竜巻

カナダ・マニトバ州で発生したF5の竜巻 (2007年撮影)

850 hPa を記録した竜巻通過時の気圧変化。わずか数十秒間で100hPaも急降下し、すぐに元に戻った。アメリカ サウスダコタ州 マンチェスター、2003年6月24日 (PD US NOAA)

竜巻（たつまき、tornado）は、積乱雲の下で地上から雲へと細長く延びる高速な渦巻き状の上昇気流。

突風の一種で、規模が小さく寿命が短い割に、猛烈な風を伴うのが特徴。地上で強い竜巻が発生すると、暴風によって森林や建物などに甚大な被害をもたらすことがあり、災害をもたらす典型的な気象現象の一つとされている。

竜巻の水平規模は平均で直径数十m、大規模なものでは直径数百mから1km以上に及ぶ。その中心部では猛烈な風が吹き、ときには鉄筋コンクリートや鉄骨の建物をも一瞬で崩壊させ、大型の自動車なども空中に巻き上げてしまうことがある。1ヶ所に停滞するものもあるが、多くは積乱雲と共に移動する。その移動速度は様々で、まれに時速100kmを超えることもある。

竜巻は、台風や温帯低気圧に比べてはるかに局地的であるため、気象観測施設上を通過することが希であり、中心の気圧を実測した例はほとんどない。わずかな観測例から、中規模のもので950ヘクトパスカル程度と考えられる。なお、F4規模のトルネードでは、2003年アメリカ サウスダコタ州において 850 hPa の観測報告がある（右図参照） 。

竜巻の定義と種類

多重渦竜巻、1957年 アメリカ テキサス州 ダラス

水上竜巻、2005年7月 アメリカ フロリダ州 プンタゴルダ

竜巻とは、発達した積乱雲で上昇気流を伴う高速の渦巻きが発生し、それが地上付近にまで伸びたものだとされる。気象庁の定義は「激しい空気の渦巻で、大きな積乱雲の底から漏斗状に雲が垂れ下がり、陸上では巻き上がる砂塵、海上では水柱を伴う」。

なお、研究機関によっては、気流の渦巻きが地面に接していないものは竜巻に含めない場合がある。「地面に接したもの」というのは、目に見える漏斗雲が地面に接したものという意味ではなく、目に見えなくても気流の渦巻きが地面に達したものを意味する。そのため、この定義において、竜巻でないのは「空中竜巻」のみであり、「陸上竜巻」などは竜巻に含まれる。ただし、一般的には、地上に達しないものも含めることが多い。

多くの地域では、竜巻を「竜巻」という表現でひとくくりにすることが多いが、特にアメリカを中心にして、学術的に竜巻はいくつかの種類に分類されている。

多重渦竜巻 (Multiple vortex tornado)

複数の渦がまとまって活動する竜巻群。やや大きな竜巻 (親渦) の周囲を小さな竜巻が回転することがある。

衛星竜巻 (Satellite tornado)

大規模な竜巻の周囲にできる竜巻。多重渦竜巻とは異なり、構造的には独立した竜巻であるが、勢力は弱いことが多い。

水上竜巻 (Waterspout)、海上竜巻、シースパウト (Seaspout)

海上で発生する竜巻。「竜巻」だけではなく、海上の「チューブ状砂塵竜巻」や「塵旋風」もランドスパウトに含められることがある。

陸上竜巻、ランドスパウト (Landspout)

水上竜巻と対比して、陸上で発生する竜巻とされることが多い。アメリカ国立気象局 (NWS) ではチューブ状砂塵竜巻 (Dust-tube tornado) としており、地上付近では漏斗雲が見えない代わりにチューブ上の砂塵が渦を巻いている竜巻の事を指す。地上に達しない竜巻によりできることもある。

空中竜巻 (Funnel aloft)

渦巻きの下端が空中に存在し、地上や水上に達していない竜巻。「竜巻」に含めない場合もあるが、構造やメカニズムは竜巻と同じである。

類似の現象

竜巻と類似の現象も数多く存在する。学術的にはこれらは竜巻とはまったく異なるものであるが、一般的にはその形状などから「竜巻」と呼ばれることも多い。

塵旋風 (Dust devil)

