ChatGPTに、台風発生の仕組みについて聞いてみる → 一般的な内容までは回答OK・あまり馴染みのない根本的な部分を正確に答えるのは苦手

はじめに

ChatGPTに、科学的な内容についてどれぐらい教えて貰えるものなのか、試しにChatGPTに聞いてみました。どれぐらい信用できる回答が得られるのか、調べてみます。

例として、ここでは台風発生の仕組みについて、ChatGPTに聞いてみます。

所感

最近思っているChatGPTへの印象:

• とにかくそれらしく上手にしゃべる。
• 知ったか振りしてでも上手にしゃべる。
• 正しい事・正しくない事を織り交ぜて、適当に勢いでペラペラしゃべるのが好きな人のタイプに似ている。(実は一番困るタイプ)
• 一般的なこと・大枠の方向性は、大体いつも正しい模様。
• 一方、細かい所を聞けば聞く程、意味のずれ・間違いが多い。
• 文章例の生成、文章の言い換え、滑らかな文体へ変換、滑らかな翻訳等に、とりわけ向いている印象。
• とはいえ、ここまで上手にしゃべるのは、相当凄い技術、脱帽。

台風発生の仕組みについて、ChatGPTに聞いてみる

▼私(人間)
台風はなぜ出来るのでしょうか?

▼ChatGPT(自動応答)
台風は、海上で発生する熱帯低気圧の一種です。熱帯低気圧は、海面温度が28℃以上の海域で発生し、暖かく湿った空気が上昇することで形成されます。

暖かく湿った空気が上昇すると、水蒸気が凝結して雲が形成され、熱が放出されます。この熱が、熱帯低気圧を強化するエンジンのような役割を果たします。また、熱帯低気圧が移動する過程で、地球の回転力によって右回りの渦が生じます。この渦が強まることで、熱帯低気圧はより強い風を伴う台風に発達します。

台風が発生するのは、特に夏から秋にかけて、太平洋や東シナ海などの海域で多く観測されます。

▼私(人間)
海面温度が28℃以上で、海面上の暖かく湿った空気が上昇しようとする力が、台風の発生の一因ということは分かりますが、海面温度が28℃以上であっても、台風になる時とならない時があります。台風はなぜ出来るのでしょうか?

▼ChatGPT(自動応答)
海面温度が28℃以上であっても、台風が発生するかどうかは、様々な要因が関与しています。以下に、台風が発生するために必要な条件について説明します。

1. 上昇気流: 台風は、暖かく湿った空気が上昇することによって形成されます。そのため、台風が発生するためには、上昇気流が必要です。上昇気流が弱い場合は、熱帯低気圧が形成されても台風には発達しません。

2. 気圧の低下: 台風は、気圧の低い領域に発生します。そのため、台風が発生するためには、周囲の気圧が比較的高い状態である必要があります。

3. 風のシア: 台風が発生する過程で、地球の回転力によって右回りの渦が生じます。しかし、風の向きや速さが高度によって異なる「風のシア」と呼ばれる現象が生じると、渦が乱れて台風が発達しづらくなります。

4. 水温の分布: 台風は、海面温度が28℃以上の海域で発生しますが、その海域内でも水温の分布によって台風の発生が促進されたり、阻害されたりすることがあります。例えば、海面温度が均一でない場合や、台風発生前に海域に冷たい海水が流入した場合などは、台風の発達が抑えられる可能性があります。

これらの要因が複雑に絡み合い、台風が発生するかどうかを決定しています。

▼私(人間)
台風が発生するきっかけは何かありますか?

