熱帯低気圧

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熱帯低気圧(ねったいていきあつ、英語: tropical cyclone=熱帯性低気圧とも云う)は、熱帯から亜熱帯海洋上で発生する低気圧の総称である[1][2][3]。強風や大雨、高潮を伴うため、しばしば甚大な気象災害をもたらす[4]。その進路や勢力は季節によって変化し、温帯にまで移動して被害をもたらす可能性があるものである。

熱帯低気圧は、低気圧中心、閉じた低気圧性の大気循環・強風、および大雨をもたらす渦巻き状の雷雲によって特徴づけられる、急速に回転する激しい暴風雨を伴う系である。その発生域および強さに応じて、台風(タイフーン)・ハリケーンサイクロンなど、異なる呼び名で呼ばれるが、本質的には同じ気象現象である[2][5]。それぞれ、台風(タイフーン)は北西太平洋で、ハリケーンは大西洋および北東太平洋で、サイクロンは南太平洋またはインド洋で、発生・発達したものを指す[5][6]

「熱帯」(: Tropical)とは、これらの系の地理的発生源を指し、ほぼ排他的に熱帯の海洋上で発生することに由来する。一方、「低気圧」(: Cyclone)とは、その中心部のくっきりとしたの周りで、北半球では反時計回りに、南半球では時計回りに吹く、渦を巻くような風の動きを指す。北半球と南半球で風の吹く向きが反対になるのは、コリオリの力のせいである。熱帯低気圧は典型的に比較的暖かい海域で発生する。水面から蒸発したを通してエネルギーを得て、最終的に水蒸気は再凝結してになり、湿った空気が上昇して冷やされ、飽和状態になると雨を降らせる。このエネルギー源は、北米のノーイースターや欧州のウィンドストーム(英語版)のような温帯低気圧のそれ(水平方向の温度差が主な動力源[7])とは異なる。熱帯低気圧は典型的には直径が100 and 2,000 km (62 and 1,243 mi)にもなる。

気流が回転軸に向かって内側へと流れ込むときに地球の自転によって与えられる角運動量の保存の結果、熱帯低気圧の風は強い回転を伴うようになる。そのため、赤道から5度以内の海域で熱帯低気圧が発生することは滅多にない[8]ウインドシアが常に強く、熱帯収束帯の活動が弱い南大西洋や海水温が低い南東太平洋では、熱帯低気圧はほとんど知られていない[9]。また、アジアモンスーンおよび西太平洋暖水塊(英語版)、並びに大西洋とカリブ海の低気圧を発生させるアフリカ東風ジェット(英語版)と大気の不安定な地域は、熱帯低気圧の発生する北半球とオーストラリア周辺の特徴である。

沿岸の地域は特に内陸の地域に比べて熱帯低気圧の影響を受けやすい。これらの熱帯低気圧の主要なエネルギー源は暖かい海水である。それゆえ、熱帯低気圧は典型的には、海上や海の近くにあるときに発達して最も強くなり、陸地に上がると急速に衰えていく。沿岸部は、強い風と雨・(風による)高波・(風と激しい気圧の変化による)高潮竜巻の発生などの被害を受けるおそれがある。また、熱帯低気圧は広い地域 — 最も激しいものでは非常に広い地域 — から大気を巻き込み、その中の水分(大気中に含まれる水滴や水蒸気)を、ずっと狭い地域に集中して降水をもたらす。水分を含んだ大気が、その水分を雨として降らせた後、新たな水分を含んだ大気と断続的に入れ替わることによって、その局地的大気がいかなる時点でも一度に保持し得る含水量をもはるかに超える、極度の大雨を降らせたり、海岸線から40キロメートル (25 mi)離れた辺りにまで外水氾濫(河川の氾濫)をもたらしたりするおそれがある。

熱帯低気圧が人間集団に与える影響は、しばしば破壊的である一方で、干ばつ状態を緩和してくれる効果もある。また、熱エネルギーを熱帯から温帯へと輸送して、地域および地球規模の気候を調節する重要な役割も果たしている。