学校の運動場や荒地などに発生するつむじ風が、まれにテントや椅子を巻き上げるほど大規模なものに発達することがある。これは塵旋風と言って竜巻とは別物であるが、竜巻と誤認されることが多い。塵旋風は熱せられた地上の空気が渦を巻いて上昇するだけの現象だが、竜巻は小規模であっても積乱雲から発生する。

冬季水上竜巻 (Winter waterspout)

冬季に、暖かい水面と非常に冷たい空気が接し、雪が降っている時にごく稀に発生する現象。竜巻とは形状や構造が似ているが、メカニズムは異なる。

ガストネード (Gustnado)

突風性の旋風。ダウンバーストに上昇気流が付加されたもの。発達した積乱雲があり大気の状態が不安定という、竜巻と同様の条件下で発生するが、メカニズムも形状も塵旋風に近い。

火災旋風

火災による熱や強風などにより発生する旋風。

漏斗雲

竜巻に付随する漏斗雲もあるが、竜巻とは関係のない漏斗雲もある。寒気の渦巻きによるものなどがあり、形状もメカニズムも竜巻と類似している。

積乱雲を伴った荒天の際に発生する局地的突風として、竜巻のほかに、ダウンバースト (マイクロバースト) がある。両者は類似点が多いが、大きな違いとして、竜巻は被害範囲が移動経路と一致して不規則な曲線状に伸び、風向は不規則ながら竜巻の中心を向いているのに対し、ダウンバーストは面状に広がり、風向もある点を中心に放射状に外向きに分布することが挙げられる。また、ダウンバーストでも異様な形の雲が観測されるが、漏斗の形であることはまずない。こういったことから、局地的な突風が発生した際に、竜巻とダウンバーストのどちらであるかを判断する。

発生のメカニズム

雷を伴って発達し、異様な形をした積乱雲。このような天候が竜巻を引き起こしうる。

アメリカ本土各地の竜巻活動度。中西部や東部は高い。

竜巻の発生過程に関する研究は、着実に解明が進んでいるものの、未解明の部分も残されている。

スーパーセルとメソサイクロン

強い竜巻は、スーパーセル (Supercell) または親雲と呼ばれる発達した積乱雲や積雲に伴って生じることが分かっている。スーパーセルの中心部や周辺部には、上昇気流の領域と下降気流の領域がある。

下降気流の領域では集中豪雨が降っている。この雨は、大気中や地上で蒸発する際に気化熱を奪い大気の下層を冷やすとともに、自身の重さで大気を押し下げて、下降気流を増強する働きがある。これにより下降気流が維持されて、雨が尽きるまでしばらくの間は降りつづける。ここでは雹が降ったり、激しい下降気流に伴うダウンバースト (down burst, 下降噴流とも呼ぶ) が発生したりする。

上昇気流の領域では、下降気流により冷たくなった空気の層の上を、暖かく湿った空気が乗り上げるようにして上昇することで上昇気流が発生している。上昇気流は積乱雲や積雲が発達するのに不可欠な空気の対流活動であり、地上付近から対流圏界面 (上空10～15km) 付近にまで空気が上昇していく過程で、空気に含まれた水蒸気が凝結して雲を作る。

このような環境の下では、重く冷たい下降気流の部分に比べて、軽く暖かい上昇気流の部分の気圧が低くなり、上昇気流の部分を中心として、低気圧と同じ方向 (北半球では反時計回り、南半球では時計回り) に気流が渦を巻いて回転し始める。すると、メソサイクロン (Mesocyclone, メソロウとも呼ぶ) と呼ばれる小規模 (水平距離が数km～数十kmくらい) の低気圧ができる。

メソサイクロンの周囲を回転する空気には遠心力が掛かり渦の外側に引っ張られるため、中心部の空気が薄くなって気圧が下がる。一方気圧が下がることで、気圧傾度力が働いてさらに周囲の空気を巻き込む。また、この規模の渦には地球の自転に起因するコリオリ力という力も働くため、気圧傾度力・遠心力・コリオリ力の3つの力が均衡して、低気圧としての気流の循環を維持している (このタイプの風を傾度風という)。

