竜巻を知る-積乱雲との深い関係-

こんにちは、管理人のアカツキです。
今回取り上げる防災お役立ち情報は竜巻についてです。

竜巻現象は、日本では珍しい現象である、そう思われるかも知れません。
しかし、1年あたりの発生件数は23件(2007～2017年、海上竜巻を除く)となっており、決して少なくない数になっています。そして竜巻は年間を通して日本全国場所を問わず発生しており、7～11月にかけて多い傾向があります。特に9月が最多となっております。

そのような観点から、どこにいても竜巻の被害を受ける可能性があると考え、その理解を深めていくことは大事なことだと思います。この記事では竜巻について実際の事例や対策を見ていくことにしましょう。

日本で発生した竜巻の事例

まずは日本でどのような竜巻が発生したのか、少しその例を見ていきましょう。

事例(1) 2006年(平成18年)9月17日 宮崎県延岡市

この日、九州の南西には強い台風13号(サンサン)があり、接近していました。このため台風に伴う雨雲が発達し、突風被害が発生しました。発生した時刻は14時07分頃とされています。

この竜巻によって多くの建物がダメージを受け、犠牲者も出るなど大きな被害が発生しました。またこの事例では、JR九州の日豊(にっぽう)本線を走る別府駅発宮崎空港行きの特急列車「にちりん9号(5両編成)」が竜巻による突風で先頭3両が脱線し、さらに1両目と2両目が横転するという事故が起こりました。この事故で運転士も含めた7名が軽傷を負っています。

鉄道事故などを調査する運輸調査委員会の報告書によれば、にちりん9号の先頭3両は秒速51m～53mより強い風が吹くと転覆する可能性がありました(転覆限界風速、列車の走行速度や風向きの影響を考えない簡略化した計算式によるもの)。

実際に現場では藤田スケールでF2(秒速50m～69m)の竜巻が発生したと推定されています。このことから、にちりん9号は転覆限界風速の風を受けて脱線したものと考えられています。

事例(2) 2006年(平成18年)11月18日 北海道佐呂間町

こちらも同じ2006年に発生した竜巻被害です。佐呂間町若佐を中心として長さ約1.4km、幅最大約300mの帯状の範囲が被害を受けました。

佐呂間町では国道333号線に新佐呂間トンネルを建設中でしたが、竜巻はその工事事務所を跡形もなく吹き飛ばしました。その風速は4トントラックをもひっくり返す程の強さでした。竜巻によって飛散した物が北に約15km離れた地点まで確認されたという記録もあります。

竜巻の強さはF3(秒速70m～92m)とされ、これは国内の観測史上最大規模となりました。

最新の竜巻(可能性が高い) 2021年(令和3年)9月18日 和歌山県美浜市

ここまで過去の事例を取り上げましたが、直近のケースも取り上げてみます。今回の記事を投稿する10日ほど前の9月18日0時から1時頃、和歌山県の美浜町吉原から御坊(ごぼう)市湯川町丸山の直線距離およそ2kmにかけて突風が発生しました。

この突風で1人が軽いケガをした他、家の屋根瓦などが飛ぶなど51棟に被害が出ました。
その後の和歌山地方気象台による調査の結果、竜巻の可能性が高いと判断されました。

竜巻の風速は秒速45mと推定されており、後に述べますが、竜巻の風の強さを表す改良藤田スケールはJEF1にあたります。この時、西日本は台風14号(チャンスー)が横断していてさらに前線もあるという状況でした。そのため大気の状態が不安定になり、竜巻が発生したものと見られます。

このように竜巻はその発生する時間の長さや被害を及ぼす範囲にはかなりの制限があります。しかし、一度発生するとその威力は台風を超え、場合によってはそこにあるものを全て吹き飛ばしてしまうほどの恐ろしさがあります。

それでは竜巻とはどういったものなのか？それを見ていくことにしましょう。

竜巻とは？

竜巻は積乱雲によって起こる渦巻き

では、竜巻とはどのようなものなのでしょうか。気象庁の予報用語によればこのようなものが竜巻とされています。

やや難しい記述になっていますが、一言で言うならば雲から垂れ下がる大きな渦巻きということです。
そしてその渦巻きは、夏によく見る入道雲、つまり積乱雲によって起こるということなんですね。

積乱雲が激しい雨や雷をもたらすことは知られていることだと思いますが、それに加えて竜巻も起こす可能性がある、ということを覚えておきましょう。

また、天気予報などで「大気が不安定な状態」ということを度々耳にすることがあると思います。このような時に積乱雲が発生しやすくなります。そのため、天気の急変に気を付ける必要が出てくるんですね。