熱帯低気圧には、4つの大きな特徴がある。

積乱雲が中心に向かって巻き込む、渦巻き状に配列した構造を持っており、発達したものは中心にと呼ばれるのない領域を持つ。積乱雲の直径は、300km程度から2000km程度までとさまざまである。全体が熱帯の暖かい空気からなるため、温帯低気圧とは異なり、前線を伴わない。

既述の通り、暖められた海面から発生する水蒸気が上空で凝結する際に放出する、潜熱をエネルギー源として発達する。潜熱は空気を暖めるので、上昇気流を促進し、個々の積乱雲が成長する。熱帯の海洋上では、このようにして発達した積乱雲がいくつも群れを成している。

熱帯低気圧は、これらのうちの1つの雲群が「組織化」し、雲群の中心を軸にして回転するものである。組織化するためには、第2種条件付不安定 (CISK) が成立することが必要である。また、CISKが成立するきっかけとして、偏東風(貿易風)の波動が関与しているとする考え方(偏東風波動説)もある。

数百kmと大きな規模を持つので、回転の際にはコリオリの力遠心力を受け、傾度風に近いバランスで風が吹き、等圧線は同心円状に分布する。他の低気圧と同様にコリオリの力を受けるため、北半球では左回り(反時計回り)、南半球では右回り(時計回り)に回転する渦状の雲群に変化する。

傾度風に近いのは上空1~2km以上の対流圏自由大気層)であり、もっと地表に近い層(エクマン境界層)では摩擦力を受けるため、熱帯低気圧の中心寄りに風向が曲げられる。これにより、中心に向かって強い風が吹き込む。中心付近で行き場を失った空気は、上昇気流に乗って上空へと運ばれる。運ばれた空気は水蒸気と分離するが、潜熱により暖かいため、吸い上げる流れを励起して気圧がいっそう低下し、風速がさらに強まる。

熱帯低気圧に流れ込む空気は、中心に近づくほど、角運動量保存則によって、その風速を増やす。風速が大きくなるにつれて、遠心力も大きくなる。十分に遠心力が大きくなると、中心に空気を吸い込もうとする気圧傾度力と釣り合うため、それ以上は中心に近づけなくなる。さらに、自由大気層に限って言えば、中心に近づくほど、上昇気流が強まり、風向が上向きになる。

しかし、中心に近いところでは遠心力が大きすぎるため、中心から一定の半径内では風が弱まり、逆に反流による弱い下降気流が吹き、雲が存在しない穏やかな状態となる。これをという。

目が明瞭に形成されるには遠心力が大きくなくてはならないので、はっきりとした目を持つのは、かなり発達した熱帯低気圧である。目の直径は一般的に数十km程度だが、発達するにつれてピンホールのようなごく小さな目になることも多い。まれに目の直径が数km程度にまで縮小して、目が消失したかのような状態になることがある。また、熱帯低気圧が大きい場合などには、直径が100kmを超えるような大きな目となることがある。なお、発達した熱帯低気圧であっても、上層雲などによって目が不明瞭となる場合も少なくない。

目の外側に沿って上昇する空気は、上空に行くほど気圧傾度力が小さくなる一方で、遠心力が大きくなるために、台風の外側に向かって流入の際とは逆方向、つまり北半球では右回り(時計回り)、南半球では左回り(反時計回り)に吹き出している。このとき、湿度が高い空気によって巻雲などの上層雲ができる。これは、熱帯低気圧から離れたところでも現れるので、接近の前兆とされる。

目の外側は、猛烈な上昇気流によって作られた積乱雲の壁になっている。これをアイ・ウォール (eye wall) という。

アイ・ウォールの外側には、熱帯低気圧に流れ込んでくる空気の流れに沿って形成された螺旋状の積乱雲の雲列が並んでいる。これをスパイラル・バンド (spiral band) という。スパイラル・バンドはマルチセルと呼ばれる対流系であり、雲列の先頭(目に近い部分)がアイ・ウォールの雲とつながって内側降雨帯を構成している一方、途中の部分は中心から伸びる腕のような外側降雨帯を構成し、最後尾では晴天域から積乱雲が次々とわき出てきて世代交代を行っている。

