、外側（北）の風が遅い $\rightarrow$ 反時計回り（＋）の回転が生まれる。 - 強風軸の南側（右側）：
内側（北）の風が速く、外側（南）の風が遅い $\rightarrow$ 時計回り（－）の回転が生まれる。
【 シアーによる渦度の発生（北半球） 】
風に向かって左側（北側）は、右側の速い流れに引きずられて反時計回りに回転します。
3. 絶対渦度保存則
最後に、大規模な空気の流れ（偏西風の蛇行など）を理解するための最重要法則です。
絶対渦度とは？
これまで説明した渦度（風による回転）は、地球から見た回転なので「相対渦度 ($\zeta$)」と呼びます。
一方、地球自体も回転しています。この地球の回転成分を「惑星渦度 ($f$)」と呼びます。（$f$ はコリオリパラメータと同じです）
この2つを足したものが、宇宙から見た真の回転量、絶対渦度 ($\eta$) です。
$$
\text{絶対渦度 } \eta = \zeta (\text{相対渦度}) + f (\text{惑星渦度})
$$
保存則の仕組み
上空の摩擦のないレベル（非発散高度など）では、この絶対渦度が保存される（一定である）という法則があります。
$$
\frac{d}{dt} (\zeta + f) = 0
$$
これが何を意味するかというと、「空気塊が南北に移動すると、地球の回転($f$)が変わるため、埋め合わせとして自らの回転($\zeta$)を変えなければならない」ということです。
具体例：空気が南へ動くとき
- 南へ移動： 低緯度に行くため、惑星渦度 $f$ （地球の回転成分）が小さくなります。
- 保存則発動： 合計値（$\zeta + f$）を一定に保つため、減った $f$ の分だけ、相対渦度 $\zeta$ を大きく（プラスに）しなければなりません。
- 結果： $\zeta$ が増える ＝ 反時計回りの回転（低気圧性循環）が強まる。
$\rightarrow$ だから、偏西風が南へ蛇行してできる「気圧の谷」は、渦度が正になるのです。
具体例：空気が北へ動くとき
- 北へ移動： 高緯度に行くため、惑星渦度 $f$ が大きくなります。
- 保存則発動： 合計値を保つため、相対渦度 $\zeta$ を小さく（マイナスに）しなければなりません。
- 結果： $\zeta$ が減る ＝ 時計回りの回転（高気圧性循環）が強まる。
$\rightarrow$ だから、北へ盛り上がった「気圧の尾根」は、渦度が負（高気圧性）になるのです。
🌍 まとめ
この「絶対渦度保存則」があるおかげで、偏西風は南北に波打ちながらバランスを取り続けています（ロスビー波）。