竜巻の強さはFスケールで表します

竜巻の発生原因は上に述べた通りですが、そうなると次に気になることは竜巻の強さ、つまりどのくらいの風が吹くの？ということになってきます。

ただ、竜巻という現象は台風のように数百kmの範囲で風が吹くようなものではありません。その範囲は長さ数km～数十km、幅が数十m～数百mと狭いものになります。そのため、被害場所にちょうど風速計があって、実際の風速を測定するというのは難しくなってしまいます。

ですが気象庁などの竜巻データを見ると風速が示されています。ではどうやって風速を出しているかというと、その被害の状況からこれくらいの風が吹いただろう、という逆算をして推定しています。そこで被害状況を階級に当てはめ、そこから風速を推定する方法が考案されました。

そしてこの方法を考案されたのが気象学者の藤田哲也さんでした。何と日本人の方なんですね。
この尺度は「藤田スケール(Fスケール)」と呼ばれ、日本やアメリカ、世界各国で広く利用されてきました。

藤田スケールの一覧表
(日本ではF4、F5の竜巻は観測されていません)

しかし近年、Fスケールの見直しが行われ、2016年(平成28年)4月から「日本版改良藤田スケール(JEFスケール)」の運用が開始されています。

日本版改良藤田スケールの一覧表

上のFスケールとJEFスケールの表を見ると、後者はより被害の対象になっている物が細かくなっていることに気付かれると思います。

またJEFスケールでは、スケールを決める時に「こんな物が」という被害を受けた物と、その物が「どうなった」という被害を受けた度合いに分けて推定される風速を算出します。そしてその風速が対応するJFEスケールを決定する手順になっています。その対象となる「物」は全30種類が選ばれています。

先ほどの事例はJEFスケールではなく、Fスケールだということにも注意してください。

竜巻はどこで起こるの？

日本全国どこでも起こる可能性があります

ここまで竜巻の事例などを見てきました。その被害範囲は広くはありませんが、一たび発生すれば、大変大きな被害をもたらすであろうことが見えてきます。

そうしますと、竜巻はどういった所で発生するのか？ということになります。

これについては気象庁が詳細なデータベースを作成しており「竜巻ポータルサイト」で公開しています。

上の画像は、気象庁が作成した竜巻発生場所を示した分布図です。赤丸がそのポイントに対応しています。これを見ると、竜巻の発生場所は全国にくまなく分布している、と言うことができるでしょう。

またどちらかというと内陸部ではなく、沿岸部で多めに発生しているように見えます。
いずれにせよ、日本全国どの場所においても竜巻が発生する可能性があるということが大事です。

9月は特に竜巻が多い

竜巻ポータルサイトでは、竜巻がどのような季節、時間帯に発生したかといった情報も調べられています。ここでは月別の発生件数を取り上げてみました。

このグラフによれば、7月～11月で多く竜巻が発生しており、9月が最多であることが読み取れます。竜巻を起こしやすい気象条件の一つが台風になりますが、その他にも寒気や暖気が流れ込むことによって大気が不安定になることも大きな要因になります。

このシーズンに竜巻が多いことは、台風などが多いことからも言えるかと思います。
しかし、グラフはどの季節においても竜巻が発生し得ることを示しています。

たとえば日本の冬は気圧配置が西高東低になることが知られています。
この時、日本海側ではシベリア方面から吹き付ける風が海上の水蒸気を吸い上げ、積乱雲を発生するようになります。積乱雲の発達が竜巻の発生原因になりますから、冬でも竜巻が発生する可能性があるということです。ちなみに北陸は冬に雷が多いと言われますが、これも上の理由によるものなんですね。

竜巻から身を守るには

まずはその兆しを見きわめよう

竜巻は日本のどこでも、季節なども問わず発生することを見てきました。
そうなると次に知りたいのは、どんな時に竜巻が発生するのか？ということだと思います。
もし何かの兆候があれば、私たちは行動を取ることができます。

そのような兆候として次のようなことが挙げられます。

このような状況では、竜巻をもたらす積乱雲が近づいている可能性があります。
さらに竜巻が発生し、近づいてきた時には次のような変化があります。

これらの変化を見逃さないことが大切です。

取るべき行動は？

先ほどのような兆しを感じたら、まずは屋内に逃げるのが先決です。
そして雨戸や窓、カーテンなどを閉めること。竜巻の風速は並みの台風を超えてきます。また辺り一帯の物を飛ばしながら動くので、風のエネルギーを受けた物が窓に衝突し、ガラスが割れ、さらにその破片がおそってくることが考えられます。

