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楽しい気象学

第5回 波の性質

波の性質 波というと、高さばかりが気になってしまいそうです。
しかし、波の力は高さだけでは決まりません。
もちろん、傾向としては高い波ほどひとつの波の水量が多く、海水の動きも大きいと言えますが、実際の波の姿は、それほど単純ではないのです。
天気図を見ればわかるように、高気圧や低気圧は同じ海域にひとつとは限りません。
勢力や大きさもさまざまな高気圧や低気圧が点在しているのが普通です。

ですから、風が強く吹く場所もあちこちに分布していて、それぞれの場所でその風に応じた波が立ちます。

さらに、そこから周囲にうねりが広がっていきます。
このため、たとえ風が吹いていなくても、遠方から進んでくるうねりによって、海面は常に揺れ動いているのです。

しかも、うねりや波は一方向からだけやってくるとは限りません。
別々の方向からやってきた波が錯綜したり、早い波が遅い波に追いついたりするので、海面の動きはますます複雑になり、波はひとつひとつ違うのが普通です。

波の性質を決める要素には、波高の他に波のてっぺん(あるいは底)から次の波のてっぺん(あるいは底)までの距離である「波長」、ひとつの波の上下に何秒かかるかという「周期」、一定の時間に何回の波が来るかという「周波数」、波が進む速さの「波速」、波長と波高から求められる「波形勾配」などがあって、それぞれが関係しています。

01
海上にある低気圧や台風は、複数あるのが当たり前。なので、いろいろな波がさまざまな方角からやってきて干渉し合う。
02
波の高さが同じでも、波長が長い(=周期が長い)波のほうが波速が速い。このため、近くにある低気圧からの波よりも、遠くの台風からの波のほうが先に届くこともある。

実際に、公式によってそれぞれの関係を計算することもできますが、覚えておきたいのは、これらの要素の中で大切なのは、「波長」あるいは「周期」だということです。

「波長」が長い波は「周期」も長いという関係にあって、ある程度発達した低気圧の波は周期がだいたい8秒前後、波長は100m程度、台風になると、周期16秒、波長が400mにもなる波が発生します。
重力に耐えられる波の高さの限界は、波長の7分の1と言われていますから、理論上考えられる波の高さは、波長が100mの波なら約14m、波長400mの台風なら約4倍の56mということになります。
リーフに波長の長い波がやってくると、急に海面が高く盛り上がって、一気に崩れてくることがありますから、一見ゆったりした波でも油断できません。

また、波長の長い、イコール周期の長い波は、波が進む速度(正確には群速度と言います)も早く、周期8秒の波なら時速22km、周期16秒では時速45kmにもなります。
ということは、例えば低気圧の向こうに台風があるとき、低気圧の波が届く前に、もっと遠くからやってくる台風の波が到達することもあるわけです。
天気図で判断して、低気圧のほうが近いから、波もすぐには高くならないだろうなんて思っていると、不意をつかれて急に波が高くなることもあるので気をつけないといけません。
もちろん波の高さも重要ですが、高さと同時に波形勾配も大切です。
どんなに高い波でも、勾配が非常に緩やかなら海面は緩やかに上下するだけです。

しかし、波の高さがたいしたことなくても、波形勾配が急だと、船が転覆くらいの波になることも十分考えられます。
異なった方向から進んできた波がたまたま重なったときや、波が進む方向と海上の風の向きが正反対のときなどは、こういう切り立った波が発生しやすいので危険です。

海岸近くの波はさらに複雑です。
陸地の影響で、波の向きが変化したり、海岸に当たって跳ね返ってくる波があったり、また海底が浅くなることによって、波の周期や波長、波速、波高など、すべての要素が変化してくるからです。
リーフや暗礁が多いダイビング・ポイントも同じように波が変化しやすいので、天気図からは遠くの波も読み取ったうえで、急な波の変化にも耐えられるよう、慎重に行動するに越したことはありません。




タイフーン、ハリケーン、サイクロン 波の性質
大西洋には台風がない。
というと大西洋には嵐がないような誤解を与えるかもしれませんが、これは単なるコトバの問題。
発達した熱帯低気圧が台風と呼ばれるのは北西太平洋だけで、北東太平洋、北大西洋ではハリケーンと呼ばれます。
南半球やインド洋ではサイクロン。
2006年の8月には、北東太平洋にあったハリケーンが子午線を超えて北西太平洋に進み、台風12号になりました。


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