竜巻は予測可能? 温暖化によって頻発化? 竜巻について知り、竜巻被害から身を守るすべを確認しよう

竜巻は予測可能? 温暖化によって頻発化? 竜巻について知り、竜巻被害から身を守るすべを確認しよう

竜巻は、周囲の物などを巻き上げながら進行する風の渦です。

小規模かつ短時間の気象災害ですが、破壊力が大きい上に突然発生するため、人口密度の高い地域で発生すると甚大な被害をもたらします。

この記事では、竜巻の概要や発生メカニズム、発生状況、被害について解説するとともに、竜巻に関するいくつかの疑問にもお答えしていきます。

竜巻から身を守る方法についてもご紹介していますので、ぜひ参考にしてください。

竜巻とは

図1: 竜巻の写真
出典: 横浜市「竜巻から身を守るために」(2019)
https://www.city.yokohama.lg.jp/kurashi/bousai-kyukyu-bohan/bousai-saigai/wagaya/tatsumaki/tatsumaki.html

竜巻とは、トルネードとも呼ばれる、積乱雲に伴う上昇気流によって発生する強烈な風の渦のことです。

多くの場合、地上から積乱雲へ延びる漏斗状の雲として認識することができます(図1), [*1]。

台風などと比べると、観測できないほどに小規模かつ短時間の気象災害ですが、忽然と発生するために予測が難しく、様々な気象現象の中でも特に破壊力が大きいという特徴があります[*2]。

日本の竜巻による被害域は、平均的な規模では幅が103m・長さが3.3kmですが、国内で観測されたものの中では最大幅1.6km・長さ50.8kmにまで及びます。移動速度は36km/hが平均で、最大100km/h超の竜巻も観測されています[*3]。

被害の長さと移動速度から、竜巻が消滅するまでの時間は、数分から数十分程度となります。

気象庁では、竜巻は激しい突風の一種とされていますが、それは、竜巻を伴うような発達した積乱雲からは、以下で説明しているダウンバーストやガストフロントといった激しい突風も発生する可能性があるからです(図2), [*1, *4]。

  • ダウンバースト…積乱雲からの下降気流が地表に衝突して水平に広がる強烈な風。風の広がりは数百メートルから十キロメートル程度で、被害地域は扇状に広がることが多い。
  • ガストフロント…積乱雲から下降して地表で広がった冷気が地表の暖気と衝突して形成される前線のこと。その前線では、上昇気流が生じて新たな積乱雲が生まれ、落雷・豪雨・降雹(ひょう)や二次的な竜巻・ダウンバーストが発生することがある。被害地域は、数十キロメートル以上に達することも。

図2: 竜巻・ダウンバースト・ガストフロントの模式図
出典: 埼玉県「II 竜巻を知る」
https://www.pref.saitama.lg.jp/documents/27139/04-chapter2.pdf, p.2

また、竜巻とダウンバースト、ガストフロントのどれが発生するかは予測が難しく、複数が同時に起こることもあります[*1, *4]。

竜巻発生の仕組み

それでは竜巻は、どのような仕組みで発生しているのでしょうか。

そもそも竜巻は、中心の気圧が周囲よりも低く、地表付近では中心に向かって螺旋状の風が吹き、中心に近づくほど風が強くなっています。

中心に向かった風は上空以外逃げ場がなく上昇気流となりますので、竜巻は、周囲の空気や物を巻き上げることとなり、そして移動していきます[*4]。

このような状態にある竜巻の発生には、以下のような条件が必要であると言われています[*3]。

  • 発達した積乱雲があること
  • 回転する空気の流れ(風の渦)があること

下図3は、竜巻の発生過程の一つの例で、暖気と冷気の接触によって生じる大気の状態の不連続面(局地前線)において、上昇気流と風の渦が発生して、上昇気流が積乱雲を生み出し、竜巻が発生する様子を示したものです。

図3(a):局地前線で上昇気流と風の渦が発生する
図3(b):上昇気流が積乱雲を発達させていく
図3(c):積乱雲に伴う上昇気流が風の渦を引き伸ばすと、回転半径が小さくなって風の渦が強まり竜巻を形成する

図3: 局地前線の境界面で竜巻が発生する様子
出典: 新野宏「竜巻」(2007)公益社団法人 日本気象学会
https://www.metsoc.jp/tenki/pdf/2007/2007_11_0009.pdf, p.10

以上が基本的な竜巻の発生メカニズムですが、この発生例にある条件はあくまで必要条件であり、十分条件ではありません。

同様な状態にある積乱雲は無数に見られるにも関わらず、竜巻が滅多に発生しないことを考えると、これらに加えて未解明な条件がさらに必要であることが示唆されます[*3]。