窓が開けっぱなしだと竜巻に巻き上げられた物がお構いなしに入ってきますから、まずは閉める。閉めた上で窓から離れた部屋に行くことが大事です。

気象庁のリーフレット「竜巻から身を守ろう！」では、竜巻が接近した時に取るべき行動として次のようなことを呼びかけています。

気象庁の情報を入手しよう

3つ+1つの情報に注意

もう一つ大事なことは、情報を集めることです。
気象庁が発表している竜巻に関する気象情報は全部で3つあり、それぞれ発表されるタイミングが異なります。時系列で整理すると次のようになります。

まず(1)予告的な気象情報は、「雷及び突風に関する〇〇県気象情報」といったタイトルで突風が発生すると予想される半日～1日前に発表されます。実際に気象庁のサイトで確認してみましょう。情報を確認するための手順は次の3ステップです。

地域を選んでいった後に出てくるのが次の気象情報一覧です。今回は福島県を例に挙げてみました(2021年(令和3年)9月23日)。

まず1枚目の画像を見ると「全般気象情報」「東北地方の地方気象情報」「福島県の府県気象情報」と3つの情報枠があることが分かります。気象庁では、情報を発表する地域を分けていて、全国を対象とするなら全般、地方予報区(全国を11に分けた地域)であれば地方、そして都道府県を対象にするなら府県気象情報として発表しています。

この日は上空に寒気を伴う低気圧が北日本を通過したため、大気が不安定な状態になりました。そのため2枚目、3枚目のように注意を呼びかける情報が発表されたわけなんですね。

(2)雷注意報は、積乱雲の発生で雷や突風が起こる数時間前に発表される注意報です。注意報には備考・関連する現象という項目がありますが、もし竜巻などが予想される場合にはこの部分に「竜巻」や「ひょう」などの文言が追加されるようになっています。

そして(3)竜巻注意情報は、今まさに竜巻が発生しやすい気象状況になっていることを伝える情報になります。竜巻注意情報は発表された場合、次に見ていく「竜巻発生確度ナウキャスト」でくわしいエリアを確認したり、実際に空の様子を確認したりして先ほどお示しした身を守る行動を取ることになります。

ちなみに竜巻注意情報には情報が有効な時間が設定されており、約1時間となっています。これは竜巻などの激しい突風が発生しやすい状況は長時間続かないことが多いためです。

もしそのような状況が有効な時間を過ぎても続くと予測された場合は、再度竜巻注意情報が発表されます。次の画像の3枚目は、島根県に発表された竜巻注意情報ですが、第4号であることに注意してみてください。

竜巻発生確度ナウキャストで確度1と2のエリアを確認

竜巻注意情報が出された場合、その地域では竜巻の発生に注意する必要があります。ただ、情報の発表単位は「一次細分区域」という区分で発表されます。通常の天気予報などですと、全国を市町村単位まで細かく分けて〇〇市に雷注意報が発表されたりしますよね？

これが竜巻注意情報では、たとえば〇〇県沿岸部だとか東部、中部といった少し大きな区分で発表されるということです。

竜巻はその被害をもたらす範囲が、長さ数km～数十km、幅数十m～数百mと言われます。そうなりますと県全体の大きさから考えてその情報発表範囲が大きすぎるようにも思えます。

これを補足するのが「竜巻発生確度ナウキャスト」です。
竜巻などの激しい突風が予想される場合、竜巻が現在発生、または今にも発生する可能性の程度を「発生確度」という用語で地図にそのエリアが表示されるようになっています。発生確度には2つあり、それぞれ発生確度1と発生確度2があります。

このうち、発生確度2が現れた地域に竜巻注意情報が発表されるようになっています。
この情報では平常時でも10分ごと、1時間先までの移動予測が提供されます。地域を10km四方の格子に分けて、確度1と2の情報が示されるようになっています。

ただ、注意したいのはこれらの情報が出たからといって必ずしも竜巻が発生するわけではないということです。突風の現象は最新技術でも予測が難しいのが実状です。そのため予測の精度も決して高くはありません。気象庁ではその予測精度の評価について次のような表から得られる適中率と捕捉率を示しています。

適中率とは、全予報のうち、突風が実際に発生した、つまり予報が適中した割合で
$$適中率=\frac{a}{a+c}$$
一方、捕捉率は発生した突風をどれだけ予報できたかを示す割合で
$$捕捉率=\frac{a}{a+b}$$
で表されます。