▼ChatGPT(自動応答)
台風が発生するきっかけとしては、以下のような要因が考えられます。

1. 温かい海水：台風は、温かく湿度の高い環境が必要です。海水温が28℃以上であれば、台風の発生に十分な温度条件が揃います。この温かい海水が、台風発生のきっかけとなります。

2. 上昇気流：温かい海水の上にある湿度の高い空気が上昇し、雲を形成します。この上昇気流が台風発生のきっかけとなります。上昇気流は、様々な要因によって発生することがあります。たとえば、山脈に当たって上昇する空気や、対流圏内で温度が急激に変化するときにも上昇気流が発生します。

3. 低気圧の発生：上昇気流が形成されると、周囲の空気を引き寄せ、低気圧が形成されます。この低気圧が発展し、台風となることがあります。

4. コリオリ力：コリオリ力は、地球の自転によって生じる力で、台風発生後の進路を左右する要因の一つです。熱帯低気圧が発生した場合、コリオリ力によって北半球では反時計回り、南半球では時計回りに進路を取ることが多く、台風として成長することがあります。

これらの要因が絡み合って、台風が発生することがあります。ただし、気象現象は複雑なので、台風の発生にはまだ解明されていない部分があるかもしれません。

▼私(人間)
前述の、①海面温度が28℃以上で、②海面上の暖かく湿った空気が上昇していて、③気圧が低い部分(熱帯低気圧)があっても、台風に発達せず熱帯低気圧のままであるものが多数あり、これら①②③以外の、台風が発生する根本的なきっかけがあると思いますが、いかがでしょうか。

▼ChatGPT(自動応答)
確かに、海面温度が28℃以上で、海面上の暖かく湿った空気が上昇していて、気圧が低い部分があっても、必ずしも台風に発達するわけではありません。そのため、台風発生の根本的なきっかけにはまだ解明されていない部分があります。

一つの仮説としては、海洋熱帯変動（ENSO）という現象が挙げられます。ENSOは、太平洋の東部に発生する海洋現象で、周期的に太平洋の海水温度や気圧の分布が変化するものです。ENSOが発生すると、大気や海洋の循環が変化し、台風の発生が影響を受けることがあります。

また、上昇気流の強度や方向、地形の影響、大気中の塵や微小粒子、水蒸気の含有量など、様々な要因が複雑に絡み合って、台風の発生に影響を与えることが考えられます。

以上のように、台風発生の根本的なきっかけは、まだ完全に解明されていない部分がありますが、海水温度や上昇気流、気圧の低い部分などが複雑に絡み合って、台風が発生する可能性が高くなるとされています。

▼私(人間)
明確なきっかけがありますか? まだ解明されていないことでしょうか?

▼ChatGPT(自動応答)
現在までに、明確な台風発生のきっかけとされているのは、海面温度が28℃以上で、海面上の暖かく湿った空気が上昇していて、気圧が低い部分（熱帯低気圧）があるという条件です。これらが揃うことで、上昇気流が形成され、水蒸気が凝結して熱を放出し、台風が発生するとされています。

ただし、この条件が揃っていても必ずしも台風が発生するわけではないため、台風発生の根本的なきっかけにはまだ解明されていない部分があります。上昇気流の強度や方向、地形の影響、大気中の塵や微小粒子、水蒸気の含有量など、様々な要因が複雑に絡み合って、台風の発生に影響を与えることが考えられています。さらに、気象学の研究が進むにつれて、今後新たな発見があるかもしれません。

▼私(人間)
周囲の大きな風の流れなどは、台風が発生するきっかけと関係がありますか?

▼ChatGPT(自動応答)
周囲の大きな風の流れも、台風の発生に影響を与える可能性があります。

台風が発生する場所や進路上にある大気の流れ（大気波）が、台風の発生や進路に影響を与えることがあります。例えば、西太平洋における台風の発生には、赤道付近の西風帯と、南シナ海やフィリピン近海の反時計回りの地形が影響を与えることが知られています。

また、台風が進む途中で大気の流れに影響を受けることで、進路が変わることがあります。例えば、台風が高気圧や低気圧の周囲を通過すると、その気圧系の影響を受けて進路が変わることがあります。また、大気の波の影響を受けて進路が曲がることもあります。

これらのように、周囲の大きな風の流れや気圧の変化などは、台風の発生や進路に影響を与える可能性があることが知られています。

▼私(人間)
例えば、南側に季節風(西風)の大きな流れが出来て、北側に偏東風の大きな風の流れが出来た時に、この間の領域では反時計回りの(低気圧性の)渦が強制的に出来て、この大域的な大きな風の渦を作るような流れが、台風発生のきっかけになると思いますか?