一方、竜巻に不可欠な積乱雲は、1時間程度で消滅する短寿命な現象です。

また、通常の積乱雲は、発達段階では上昇気流が優位であるものの、降水や落雷が生じる成熟段階では上昇気流と下降気流が共存し、消滅段階に至ると下降気流が優位となります。

つまり、積乱雲に伴う上昇気流は、発達段階では強力であるものの、次第に減衰していくのです[*5]。
従って、竜巻は、非常に短い時間にしか発生し得ない現象ということになります。

しかし、積乱雲の中には、スーパーセルと呼ばれる特殊な積乱雲が存在し、しばしば長寿命かつ大規模な竜巻を伴うことが知られています。
スーパーセルとは、通常の積乱雲の直径が数キロ~十数キロメートルであるのに対して、直径が数十キロメートルにも及ぶ巨大積乱雲のことで、寿命も長く数時間にわたって持続することもあります。

その内部には、メソサイクロンと呼ばれる数キロメートルから十キロメートル程度の小さい低気圧が存在し、多くの場合、前方(進行方向)と後方の地表付近にガストフロントが発生しています(図4)。
通常、メソサイクロンでは回転する強い上昇気流が生じていて、ガストフロントの後方では、冷気の下降気流が生じています。

スーパーセルでは、これらの領域が分離されているため、上昇気流と下降気流が互いに減衰し合うことなく循環して持続性を保ち、長寿命かつ大規模な竜巻を生み出すのです[*6, *7, *8]。

図4: スーパーセルの模式図
出典: 益子渉「竜巻の発生機構」(2017)国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jawe/42/1/42_31/_pdf/-char/ja, p.31

竜巻の発生状況とその被害

竜巻は、北アメリカや南アメリカ、アジア、ヨーロッパ、アフリカなど、世界中で発生している気象災害です[*9]。

特に米国では、年間約1300もの竜巻が確認されており、世界で飛び抜けて竜巻の発生数が多くなっています[*10, *11]。

一方、日本の竜巻の確認数は、平均して年間25程度です。

この竜巻の確認数は米国に比べると少なく見えますが、単位面積当たりの発生数に換算すると米国の半分程度であり、決して極端に少ないわけではありません[*10]。

また、米国では、竜巻によって年間54.6人(1975年〜2000年の平均)もの死者が出ています。

2011年には、ミズーリ州で死者158名を記録した大規模な竜巻が発生しました。

米国の竜巻は、主に人口密度が小さい中西部(オクラホマ州付近)で多発していますが、発生数が多く、強力かつ長寿命であるため、毎年のように大きな被害が出ています[*10]。

日本では、1961年から2011年までの51年間で平均して年間0.76人の死者が発生しています[*12]。

最大の人的被害は、2006年に北海道佐呂間町で発生した竜巻による被害で、 9名もの死者が出ています。
日本は人口密度の高い国ですが、米国に比べると竜巻の規模が小さく発生数も少ないため、人的被害が少なくなっています[*10]。

甚大な被害をもたらす竜巻ですが、局地的な竜巻は風速計から風速の実測値を得ることが難しく、1971年以前は竜巻の強さを決定することができませんでした。

そこで考案されたのが、竜巻などの突風により発生した被害の状況から風速を大まかに推定する藤田スケールです(図5)。

図5: 藤田スケールの階級・風速・想定される被害
出典: 一般財団法人 消防防災科学センター「竜巻を知る」(2016)
https://www.bousai-kensyu.com/pdf/knowhow/tatsumaki.pdf, p.6

しかし、藤田スケールは、米国で考案されたものであるために以下のような問題がありました[*13]。

  • 日本の建築物などの被害に対応していない
  • 階級の決定に用いる「屋根瓦がめくれた」などの被害指標が9種類と少ない
  • 階級の風速の幅が広く、階級を決めても大まかにしか風速を表すことができない

そこで日本の気象庁は2015年、これらの問題に対応した「日本版改良藤田スケール」を策定しました(図6)。

図6: 日本版改良藤田スケールの階級・風速・被害の状況
出典: 一般財団法人 消防防災科学センター「竜巻を知る」(2016)
https://www.bousai-kensyu.com/pdf/knowhow/tatsumaki.pdf, p.7

下図7は、日本における竜巻の藤田スケールによる規模別の発生分布です。

竜巻は、全体的な傾向として海岸線沿いで発生確認数が多く、東北地方の日本海側から北陸にかけて、本州と四国の南岸、関東平野・濃尾平野などの太平洋側の平野部、九州及び沖縄県で特に多く確認されています。