アイ・ウォールやスパイラル・バンドは、熱帯低気圧の主要な雲塊である。一方、これらの雲とは離れた場所に、さも独立するかのように積乱雲の帯が発生することがある。これを先駆降雨帯(外縁部降雨帯、: outer rainband)といい、レーダーや雲画像では熱帯低気圧とは独立した雲のように見えるが、雲の帯はスパイラル・バンドに並行であり、メカニズム上は熱帯低気圧の雲である。しばしばスパイラル・バンドとつながって合流することもあるが、自然消滅することもある。

一般的に、熱帯低気圧が近づいてくるにつれて風が強くなり、外側降雨帯に入ると、降り方の変化が大きい驟雨性の雨が降り出す。熱帯低気圧の風向は等圧線にほぼ平行であり、風下を向いたときはその真左の方向に中心がある。中心に近づくほど暴風雨は強まるが、目に入ると風が弱まる。そして、目を抜けて再び暴風雨が訪れるときには、風向は逆になっている。

温帯低気圧は上層の偏西風波動による上昇気流の励起と下層の傾圧帯との相互作用で発達する一方、熱帯低気圧は相当温位の高い暖気の上昇による潜熱の解放をエネルギー源にしているため、前線を伴わない。これは熱帯低気圧の最大の特徴と言われる。また、中心の東西南北の空気の性質にほとんど差がないために、熱帯低気圧の構造はほとんど中心に対して対称になっている。このため、高緯度地域に移動して寒気を巻き込んでしまうと、対称な構造が崩れ、エネルギー源である潜熱の供給量が減って衰弱し、やがて前線を伴った温帯低気圧になる。

熱帯低気圧の位置を示す際には、地上・海上での気象観測気象衛星の画像などから推定した、熱帯低気圧の中心の位置を熱帯低気圧の位置とし、熱帯低気圧の移動や速度なども中心の位置をもとに表される。

熱帯の海洋上で雲がまとまって渦を巻く兆候があり、気圧の低下が見られ、今後も発達する傾向があるような場合に「熱帯低気圧が発生した」とするが、そのタイミングは明確には規定されていない。ちなみに、台風の場合には最大風速による定義(次節参照)があるので、その風速に達したときに「台風が発生した」と表現する。

発生した熱帯低気圧は、まず貿易風帯の中を、北半球では北西、南半球では南西へ移動する。やがて偏西風帯に入ると、向きを変え(転向という)、北半球では北東、南半球では南東へ移動する。その明瞭な転向地点を転向点と呼ぶ。上空の気流のほかにも、気圧配置も台風の転向に強い影響を与える。たとえば、夏の主役である北太平洋高気圧の中には、どんなに勢力の強い台風であっても、割って入ることは不可能である。そのため、台風は北太平洋高気圧の縁を通らざるを得ない。この「縁」の部分も転向点になることがある。日本においては、晩夏から初秋にかけては、主に沖縄近海が転向点になりやすい。

熱帯低気圧が陸上に達することを上陸という。一般的に、大きな島や大陸に達したときに上陸といい、小規模な島を通った場合には、上陸ではなく通過という表現を用いる。日本の場合では、北海道・本州・四国・九州の四島では上陸と言うが、他の島嶼部では沖縄本島のような大きな島であっても上陸とは言わず、通過扱いになる。上記四島であれば、房総・三浦などの比較的小さな半島部を台風の中心が通ったとしても上陸扱いになる。

熱帯低気圧が温帯低気圧に変わることを、温帯低気圧化(温低化)[12]あるいは消滅という。温帯低気圧にならずにそのまま勢力を弱め、消えた場合も消滅という。ただし、温低化した後で、再び中心気圧が低下することもある(つまり、温低化しても勢力が弱くなるとは限らない)ため、「台風は温帯低気圧に変わりました」という気象情報の理解には注意が必要である[13]