▼ChatGPT(自動応答)
南側に季節風の西風、北側に偏東風の大きな風の流れが出来た場合、この間の領域では風が渦を巻くような状態が生じることがあります。このような状態が台風の発生のきっかけとなることがあるかどうかは、研究が進められているところです。

一般に、台風の発生には海洋熱帯低気圧の形成が必要ですが、その後に大気の力学的な過程が台風の発生や発展に影響を与えることがあります。そのため、大域的な大きな風の流れが台風の発生に直接的な影響を与えるのか、あるいはその間接的な影響を与えるのか、詳細な検討が必要です。現在も台風発生のメカニズムについての研究が進んでおり、新たな発見が期待されています。

▼私(人間)
季節風や偏東風などの配置条件が上手く整って、大域的に大きな風の渦を作るような流れが出来た時が、台風発生のきっかけになると思いますが、いかがでしょうか?

▼ChatGPT(自動応答)
季節風や偏東風などの配置条件が上手く整って、大域的に大きな風の渦を作るような流れが出来た場合、その中で小さな渦が形成されることがあります。この小さな渦が発展し、熱帯低気圧となることがあり、その後に台風として発達する可能性があります。

ただし、このような大域的な風の流れがあっても、必ずしも台風が発生するわけではありません。そのため、台風の発生には様々な要因が複雑に絡み合っており、詳細な検討が必要です。現在も、台風の発生に関する研究が進んでおり、新たな発見が期待されています。

▼私(人間)
台風発生のきっかけとして「シアラインパターン」というものは知っていますか?

▼ChatGPT(自動応答)
はい、シアラインパターンという言葉は聞いたことがあります。シアラインとは、風の垂直方向の風切りが大きく、風が強くなる場所を指します。シアラインパターンとは、大気の上層部にシアラインが形成され、その下に熱帯低気圧が発生するパターンのことを指します。

シアラインがある場所では、大気が不安定になることがあり、その下の低層大気に熱が取り込まれ、熱帯低気圧が発生する可能性があります。その後、熱帯低気圧が台風として発達することがあります。

ただし、シアラインパターンが台風発生の唯一の要因ではなく、他にも様々な要因が複雑に絡み合っています。また、シアラインがあっても必ずしも熱帯低気圧や台風が発生するとは限らず、その時の気象条件や環境なども重要な役割を果たしています。

▼私(人間)
いいえ、違います。

季節風や偏東風などの配置条件が上手く整って、大域的に大きな反時計回りの(低気圧性の)渦を作るような風の流れが出来た時が、台風発生のきっかけになるということが昔から分かっています。
書籍「台風についてわかっていることいないこと」の2.2節「台風発生のトリガー」に分かり易い記載があります。

▼ChatGPT(自動応答)
ありがとうございます。それは興味深い情報ですね。大規模な風の流れが、台風の発生に影響することがあるということが分かりました。書籍の2.2節も参考にしてみます。

▼私(人間)
この大きな風の渦を作る流れが周りにないと、強力な風を伴う台風の発生には至らないことが殆どで、9割以上の台風は、季節風や偏東風などによる大域的に大きな反時計回りの(低気圧性の)渦を作る風の流れがきっかけになっていることが昔から分かっています。

▼ChatGPT(自動応答)
そうですね。季節風や偏東風のような大規模な風の流れが、台風の発生に大きな影響を与えることがあります。これらの風がある場合、その中にある小さな不規則な気圧変動が、台風の発生のトリガーとなります。このような状況が整うことで、周囲の温かく湿った空気が上昇し、低気圧が発生します。そして、この低気圧が強化され、台風が発生することになります。