同じ海岸線沿いですが、東北地方の太平洋側と瀬戸内海沿岸では発生確認数が少なくなっています。

図7: 竜巻の藤田スケールによる規模別の発生分布図
出典: 気象庁「突風分布図」
https://www.data.jma.go.jp/obd/stats/data/bosai/tornado/stats/bunpu/bunpuzu.html

また、日本では、7月から11月にかけて竜巻の発生数が多いという特徴があります(図8)。

図8: 日本における竜巻の月別発生確認数(1991年~2017年)
出典: 気象庁「月別の発生確認数」
https://www.data.jma.go.jp/obd/stats/data/bosai/tornado/stats/monthly.html

この季節による違いは、低気圧や前線、台風の影響によって大気の状態が不安になりやすいことが原因であると考えられています。

実際、低気圧や前線に伴ったものが57%、台風に伴ったものが28%と報告されています。

竜巻が発生しやすい位置というのもあり、低気圧の暖域(温暖前線の南側)、前線付近、台風の中心付近と北東象限で発生することが多いようです[*3]。

一方、日本に比べると米国の竜巻は規模も被害も非常に大きくなっていますが、それは、米国では中西部にてスーパーセルが頻発していることが理由です[*10]。

スーパーセルに伴う竜巻は上述したように強いものが多く、藤田スケールでF2以上の竜巻の多くが、F4以上ではほぼ全ての竜巻がスーパーセルによって引き起こされています。

例えば、上述の2011年に米国ミズーリ州ジョプリンを襲ったスーパーセル起源の竜巻は、藤田スケールで最強クラスのF5と推定されています[*7]。

日本でも大規模な竜巻被害は、スーパーセルによって引き起こされたものと考えられています。

例えば、上述の2006年に北海道佐呂間町で発生した竜巻(F3)、2012年の常総市・つくば市周辺で相次いで発生した3つの竜巻(そのうちの一つはF3)は、スーパーセルに伴うものと報告されています[*8, *14]。

日本の竜巻は、台風に伴って発生することも多くなっています。

これは、台風に伴ってミニスーパーセルと呼ばれる小型のスーパーセルが頻発することが原因と考えられています。
実際、豊橋市で1999年に発生した4つの竜巻(そのうちの一つはF3)と宮崎県日向市・延岡市、大分県臼杵市などで次々と発生した竜巻(延岡市の竜巻はF2)は、台風に伴うミニスーパーセルから発生したと報告されています[*2, *4, *7]。

竜巻の発生予測と温暖化進行の竜巻への影響

竜巻の発生予測は可能か?

それでは、竜巻の発生は予測できるのでしょうか。

その答えを述べると、竜巻そのものは予測も観測もほとんどできないというのが現在の状況です。
ただし、巨大積乱雲のスーパーセルであれば、ドップラーレーダーによって観測することはできます。

しかし、全ての竜巻がスーパーセルから発生するわけではなく、またスーパーセルについても発生の数十分前になってやっと予測可能というのが現状です[*2]。

竜巻最頻発国の米国では竜巻の注意報・警報を出していますが、それも、ドップラーレーダーによるスーパーセルの捕捉のみに留まっています[*3, *15]。

日本でも、気象庁が2008年から数値予報モデルによる突風発生危険度と全国に展開されたドップラーレーダーによる観測を基にして「竜巻注意情報」を発表しています。

2010年からは、10km四方の領域毎に竜巻などの発生しやすさを「竜巻発生確度ナウキャスト」として発表しています(図9), [*4]。

図9: 竜巻発生確度ナウキャストの発表例
出典: 気象庁「竜巻注意情報・竜巻発生確度ナウキャスト」
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/bosai/tatsumaki.html

しかし、竜巻注意情報は、1時間先までの予測でしかなく、適中率が概ね5%程度、捕捉率も30%程度に過ぎません(図10)。
もちろん、竜巻とダウンバースト、ガストフロントのどれが発生するかの予測もできません。

図10: 竜巻注意情報の精度の推移(2008年~2020年)
出典: 気象庁「竜巻注意情報の精度について」
https://ds.data.jma.go.jp/fcd/tatsumaki/tatsumaki_hyoka_top.html

この予測精度の低さは、竜巻注意情報が米国の竜巻注意報・警報と同様、スーパーセルから発生するような大規模な竜巻を対象としており、日本で発生しやすい小規模な竜巻の発生が予測できないからです[*4]。

地球温暖化の進行は竜巻の規模や発生頻度に影響するのか?