国際的には、すべての熱帯低気圧は、その域内の最大風速に基づく強度によって大まかに、トロピカル・デプレッション(弱い熱帯低気圧[14]とも)・トロピカル・ストーム(熱帯暴風[14]とも)、及び地域ごとに異なる呼び名で呼ばれる発達した熱帯低気圧、の3つに分類される。地域ごとの呼び名の代表的な例として、北西太平洋域では熱帯低気圧がビューフォート風力階級で風力8以上に発達すると、台風と呼ばれるようになる。台風とタイフーンは、いずれも typhoon と英訳されるが、厳密には、最大風速が風力8以上の熱帯低気圧が「台風」に分類され、風力12に達した熱帯低気圧のみが「タイフーン」に分類されるように、それぞれ定義が異なる[15](下表参照)。北東太平洋域または北大西洋域で熱帯低気圧がタイフーンと同等の勢力に達すれば、ハリケーンと呼ばれる[16]。南半球およびインド洋においては、ハリケーンやタイフーンという呼称は使用されず、この海域で熱帯の性質をもつ低気圧は、日本ではサイクロンと総称される[17][18]

オーストラリア周辺の熱帯低気圧をウィリー・ウィリーと呼ぶという説があるが、これは正確には誤りである。ウィリー・ウィリーは砂漠などで発生する塵旋風に対してアボリジニ(オーストラリアの先住民)が用いる語である[19][20]が、これがオーストラリア周辺の熱帯低気圧を指す語として誤解されて研究者の間で広まったようである。

このように日本語においては、台風以外の熱帯低気圧はその強度に関係なく、すべて単に「熱帯低気圧」と呼称される。以前、気象庁はトロピカル・デプレッションと同等の強度の熱帯低気圧を「弱い熱帯低気圧」と呼称して区別していたが、1999年の玄倉川水難事故の際に[25]この表現は災害が起こらないかのような誤解を招くとの指摘を受けたことがきっかけとなって、2000年6月1日以降は防災上の配慮からこの表現を使用しないことにしている。

太平洋域においては、太平洋北中部で発生したハリケーンが日付変更線および180度経線を西に横断して北西太平洋域に入ると、台風となる[26](例:2006年のハリケーン・イオケ/台風12号)。逆に台風が東進してハリケーンと呼ばれるようになることも稀にある[27]。また、合同台風警報センターは、1分間の平均風速の最大値が67m/sを超える台風を Super Typhoons (スーパー台風)と呼び分けている[28]

さらに、前記の表に示した標準的な呼称に加えて、各海域で熱帯低気圧の観測を担当する気象機関ごとに異なる用語体系(下表参照)が使われており、異なる海域間で熱帯低気圧を相互に比較することは困難になっている。

正式に命名されるほどまで十分に発達しなかった場合でも、熱帯低気圧の監視業務を担当する警報センターによって、ほぼ全ての熱帯低気圧および亜熱帯低気圧に番号が割り当てられる。

たとえば、(軍民を問わず)アメリカ合衆国政府の関心を引く、(公式に)北大西洋および北太平洋の海域で発生する熱帯低気圧、及び(非公式に)その他の海域で発生する熱帯低気圧系には、国立ハリケーンセンター (NHC)、中部太平洋ハリケーンセンター (CPHC)、及び合同台風警報センター (JTWC) によって、熱帯低気圧番号(TC番号)が付与される。TC番号は、各年または各シーズンに入ると01から昇順に割り振られる2桁の数字に続けて、発生海域に対応する英字の接尾辞(東太平洋にはE、中部太平洋にはC、西太平洋にはW)を付ける形式をとる(ただし、北大西洋域を除く)[32]。トロピカル・デプレッションや他にまだ命名されていない熱帯低気圧がある場合に仮の名称を生成する目的で、数字部分は "ONE" のように綴り字で表記される例も見られ、これにハイフンと発生海域を表す接尾辞を付け加えて "ONE-E" というふうに表記される場合もある(とりわけ、JTWCが追跡する領域では、米国標準と国際標準で風速の測定基準に違いがあるために、ある気象機関で熱帯低気圧とみなされた系が別の気象機関ではその基準を満たさない場合がある)。