竜巻の発生

メソサイクロンの中では、上昇気流の領域や下降気流の領域自体も回転している。下降気流は回転しつつ周囲に向かって流れ出しているが、この気流と南東の風とがぶつかると、ガストフロント (Gust front) と呼ばれる、寒冷前線に類似した気流の衝突面が形成される。ガストフロントは、主に強い下降気流さえあれば発生しうる現象であり、スーパーセル以外の、発達した積乱雲でも発生することがある。

ガストフロントの先端である前線面は、冷たい下降気流と暖かく湿った上昇気流が衝突している。気流の衝突によって、この前線面では大きな風速差や気流の乱れが生じる。これをウインドシアという。ウインドシアのある状況下では、小規模で短命な気流の渦が多数、現れては消えることを繰り返す。このような多数の渦のうち、ごく少数の渦が発達して上昇気流と結びついて、竜巻に成長するのではないかと考えられている。

ただ、「竜巻のもと」となるこの渦の発達のきっかけについては、詳しく解明されていない部分が多く、現在も気象学や流体力学の観点から研究が続けられている。

現在のところ、発達のきっかけとして、「上昇気流が急激に強まること」だという説がある。スーパーセル内でメソサイクロンが発達して中心部の大気中層の気圧が下がると、その下の大気下層では上向きの気圧傾度力が強まって、上昇気流が急激に強まる。この上昇気流と前述の小規模で短命な渦が重なると、渦に対して上向きの吸引力が働き、渦の幅が狭まると同時に風速も増し、コンパクトで強力な渦が形成されて竜巻となるという考え方である。このような条件は、メソサイクロンの気流が回転している中心部にできやすいが、これはスーパーセルの雲の位置的な中心とは異なるため、スーパーセルの雲の端のほうに竜巻ができることも珍しくない。

スーパーセル以外の積乱雲の場合、上昇気流が強まる要因はあまりなく、ウインドシアによって偶然、水平方向に回転する渦が発達すると竜巻になると考えられている。そのため、竜巻の発生域は限られており、発生頻度も低く、勢力もスーパーセルよりは劣るものが多い。ただ、スーパーセルでなくとも被害をもたらすような竜巻は実際に発生しており、同様に注意が必要である。

竜巻の特徴

竜巻は、雲底からゾウの鼻状に垂れ下がる漏斗雲を伴うことが知られている。これは竜巻に巻き込まれた空気中の水蒸気が急激な気圧低下により凝結して生じる。従って、空気が乾燥していたり竜巻が弱い場合は漏斗雲を伴わないことも珍しくないうえ、夜間や豪雨中に発生した場合は漏斗雲を確認できないことも多い。

ちなみに、竜巻の渦は大抵の場合、地上にある渦が上昇気流に引き伸ばされて、上空に延長することでできる。逆に、上空から発達して、下降気流によって地上に引きずりおろされる場合もあるが、稀である。

これに対して、竜巻の雲 (漏斗雲) は大抵の場合、親雲の下端である数百mの上空からでき始めて、次第に地上付近まで延びる。この違いは、竜巻の渦が、気圧傾度力が大きい地上付近から発達するのに対し、漏斗雲は、気圧が低くなることで膨張・冷却されて凝結して形成されるため、より湿度が高く気温が低い上空から下のほうへと発達していくことが原因だと説明されている。しかし、仮説の域にとどまっており実態は解明されていない。

普通の風 (=傾度風) は気圧傾度力とコリオリ力、遠心力の3者が釣り合って吹くことが知られているが、竜巻の場合は水平スケールでの規模が極端に小さいため、気圧傾度力と遠心力のみを考慮した旋衡風の考え方が適用できる。すなわちコリオリ力を考えなくても良いため、竜巻には時計回り・反時計回りの両方が存在している。ただし、メソサイクロンを伴う竜巻の場合、メソサイクロンと同じく北半球では反時計回り、南半球では時計回りが多い。

また、竜巻の進行方向は、親雲の移動方向に左右される部分が大きく、北半球では北～北東～東、南半球では南～南東～東の方向に移動する傾向がある。ただし、台風とは異なり、大きく蛇行したり、規則性のない進路をとる竜巻も多い。