実際の台風発生のきっかけとなるもの

現在、実際に分かっている、北西太平洋での台風発生のきっかけとなるものは、

例えば、北西太平洋上で(フィリピン東沖)、南側に季節風(西風)の大きな流れが出来て、北側に偏東風の大きな風の流れが出来た時に、この間の領域では上下の風帯のすれ違いによる反時計回りの(低気圧性の)渦が強制的に出来て、この大域的な大きな風の渦を作るような流れが、台風発生のきっかけになるということが昔から分かっています。このパターンはシアラインパターンと呼ばれるそうです。(略記号=SL)

この他にも風のパターンがあり、北西太平洋での台風発生のきっかけとなる大気環境は、計5つあるそうです。(引用下図参照、SL、EW、CR、MG、PTC、の5パターン)

季節風や偏東風などの配置条件が上手く整って、大域的に大きな反時計回りの(低気圧性の)渦を作るような風の流れが出来た時が、台風発生のきっかけになっており、

逆に、季節風や偏東風などの大気循環に伴う、大きな渦を作る風の流れが周りにないと、強力な風を伴う台風の発生にはなかなか至らないことが殆どで、9割以上の台風は、季節風や偏東風などによる大域的に大きな反時計回りの(低気圧性の)渦を作る風の流れがきっかけになっているそうです。

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出典元:
機関誌『水の文化』56号 雲をつかむ 最新研究〈天気予報＆台風〉天気予報の今と台風研究の最前線
https://www.mizu.gr.jp/kikanshi/no56/04.html
https://www.mizu.gr.jp/images/main/kikanshi/no56/mizu56f.pdf

北西太平洋における台風を生み出す親となる大気環境は5つあるとされています。私は理化学研究所や気象庁との共同研究で、台風の誕生がこの5つのパターンのどれであるかを見極める方法を開発しました。
右の一番下の図を見てください。よく知られているのは、赤道付近の偏東風のなかでできる台風（EW）です。一方、夏になるとモンスーンという西風が吹くのですが、この西風と東風の合流域（CR）や、西風と東風がすれ違うシアーライン（SL）にできる台風があります。あとの２つは少し特殊で、モンスーン・ジャイア（MG）のなかでできる台風、先行する台風の後ろにできる台風（PTC）です。注目すべきは、これら5つの生まれの違いによって、台風の性質も異なるという点です。
例えば、発生したときの強さはどのパターンも同じですが、大きさには差があり、モンスーン・ジャイアパターンは太った台風、偏東風や合流域パターンはスリムな台風になります。ほかにも、シアーパターンや合流域パターンは発生後どんどん強くなる傾向がありますし、さらに合流域パターンは北上して、ほかよりも日本に上陸しやすいという特徴をもっています。

出典元:
書籍「台風についてわかっていることいないこと」の2.2節「台風発生のトリガー」

参考:
筆保弘徳 台風の発生と発達メカニズムについて 平成25年度研究発表講演会 宇治 2014
http://www.fudeyasu.ynu.ac.jp/teacher.html

気象研究ノート第226号・第227号「台風研究の最前線（上）・（下）」第2章 発生過程
https://www.metsoc.jp/2013/01/28/11515

Ritchie, E. A., and G. J. Holland, 1999: Large-scale patterns associated with tropical cyclogenesis in the western Pacific. Mon. Wea. Rev., 127, 2027-2043.
https://journals.ametsoc.org/view/journals/mwre/127/9/1520-0493_1999_127_2027_lspawt_2.0.co_2.xml
PDF: https://journals.ametsoc.org/downloadpdf/journals/mwre/127/9/1520-0493_1999_127_2027_lspawt_2.0.co_2.xml