TC番号の例を挙げると、PTC 08 は北大西洋域の8番目の潜在的な熱帯低気圧 EIGHT を指し、TD 21E は東太平洋域の21番目のトロピカル・デプレッション TWENTYONE-E を、SD 03C は中部太平洋域の3番目の亜熱帯低気圧 THREE-C を指す。TC番号には、熱帯低気圧自動予測システム(英語版)の都合上、付けられる番号は最大で49までという厳しい制限があるが、NHCとCPHCは通常、これを30までに制限している[33]。また、TC番号は次の年またはシーズンに入るまでは再使用されない。この付番方式は、熱帯低気圧にまで発達する可能性のあるインベスト(英語版)と呼ばれる熱帯擾乱域に対して使用される付番方式と類似している(ただし、インベストに付与される番号は90から99までで、同じ年またはシーズン内で輪番して再使用されるほか、北大西洋の系には、明示的に接尾辞の "L" が付加される)。

襲来した場所や事物にちなんだ名前を使用して熱帯低気圧系を識別する方法は、正式な命名が開始される以前から、長年にわたって行われてきた[42][43]。現在使用されている命名方式では、一般の人々にも容易に理解して認識してもらえるような簡潔な形式で熱帯低気圧系を確実に識別することができる[42][43]。気象系に対して初めて人名を使用したのは、1887年から1907年まで名前を付けていたとされる、クイーンズランド州政府(英語版)の気象学者クレメント・ラグ(英語版)であると一般的に信じられている[42][43]。この気象系の命名方式はその後、ラグが引退してから数年の間は使用が取り止められていたが、西太平洋域については第二次世界大戦の後半頃に復活した[42][43]。その後、北大西洋および南大西洋、東太平洋、中部太平洋、西太平洋および南太平洋、ならびにオーストラリア周辺およびインド洋の各海域について、正式な命名の枠組みが導入された[43]

現在、熱帯低気圧は11の指定気象機関のうちの1つによって公式に命名され、熱帯低気圧の発生から消滅まで一貫してその名前が使用される。これは、予報者と一般の人々との間で、予報・注意報・警報に関する情報の伝達を容易にするために行われている[42]。熱帯低気圧系は一週間以上持続することもあり、また同じ海域で同時に2つ以上発生することもあるため、それらの名前がどの熱帯低気圧を表しているかについて混同を減らすために命名法が考慮されている[42]。熱帯低気圧の名前は、いずれかの発生海域に応じて、1分間平均、3分間平均または10分間平均の最大風速が65 km/h (40 mph)を超えたものについて、事前に選定されたリストの中から順に割り当てられる[29][30][44]。しかし、命名の基準は海域ごとに異なる。西太平洋ではトロピカル・デプレッションに名前が付けられることがある一方、南半球では熱帯低気圧が命名されるには中心付近に有意な強い風が一定量吹いていることが条件となる[44][31]。北大西洋域、太平洋域、オーストラリア周辺における重大な熱帯低気圧の名前は、命名リストから「引退」して別の名前に置き換えられる[29][31][45]

世界気象機関が定義するトロピカル・ストーム以上の強度の熱帯低気圧には、それが存在する海域ごとの命名規則に従って、番号や人名による命名がされる。また、海域によっては、トロピカル・デプレッション以上の強度の熱帯低気圧[疑問点]に番号を付与するところもある。

北西太平洋の熱帯低気圧(台風)については、トロピカル・デプレッション以上の強度[疑問点]で、合同台風警報センター(JTWC)による番号の付与(数字の後にWを付ける)が行われる。また、25N 120E、25N 135E、5N 135E、5N 115E、15N 115E、21N 120E、25N 120Eで囲まれた海域を通過する熱帯低気圧(台風)には、さらにフィリピン気象局(PAGASA)によるフィリピン名の命名が行われる。トロピカル・ストーム以上の強度では、気象庁による番号の付与(甚大な被害をもたらした台風は命名されることもある)台風委員会によるアジア名の命名が行われる。台風は最大で4つの呼称を同時に持つ。各気象機関によって分類基準となる最大風速の観測値が多少異なることがあり、ある気象機関だけがトロピカル・デプレッション以上の強度とみなす場合がある[疑問点]。このようなときは「気象機関の略号+Tropical Depression+番号」のような呼称が使用される。