通常は親雲から1個の竜巻が発生するだけであるが、時に発生要因が揃った状態が長く持続すると、最初の竜巻が消滅した後に第2第3の竜巻が続けて出来ることもある。特にアメリカ大陸ではこうした連続発生がしばしば見られ、6個連続で発生したこともある。

竜巻の発生しやすい天候

ガストフロント、ウインドシアといった竜巻の発生要因が揃うことが多い状況には、以下のようなものがある。

• 熱帯低気圧の通過時 - スパイラル・バンド (レインバンド/らせん状降雨帯) やアウターレインバンド (外縁部降雨帯) などの発達した積乱雲の近辺で発生し、低気圧の中心よりも東側に多く発生する。日本では台風の接近に伴って竜巻が多発することが多い。
• 温帯低気圧 (熱帯低気圧以外の低気圧) ・寒冷前線・停滞前線の通過時 - 発達した積乱雲の近辺で発生し、前線については前線の近辺で多く発生する。ただ、スコールラインといって前線から離れた所に発生する例もある。
• 大気不安定時 - 上空への寒気や乾燥した空気の流入、下層への暖湿流の流入など。特に上空への移流によるものは通常の天気図では確認できないことがある。

竜巻の発生地域

世界の竜巻多発地帯（1995年、NCDCによる）

アメリカ合衆国では、年間1000個前後の竜巻が発生し、50人程度が亡くなっている。世界の竜巻の8割がアメリカで発生しているとする文献もある。これはほかの地域に比べて特に多く、その中でも特に竜巻被害の多い同国中部はTornado Alley (竜巻通り、竜巻銀座) と呼ばれている。

アメリカでの被害が際立って多いのは、竜巻の発生数に対する勢力の強い竜巻の割合が非常に多いためであるが、アメリカで発生する竜巻がなぜ勢力が強くなりやすく、かつ連続で発生しやすいかについては解明されていない。

アメリカの他には、南アジア、フィリピン、東アジア、ニュージーランド、オーストラリア西部・東部、カナダ南部、メキシコ北部、南アメリカ東部、ヨーロッパ、南部アフリカなど、中緯度の温帯地方を中心に発生数が多い。温帯での発生が多い理由としては、亜寒帯低圧帯にあって暖気と寒気の衝突する前線で対流性降雨が多いことと、低気圧・高気圧の交互通過やジェット気流などが原因で高度によって風向風速が異なることが多いため気流の回転が生じやすいことが挙げられる。世界の竜巻多発地帯は降水に恵まれた農業地帯に一致していて、災害につながる竜巻をもたらす低気圧などが、他方では豊かな降水をもたらしていることを示している。

日本での竜巻の年間発生数は20個程度だが、単位面積当たりに換算すると0.5個/km²で、同じく約1個/km²のアメリカの半分程度であって極端な差ではない。気象庁の観測記録などによれば、日本で発生する竜巻は、記録されているものに限れば最大でF1～F2のものが時々発生し、数年に一度F3クラスが発生するくらいの頻度と考えられる。なお、竜巻の年間発生数は毎年の変動幅が広く、集計方法の変化などの要因もあって、増加・減少といった傾向は断定できていない。

規模の指標

F4の竜巻の被害例

アメリカオクラホマシティの気象レーダー画像。左下のフック状になっている部分で竜巻が発生した (1999年5月3日)。

一般的に、強風被害を定量的に表す指標としては最大風速や最大瞬間風速が用いられる。しかし、竜巻の場合はその指標を観測している観測所を通過する確率が非常に低く、主に被害から推定することしかできない。そのため、いくつかの指標が考案されてきた。現在では、藤田スケール (Fスケール) が広く用いられているほか、TORROスケールなども用いられている。

藤田スケール

藤田哲也・シカゴ大学名誉教授が1971年に提唱したFujita-Pearson Tornado Scale (通称F-Scale、藤田スケールとも) が、竜巻の規模を表す数値として国際的に広く用いられている。ただし、藤田スケールにおける風速に対応する想定被害と実際の被害とのズレが問題となったため、アメリカではこれを改良した改良藤田スケール（EF-Scale）が2007年から使用されている。