気象庁によれば、発生確度2の適中率は7%～14%となっており、発生確度1の1%～7%程度と比べて高めになっています。ただそれでもその値は低く、確度2は出したけれど突風が発生しなかったという空振りはあると考えなければなりません。

また捕捉率は50%～70%程度と低めですので、確度2が出ていないときに竜巻などの突風が発生していたという見逃しが多くなります。確度1はそれを補う意味合いもあり、捕捉率が80%程度と高めになっている一方で適中率が低めになっています。

数字を見るとあまり当てにできないようにも思えますが、この情報が出ている地域は突風が発生しやすい気象状況にある、ということは違いありません。予告的な気象情報も含めて総合的に情報を集め、また実際に空の様子を確認することが大事なのだと思います。

竜巻の発生を探る気象ドップラーレーダー

ところで、レーダーって何？

最後に、竜巻発生確度ナウキャストや竜巻注意情報の発表は、気象庁がどのようにして行っているのかを少し述べたいと思います。

これらの予測方法には(1)数値予報と(2)気象レーダーによる観測があり、それらを総合的に判断して情報を発表しています。ここではその一例として(2)気象レーダーによる観測について少し見てみましょう。

まず「レーダー」についてです。このレーダーというのは英語の頭文字を読んだものなんですね。

Radioというのはラジオという意味もありますが、無線通信という意味もあります。線が必要としない通信ですから、電波を使うということなんですね。

つまり、電波を目標に飛ばして目標がその電波を反射したものをキャッチすることで、目標を検知してその位置を測定することができるもの、それがレーダーになります。レーダーという言葉自体にレーダーの意味が含まれているんですね。

余談ですが、アップル社のiPad ProやiPhone12 Pro、iPhone13 ProにはLiDAR(ライダー)スキャナというセンサーが搭載されています。レーダーとライダー、何だか似ていますよね。LiDARのLiは光、つまりLightという意味なんです。ですのでLiDARは光による検出と測距、ということになります。こちらは光(赤外線)を発射して目標までの位置を測定しています。

ドップラー効果を利用して竜巻の可能性を調べる

竜巻を引き起こす積乱雲の中にも、図抜けて大きく、寿命も長いものができることがあります。そのような積乱雲は「スーパーセル(巨大積乱雲)」と呼ばれます。そのため、発生する竜巻もより強くなります。

また、スーパーセルの特徴として「メソサイクロン」と呼ばれる直径が数kmもの渦を持つことが挙げられます。このようなメソサイクロンに対して気象レーダーを使うことで、竜巻が発生する可能性を判断することができます。

そのために使用するのが「気象ドップラーレーダー」です。ドップラー・・・どこかで聞いたような懐かしい言葉だと思います。おそらく高校の物理でドップラー効果というものをそこはかとなく習われた方もおられるかと思います。

ドップラー効果というのは、よく言われるのが救急車やパトカーのサイレン音ですね。近づくとサイレン音が高くなり、遠ざかると低くなって聞こえる現象。あれがドップラー効果です。

このドップラー効果は電波を使っても起こります。電波をメソサイクロンに当て、反射してきた電波との周波数差をなんやかんや調べることで、こちらに近づいてくる風と遠ざかっていく風の速度を知ることができます。ちなみにこの仕組みはスピードガンにも使われています。野球でピッチャーが投げるボールの球速などは、ドップラー効果を利用して測っているんですね。

ある範囲で近づく風と遠ざかる風が両方ある・・・これってその場所に渦ができていると考えることはできないでしょうか。

もしドップラーレーダーで積乱雲を観測して、先のパターンが検出できれば、そこにはメソサイクロンがある、と判定することができます。もちろんスーパーセルが必ず竜巻を発生させるわけでもありませんし、スーパーセルがなくとも竜巻が発生することがあります。しかし、このような観測によって気象情報が発表されている、ということはぜひ知っておきたいことだと思います。

まとめです

今回のお役立ち防災情報は「竜巻」を取り上げました。
竜巻現象は一度起こるとその被害は大きなものになってしまいます。
その兆しは実際に雲を観察することと、情報を集めることでつかむことができます。

また本記事では竜巻にフォーカスを当てましたが、突風現象には「ダウンバースト」や「ガストフロント」というものもあります。先の竜巻注意情報や竜巻発生確度ナウキャストには、それらに対する注意が含まれていることにも留意してください。

天気予報の「大気が不安定な状態」という言葉に注意を注ぎ、さらなる防災対策をしていきましょう！