台風発生・過程まとめ

1. 季節風や偏東風などの配置条件(大気環境)が上手く整って、大域的に大きな反時計回りの(低気圧性の)渦を作るような風の流れが出来た時が、台風発生のきっかけになり、
   　↓
2. 海面温度が28℃以上で、海面上の暖かく湿った(水蒸気を多く含んだ)空気が上昇していて、気圧が低い部分(熱帯低気圧)となる。
   　↓
3. 上空へ行くほど冷たいので、水蒸気を多く含んだ空気が上昇して、冷却され凝結して水になり、水蒸気が水に戻る時の発熱作用により(気化熱の熱を吸収する作用の逆)、上昇した空気周辺だけが更に温められて、更に上昇する力が増す。
   　↓
4. 大きな上昇する流れにより、地表の周囲から空気を吸引する。周囲から空気を吸引すると、周囲の広い範囲から中心へ水蒸気を多く含んだ空気が継続して流れ込み、定常的に中心へ水蒸気が供給され、定常的に水蒸気が水に戻って発熱し、定常的に強い上昇気流が維持され続ける。
   　↓
5. 吸引されて中心へ空気が流れると、コリオリ力による反時計回りの渦を作る作用が働く(北半球)。
   　↓
6. これに加えて、元々周囲にあった、大域的に大きな反時計回りの(低気圧性の)渦を作る風の流れが、吸引されて中心へ空気が流れると、角運動量を保とうとする回転の性質から(角運動量＝質量×半径×速度)、半径が大きい所で回転していた空気の流れが、吸引で中心に近付いて半径が小さくなると、より速い回転速度で回るようになり、これにより更に強力な風を伴う渦が作られる。
   　↓
7. 台風となる。

台風の強力な風は、上昇気流の吸引力＋コリオリ力の他に、元々周囲にあった反時計回りの風の流れが持つ多くの角運動量の力が、源になっています。

出典元:
書籍「台風についてわかっていることいないこと」の2章全体
https://www.google.co.jp/books/edition/%E5%8F%B0%E9%A2%A8%E3%81%AB%E3%81%A4%E3%81%84%E3%81%A6%E3%82%8F%E3%81%8B%E3%81%A3%E3%81%A6%E3%81%84%E3%82%8B%E3%81%93/pRmKDwAAQBAJ?hl=ja&gbpv=1&pg=PA4&printsec=frontcover

出典元:
台風の発達と回転, 日本流体力学会, 2016
PDF: https://www.nagare.or.jp/download/noauth.html?d=35-5_tokushu5.pdf&dir=151

おわりに：Web検索＋ChatGPTに期待して

(当然のこととは思いますが)、今回の上記の試行で、ChatGPTが、注力して学習している分野(一般常識・プログラム等)と、そうでない部分があるような印象を受けました。

膨大な情報をそのまま漏れなく全部学習することは、難しいと思います。
Web検索の結果をChatGPTが読み調べて(人がやると面倒な部分)、ChatGPTの持ち前の「意味を解釈して要点を把握する」能力を用いて、ChatGPTがエンドユーザーに要点をより分かり易く(若しくはユーザーの要求に答えて言い方を変えながら)説明するようなものになれば、今回の試行結果も(ChatGPTの潜在能力が凄いので)すぐに改善するだろうと推測しております。

当然、他社のWeb検索をChatGPTが機械的に利用することには制限があると思いますので、今のような仕組みになっているものかと推測しております。

Web検索の上にChatGPTが乗るような構成で、Web検索で雑多に出てくる検索結果を、知りたい点だけに上手く集約して・分かり易く要点をかいつまんで、教えてもらえるようなものに成熟していくことを期待して。

付記：台風の仕組みを初めて解明

台風の仕組みは、1963・1969年の論文で、大山さんが世界で初めて解明して発表したものだそうです。
Ooyama K. Numerical simulation of the life cycle of tropical cyclones. J Atmos Sci. 1969; 26:3–40

第2弾

第2弾：ChatGPTに、台風の目(眼)が出来る理由について聞いてみる