詳細は「藤田スケール」を参照

TORROスケール

イギリスでは、ビューフォート風力階級を基にTORROの考案したTORRO tornado intensity scale (T-scale, TORRO scale) が用いられる。T0からT11の12段階。T0は風力8～9、T11は風力30以上に相当する。

竜巻への対策

竜巻は、発生のメカニズムならびに発達のきっかけが詳しく解明されていないことや、発生時間が短く急激に発達・衰退する局地現象であることから、現在のところ正確な進路予測及び発生予知が非常に難しい、という問題を抱えている。また、竜巻の解明に寄与すると考えられる、竜巻内部の観測は非常に危険であるため、ほとんど行われていない。アメリカでは歴史上たびたび竜巻による壊滅的な被害を受けた例があるため、アメリカを中心として竜巻研究及び対策が進められている。現在、アメリカ中部は竜巻の警報体制や防災設備が世界で最も進んでいる。

観測・警告

竜巻はその規模の小ささや活動期間の短さから、1. (総観スケールの) 天気図作成を通した広域的な気圧配置・気温湿度分布の観測・予測と、2. (メソスケールの) 数kmメッシュ程度の高精度レーダーによる数分～数十分間隔での雨や風の観測・予測を組み合わせて行うのが主流となっている。発生地域の直前予測には、メソスケールのモデルに最新観測データを逐一入力して、数分～数十分後の雨・雲・風分布をリアルタイムで算出する方法が用いられている。

竜巻対策として、アメリカでは気象ドップラー・レーダーによる監視・警告システムが発達しており、NEXRADという100か所を超える規模の観測網を有している。竜巻の持つ激しい気流の渦によって、竜巻の内部で漏斗雲を構成する水滴が高速で回転しているが、ドップラー・レーダーはその回転する水滴を利用して風速を観測することができる。また、竜巻の発生源となるスーパーセルの発生の観測にも適しているため、現在のところドップラー・レーダーが竜巻を常時監視するのに最も適した手法であり、広く導入されてきている。これとあわせて、短時間の数値予報からメソサイクロンなどの発生を予測する手法も併用される。

ドップラー・レーダーでは、発達したスーパーセルを観測するとフックの形をしたフックエコー (Hook echo) という特徴的なエコー画像が発見されることがある。この場合、フックの部分で竜巻が発生する可能性が強く、発生直前 (数十分前) に竜巻への警戒を呼びかける目安となる。また、スーパーセル以外の要因で発生する竜巻の場合は、これまた特徴的なボウエコー (Bow echo) やデレチョ (Derecho) (デレチョの中で竜巻発生の可能性が高いのはシリアルデレチョ (Serial derecho) とハイブリッドデレチョ (Hybrid derecho) ) と呼ばれるエコー画像が得られる場合が多い。

アメリカでは嵐などの悪天候を専門に管轄するStorm Prediction Center (SPC) が設置されており、竜巻などの突風の発生確率の予測が行われている。予報文において"Particularly dangerous situation (PDS, 「特に危険な状況」の意) "が付加されたときは竜巻に対して注意が必要とされ、Tornado watch (竜巻注意報、竜巻監視)、Tornado warning (竜巻警報) の2段階の警報があり、ごく稀に猛烈な竜巻被害が切迫しているときにはTornado emergency (竜巻緊急事態) が出されることもある。カナダにもこれに準じた警報システムがある。

これ以外の多くの地域では、竜巻注意報や竜巻警報という明瞭な形での情報提供は無く、気象情報などで「荒天に注意」「突風が発生しやすい」といった情報が、竜巻に関する情報に最も近い。

日本では、竜巻による甚大な被害が少なく他の気象災害に比べて予報の必要性が低かったこと、変化が激しくリアルタイムで出さなければならない竜巻予報を正確に求めて迅速に広く伝える方法が乏しかったことなどから、竜巻や突風に関する予報や警報が整備されていなかった。しかし1990年代以降、特に2000年代中盤の竜巻被害多発を受けて、ドップラー・レーダーや監視・警告システムの導入が始められており、2008年3月から気象庁の防災気象情報の中で「竜巻注意情報」の発表が開始された。だが、竜巻注意情報はほとんどテレビ・ラジオで放送されない (NHKでは、総合テレビは警報同様に画面上部にテロップで表示し、ラジオ第1放送とFM放送では番組に割り込む形で放送される、民放の例として関西テレビでは通常の気象速報と同じテロップの流し方を行い、終わり前に「この情報は○時○分まで有効です。」と表示を行っている) 上に、気象警報などとは扱いが少し異なるため、確認する上では注意が必要である。また、竜巻等の突風の発生確率を詳細に予測し警戒を呼びかける竜巻ナウキャストの発表を2010年5月から開始した。