北大西洋および西経140度より東の太平洋北東部の熱帯低気圧(ハリケーン)については、トロピカル・デプレッション以上の強度[疑問点]で、アメリカ国立ハリケーンセンター(NHC)による英語数字による命名が行われ、トロピカル・ストーム以上の強度に達すると同センターによる命名が行われる。北大西洋と太平洋北東部それぞれで別々に命名が行われ、数字や名前のリストも別々である。北大西洋から太平洋北東部、またはその逆に熱帯低気圧が移った場合、それまでの名称とは別に新たにその海域の名称が命名される。

180度から西経140度までの太平洋北中部の熱帯低気圧(ハリケーン)については、トロピカル・デプレッション以上の強度[疑問点]で、中部太平洋ハリケーンセンター(CPHC)による英語数字による命名が行われ、トロピカル・ストーム以上の強度に達すると同センターによる命名が行われる。

北インド洋の熱帯低気圧(サイクロン)については、JTWCによる番号の付与(ベンガル湾で発生した場合はB、そのほかの海域の場合はAを、数字の後に付ける)、IMDによる番号の付与、沿岸8カ国合同での命名が行われる。

南緯0度より南、東経90度より西側のインド洋では、風速35ktを超えるような熱帯低気圧が発生した場合、レニオン島にあるフランス気象局が名称を付与する。それまでの間、トロピカルデプレッションの熱帯低気圧には、便宜上番号を割り当てる。ただし、JTWCでは、番号の付与(数値の後にSを付ける)する。

東経90度から125度までのオーストラリア西部海域の熱帯低気圧(サイクロン)については、JTWCによる番号の付与(数字の後にSを付ける)、オーストラリア気象局(BOM)パース地域センターによる命名が行われる。

東経125度から137度までのオーストラリア北部海域の熱帯低気圧(サイクロン)については、JTWCによる番号の付与(数字の後にSを付ける)、BOMのダーウィン地域センタ)による命名が行われる。

東経137度から160度までで南緯10度より南のオーストラリア東部海域の熱帯低気圧(サイクロン)については、JTWCによる番号の付与(数字の後にSを付ける)、BOMのブリスベン地域センターによる命名が行われる。

東経141度から160度までで南緯10度から赤道までの熱帯低気圧(サイクロン)については、JTWCによる番号の付与(数字の後にSを付ける)、パプアニューギニア国立気象局による命名が行われる。

南半球において、東経160度より東の太平洋の熱帯低気圧(サイクロン)については、JTWCによる番号の付与(インド洋で発生した場合はS、太平洋で発生した場合はPまたはFを、数字の後に付ける)、フィジー気象局(FMS)による命名が行われる。

各海域によって年間発生数は異なる。北西太平洋域以外には「シーズン」と呼ばれる熱帯低気圧の発生期があるが、北西太平洋域では年中発生する。ただ、これまでの統計によれば、北西太平洋域でも2月上旬から2月中旬にかけては、ほとんど熱帯低気圧が発生していない。

世界中に地域特別気象センター (RSMC) として指定された気象機関が6つある。これらの機関は、世界気象機関 (WMO) の指定を受けて、各個に定められた責任領域内の熱帯低気圧について追跡し、速報および警報・注意報等の情報を発する業務を担っている。さらに、より狭い範囲の地域に対して熱帯低気圧の情報を提供する熱帯低気圧警報センター (TCWC) が6つ指定されている[48]