一方、地球温暖化の進行によって様々な気象災害が甚大化していることから、竜巻も激甚化し、発生頻度もまた増大するのではないかという疑問が浮かびます。

気象庁のデータからは、今のところ、竜巻に甚大化の傾向はなく、竜巻の調査を強化した2007年以降に竜巻が頻発化しているという傾向も見られません(図11), [*4, *16]。

図11: 竜巻の年別発生確認数(1961年~2017年)
出典: 気象庁「年別の発生確認数」
http://www.data.jma.go.jp/obd/stats/data/bosai/tornado/stats/annually.html

しかし、そもそも竜巻は、被害があった場合や誰かに発見されて気象台が調査した場合にしか発生確認数としてカウントされません[*17]。

従って、人気のない地域で竜巻が発生している可能性は十分にあり、現状の少ないデータから、竜巻の規模や頻度の推移について述べることは適切ではないでしょう。

また、米国における竜巻についても、1994年〜2013年のデータからは、大規模化したり、頻発化したりしているといった傾向は見られません[*18]。

しかし、21世紀末(2076年〜2095年)の日本では、F2以上の強力な竜巻が、春から秋にかけて2〜3倍発生しやすくなるという研究結果が気象庁から発表されています[*19]。

具体的には、沖縄を除く全地域の全ての季節で、積乱雲が発生しやすくかつ発達しやすくなり、これらの傾向は特に夏に顕著になるという結果です。

沖縄については、春の竜巻発生数の増大が予測されています。

なお、この研究は、スーパーコンピューターを用いたシミュレーションによるもので、以下の指標から結果が導き出されています[*20, *21]。

  • 対流有効位置エネルギー(CAPE)…積乱雲の発生しやすさの指標
  • ストームに相対的なヘリシティー(SReH)…積乱雲のスーパーセルへの発達しやすさの指標
  • シビアウェザー指数(SWEAT)…激しい雷雨の発生しやすさの指標

その一方で、温暖化が進んだ気候においては、鉛直シアー(風向や風速が地表と上空とで大きく変化していること)が弱まるため、スーパーセルの発生頻度が減少する傾向にあるという報告もあります。

そのため、現段階では、将来の温暖化気候において竜巻がどう変化するかについて評価するのは困難であると考えられています[*22]。

竜巻から身を守るには[*23]

このように未解明な部分が多く、発生予測も難しい竜巻ですが、その発生前には、下図12のような様々な予兆があります。

図12: 竜巻の発生前の予兆
出典: 内閣府政策統括官(防災担当)「竜巻から身を守ろう!-自ら身を守るために-」(2014)
http://www.bousai.go.jp/fusuigai/tatsumakikyokucho/pdf/h25-t/tatsumaki2.pdf, p.2

もちろん、これらの予兆があったとしても、必ず竜巻が発生するわけではありませんが、竜巻のほか、強い突風(ダウンバースト)や落雷なども起こる可能性があり、危険性が増大していることに間違いはありません。

そのため、これらの予兆があった場合には、以下のような退避行動を取りましょう。

  • 屋内では、雨戸や窓、カーテンを閉め、建物の中心部に近い部屋に移動する。
  • 屋外にいる場合には、直ちに屋内に退避する。

特に、高所で作業している場合などは、危険性が高いので、早めに避難することが重要です。

また、下図13に見られるような、竜巻が発生・接近している様子を確認した場合や、竜巻が迫っているサインを確認した場合は、直ちに退避行動を取りましょう。

図13: 竜巻の発生・接近のサイン
出典: 内閣府政策統括官(防災担当)「竜巻から身を守ろう!-自ら身を守るために-」(2014)
http://www.bousai.go.jp/fusuigai/tatsumakikyokucho/pdf/h25-t/tatsumaki2.pdf, p.3

例えば、屋内にいる場合は、窓やドアから離れ、建物の中心部に近くなるべく窓のない部屋に駆け込みます。
浴槽の中や机の下など、頑丈な物の陰に入り込むことも安全性の確保には有効ですし、頭や首などを守ることも安全性の向上に寄与するでしょう。

屋外にいる場合は、車庫や物置、プレハブなどではなく、鉄筋コンクリート製などの強度の高い建物に駆け込みましょう。
周囲に建物がない場合は、多少なりとも安全性は上がるので、頑丈な構造物の陰に隠れたり、側溝などに伏せたりしましょう。

竜巻に備えて、事前に以下のような準備を行っておくことも大切です。

  • 予め避難場所を考えておく
  • 窓ガラスの破砕防止に有効な飛散防止フィルムを用意しておく
  • 竜巻発生情報の入手手段を確認しておく

ただし、竜巻は、注意報などが出なくても発生することがあります。

竜巻発生前の予兆に気付いたり、竜巻接近のサインを確認したり、竜巻を発見したりした場合は、自ら動き、自分や周囲の人々の命を守るための行動を取りましょう。

 

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参照・引用を見る

1.

