フェレル循環：中緯度における大気循環のメカニズム

フェレル循環（Ferrel circulation）は、地球の大気大循環において、緯度30度付近から60度付近の中緯度帯に形成される大気の循環構造です。南北両半球に存在し、19世紀の気象学者ウィリアム・フェレルによって提唱された理論に基づきその名が付けられました。

循環の構造と性質

地球の大気大循環は、赤道付近で上昇し緯度30度付近で下降する「ハドレー循環」と、極付近で下降し緯度60度付近で上昇する「極循環」の二つの直接循環を基本としています。これらに対し、フェレル循環はハドレー循環と極循環の間に位置し、低緯度側で下降し高緯度側で上昇するという「間接循環」の構造をとっています。

直接循環が熱源と冷却源によって直接駆動されるのに対し、フェレル循環はハドレー循環や極循環といった他の循環や、地球の自転、地表の熱収支などの影響を受けて成立しています。このため、一部の資料では「見かけ上の循環」とも表現されます。

中緯度における熱輸送

フェレル循環が支配する中緯度帯では、地表付近で偏西風が吹いています。直接循環が循環そのものによって熱を輸送するのに対し、フェレル循環における熱輸送の主役は、傾圧不安定波である偏西風の波動です。中緯度では温帯低気圧が東進することで気圧配置が日々変動し、偏西風が南北に波打つことで、低緯度から高緯度への熱輸送が行われています。

この熱輸送の効率は南北の温度差に依存しており、温度差が大きいほど波動が発達し、輸送量も増加します。また、温度風の関係により、偏西風の風速は上空ほど強まり、対流圏界面付近で最大となるジェット気流が形成されます。