竜巻の予報に関する注意点として、以下のようなことが挙げられる。

• 大雨や集中豪雨などの災害に比べて、発生の予測が難しく、「外れ」も多い。
• 予測精度を保つため、数十分後～3時間後程度の短時間予測が中心である。(1日後などの長時間予測では、広域的に「大気の不安定による突風」に注意を呼び掛けることしかできない。)
• 長時間予測で突風の危険が高い時間帯に速報に留意し、短時間予測による注意報などの速報が出たら対策を行う、などの2段構えの対策が必要。 (例: 前日夜～当日朝発表の当日天気で「突風のおそれ」を確認した上で留意しながら、雷注意報や竜巻注意情報が発表されたら警戒を強める。)
• 「竜巻注意情報」は通常の注意報・警報に比べて、的中率が低いという特徴がある。観測された突風に対する捕捉率は2割、情報発表件数に対する的中率は1割弱となっている (2008-2009年)。

竜巻の予兆・前兆

竜巻対策としては、専門家のアドバイスや公的機関による情報提供だけではなく、竜巻の通過直前に見られる現象から危険を察知し、避難を行うことも重要だとされている。

まず、日中の目視可能な時間帯であれば、真っ黒な雲や暗緑色に近い雲が現れる、低く垂れ下がった雲や壁のような雲など不気味な形の雲が上空低い所に現れる、空が急に暗くなる、などの予兆がみられることがある。また、風が急に強くなる、風向が急に変わる、雹が降る、木の葉・枝・建物の残骸・土・砂といった飛散物が上空を飛んでいたり自分の周りに降ってくる、といった予兆もある。

竜巻の接近によって気圧が急降下・急上昇すると、キーンという音や耳鳴りといった耳の異常を感じることがあるほか、激しい気流の渦に伴う轟音、飛散物の衝突に伴う衝撃音などもある。

雷も、竜巻の発生しやすい気象条件であることを示しているが、頻度からすれば関連性はあまり強くない。

避難と被害防止

猛烈な風は、窓ガラスを割り、板やコンクリートなどの建材を崩し、木の枝を折った上、これらを猛スピードで飛散させる。また、勢力の強い竜巻は、大木を根元から吹き飛ばし、数百kg以上の車や構造物をひっくり返したりすることもある。これらの飛散物が、屋外のあらゆる物体や人に衝突して被害を発生させる。

屋内の場合、開いている窓は閉めてカーテンを閉め、窓から離れ、シャッターやドアを閉めるなどした上で、建物の地下や1階に移動し、壊れやすい部屋の隅から離れてできるだけ家の中心に近いところで、机などの下に身を潜めて頭を保護するのが適切な避難方法である。

屋外の場合、周りの飛散物に注意し、壊れて飛散しやすい車庫・物置やプレハブの建物、橋の周囲は避け、頑丈な建物の中に避難するか、体が収まるような水路やくぼみに隠れて頭を保護するのが適切な避難方法である。

竜巻の常襲地域であるアメリカ中部・東部では、各家庭に竜巻避難用のシェルターが普及している。

主な竜巻被害

詳細は「竜巻災害の一覧」を参照

出典

• 竜巻とその親雲の力学 - 野田暁、2005年1月10日
• パンフレット「竜巻等突風災害とその対応」 - 内閣府 気象庁 竜巻等突風対策検討会
• 気団性雷雨・マルチセル型雷雨・スーパーセル型雷雨 - 気象用語集

外部リンク

• 竜巻等の突風データベース - 気象庁

関連項目

• 気象
• 塵旋風
• 藤田哲也 - 竜巻研究の世界的権威“ミスター・トルネード”