地域特別気象センターと熱帯低気圧警報センターは、一般の人々に対して熱帯低気圧に関する情報を提供する唯一の機関ではない。アメリカ海軍とアメリカ空軍が共同で運営している合同台風警報センター (JTWC) はアメリカ合衆国政府の諸目的のために、北大西洋を除く全ての海域において、熱帯低気圧に関する注意報を発している[49]フィリピン大気地球物理天文局 (PAGASA) は、同国の市民の生命および財産を保護するために、北西太平洋域でフィリピンに接近する熱帯低気圧の命名および注意報の発表を行なっている[50]カナダハリケーンセンター(英語版) (CHC) は、カナダ市民のために、ハリケーンおよびその残存部(レムナント)がカナダに影響を及ぼす場合に注意報を発表する[51]

2004年3月26日、南大西洋で観測史上初めてとなるハリケーン・カタリーナが記録され、サファ・シンプソン・ハリケーン・スケールでカテゴリー2に相当する風速を伴ってブラジル南部を襲来した。他の警報センターの管轄区域外で発生したため、ブラジルの気象学者らは当初、これを熱帯外低気圧として扱ったが、後に熱帯低気圧として分類された[52]

1.発達した積乱雲がまとまり始める

2.積乱雲がまとまりながら渦を巻き、周囲の積乱雲を巻き込み始める

3.目が現れ、スパイラル・バンドが発達する

4.目が明瞭になり、最盛期を迎える

5.温帯低気圧化して、熱帯低気圧ではなくなる

熱帯低気圧は温帯低気圧と異なり海上でしか発生せず、陸上では発生しない。これは、熱帯低気圧のエネルギー源が海水が蒸発する際の潜熱であることが理由であり、海上で発生した熱帯低気圧が上陸すると急速に勢力が弱くなる。ただし、熱帯低気圧の位置は渦の中心の位置であり、熱帯低気圧が陸上にあっても周辺部は海上にある場合があり、ごく稀に海に近い陸上で熱帯低気圧が発生することがある。

熱帯地方の海上では北半球の亜熱帯高圧帯からの北東貿易風と南半球の中緯度高圧帯からの南東貿易風が収束することによって上昇気流が発生し、常に積乱雲の発生、消滅が繰り返されている。これらの積乱雲の集まりの中から熱帯低気圧が発生する。熱帯低気圧の前段階として、円形の低圧部や熱帯撹乱が発生することもある。

しかし、どのようにして積乱雲の集まりが1つの熱帯低気圧にまとまっていくのか、その機構の詳細は未だ研究途上である。現在主流となっている説の1つである偏東風波動説では、赤道上空を流れる偏東風が高緯度側に蛇行した偏東風のトラフの先端部分に渦が形成され、この渦と熱帯収束帯の積乱雲が相互作用して熱帯低気圧となっていくと考えられている。

熱帯低気圧の大部分は南北それぞれの緯度10~15度の海域で発生し、緯度が5度以下の海域ではほとんど発生していない。これは、渦の形成にコリオリの力が必要なためと考えられている。また、熱帯低気圧の発生には海面からの持続的な水蒸気の供給が必要であると考えられていて、熱帯低気圧の発生海域は海面水温が26度以上の海域とほぼ一致している。このため、熱帯低気圧の発生は緯度25度以下の海域にだいたい限られている。なお、寒流が流れていて海面水温が低い南太平洋東部、南大西洋では緯度25度以下熱帯海洋上であるにも関わらず熱帯低気圧がほとんど発生しない。

また年間の動向を見ると、からにかけて海面水温が年間で最も高い状態になるので熱帯低気圧の発生が多くなる。逆に最も低くなるからにかけての時期にはほとんど発生しない。

理論上上昇気流を起こしやすいことや実際の観測例から、上層と下層の風向・風速の違い(鉛直シア)が少ないこと、上空に寒気があることなどが、熱帯低気圧の発生の要因として重要と考えられている。実際に、上空の寒冷渦(寒冷低気圧)と対になって熱帯低気圧が発生する例が報告されており、その相互作用が研究されている。