気象庁「竜巻などの激しい突風とは」
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/toppuu/tornado1-1.html

 

2.

気象庁 気象研究所「積乱雲と竜巻のシミュレーション実験」(2007)
https://www.mri-jma.go.jp/Topics/H20/tornage_sympo/tornado_sympo_1_5.pdf, p.3, p.4, p.6

 

3.

福岡管区気象台「竜巻Q&A」
https://www.jma-net.go.jp/fukuoka/chosa/tatsumaki/question.html

 

4.

一般財団法人 消防防災科学センター「竜巻を知る」(2016)
https://www.bousai-kensyu.com/pdf/knowhow/tatsumaki.pdf, p.4, p.5, p.12, p.13, p.14, p.16, p.17, p.18

 

5.

竹見哲也「ダウンバーストとガストフロント:積乱雲による突風現象」(2012)国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jawe/37/3/37_172/_pdf/-char/ja, p.172

 

6.

気象庁「積乱雲って どんな雲?」
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/tenki_chuui/tenki_chuui_p2.html

 

7.

益子渉「竜巻の発生機構」(2017)国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jawe/42/1/42_31/_pdf/-char/ja, p.31, p.32

 

8.

気象庁「平成24年5月6日に発生した竜巻について(報告)」(2012)
http://www.jma.go.jp/jma/menu/tatsumaki-portal/tyousa-houkoku.pdf, p.10, p.12

 

9.

NOAA National Severe Storms Laboratory「Tornado Basics」
https://www.nssl.noaa.gov/education/svrwx101/tornadoes/

 

10.

気象庁「アメリカで発生するトルネードとの違い」
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/toppuu/tornado1-3.html

 

11.

国立研究開発法人 防災科学技術研究所「V 世界の自然災害」
https://dil.bosai.go.jp/workshop/05kouza_chiiki/05sekai.html

 

12.

小林文明・野呂瀬敬子「日本の竜巻による人的被害の特徴」(2012)国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)
https://www.jstage.jst.go.jp/article/kazekosymp/22/0/22_79/_pdf, p.79, p.80

 

13.

気象庁「日本版改良藤田(JEF)スケールとは」
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/toppuu/tornado1-2-2.html

 

14.

気象庁「佐呂間町で発生した竜巻をもたらした積乱雲の再現実験(雲解像モデルによる)においてスーパーセルを確認」(2006)
https://www.jma.go.jp/jma/press/0611/17a/mri20061117.pdf, p.1

 

15.

気象庁 気象研究所「気象レーダでみる竜巻とその親雲」
https://www.mri-jma.go.jp/Topics/H24/Kouenkai201206/120630_Tsukuba-tornado-suzuki.pdf, p.4, p.6, p.8, p.9

 

16.

気象庁「年代別の事例一覧」
https://www.data.jma.go.jp/obd/stats/data/bosai/tornado/list/2011.html

 

17.

気象庁「竜巻等の突風調査の概要」
http://www.data.jma.go.jp/obd/stats/data/bosai/tornado/kaisetsu/reserch.html

 

18.

一般財団法 人自治体国際化協会(クレア)「アメリカで発生する竜巻災害とその対応」(2015)
http://www.clair.or.jp/j/forum/pub/docs/413.pdf, p.11

 

19.

気象庁「トピックス」
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/books/hakusho/2014/HN2014topics.pdf, p.41

 

20.

気象庁「地球温暖化予測情報 第8巻」(2013)
https://www.data.jma.go.jp/cpdinfo/GWP/Vol8/pdf/all.pdf, p.73, p.74

 

21.

気象庁「竜巻発生確度ナウキャスト・竜巻注意情報について-突風に関する防災気象情報の改善-」(2011)
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/books/sokkou/78/vol78p057.pdf, p.63, p.64, p.65

 

22.

竹見哲也「地球温暖化に伴う気象災害の影響評価」(2015)国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jawe/40/4/40_399/_pdf/-char/ja, p.401

 

23.

内閣府政策統括官(防災担当)「竜巻から身を守ろう!-自ら身を守るために-」(2014)
http://www.bousai.go.jp/fusuigai/tatsumakikyokucho/pdf/h25-t/tatsumaki2.pdf, p.2, p.3