熱帯低気圧は熱帯の海洋上の湿った空気が持つ水蒸気の潜熱をエネルギー源としている。熱帯低気圧に吹き込んできた空気は中心付近で上昇気流となって上空に運ばれる。

上空に運ばれた空気は冷やされるため、含んでいる水蒸気が飽和して凝縮し水滴となる。このとき、水滴1gあたり2.4kJ程度の熱が放出されて周囲の空気を暖める。

暖められた空気は密度が低くなるため中心気圧が低下し、その結果熱帯低気圧に吹き込んでくる空気の量が増加する。そうするとより多くの潜熱が放出されるためさらに中心気圧は低下していく。この連鎖によって熱帯低気圧は急速に発達する。

このように積乱雲の発達→低気圧の発達→積乱雲の発達→低気圧の発達というような繰り返しが可能となる大気の状態を第2種条件付不安定(CISK:Conditional Instability of the Second Kind)という。

トロピカル・ストーム以上の強度に発達する熱帯低気圧は世界で年間90個程度である。そのうち60個程度が北半球、30個程度が南半球で発生している。特に北西太平洋での台風の発生が顕著であり、年間30個程度がこの海域で発生し、かつ最も発達する。これまでに観測された熱帯低気圧の最低気圧は、北西太平洋の1979年10月の台風第20号(台風197920号)における870hPaである。

熱帯低気圧のエネルギー源は水蒸気の潜熱であるため、水蒸気の供給が減少すると勢力が衰える。海面水温が26度未満の海域に入った場合、または陸地に上陸した場合には水蒸気の供給が無くなるだけでなく、地表との摩擦が大きくなってエネルギーを奪われる[53]ため、急激に勢力が衰える。

また、熱帯低気圧が中緯度地域まで到達すると寒気の影響を受ける。熱帯低気圧に寒気が流入することで、温度差のある大気が混ざり合って、性質が暖気と寒気の境界に発生する温帯低気圧に近くなってくる。または熱帯低気圧内の暖気核が消滅して温帯低気圧に近くなることもある。これを温帯低気圧化(温低化)という[12]

温帯低気圧化は熱帯低気圧の外側から徐々に進行し、熱帯低気圧の北東側に温暖前線が、南西側に寒冷前線が形成され、これが徐々に熱帯低気圧の中心に向かって侵入していく。中心まで前線が侵入すると、この熱帯低気圧は温帯低気圧との違いはまったくなくなり、温帯低気圧に分類されるようになる。熱帯低気圧内の暖気核が消滅して温帯低気圧になる場合は、前線が低気圧の中心まで描かれない場合がある。

温帯低気圧のエネルギー源は暖気と寒気の温度差による位置エネルギーであるため、熱帯低気圧から温帯低気圧へ変化する場合は低気圧が衰弱するとは限らず、特に熱帯低気圧が持っていた暖気と寒気の温度差が大きい場合などは、温帯低気圧化により再発達することがある。 例として、2013年10月に伊豆大島に甚大な被害をもたらした台風26号は、勢力があまり衰えない(960hPa)まま温帯低気圧に変わっている。

高緯度ほどコリオリの力が大きくなるため、熱帯低気圧は高緯度に向かって移動する。また熱帯低気圧は中緯度高圧帯からの風、すなわち低緯度では貿易風、中緯度では偏西風に流されて移動する。

これらの効果が合わさる結果、熱帯低気圧は発生後、北半球では北西(南半球では南西)へ移動しながら発達し、進行方向を北半球では北東(南半球では南東)に変える。この進行方向を変えることを転向(てんこう)といい、転向する位置を転向点(てんこうてん)という。

熱帯低気圧は激しい風雨を伴うため甚大な被害をもたらすことが多い。そのため熱帯低気圧を接近前に観測して対策をとることは極めて重要である。古くは船舶や航空機によって熱帯低気圧内に突入して直接観測することも行なわれていた。特にアメリカ軍によるC-130U-2 (航空機)等を用いた飛行機観測は台風やハリケーンの構造や勢力を直接観測できるため、大きな危険を伴うにもかかわらず第2次世界大戦後から続行されてきたが、経費削減等の影響を受けて北西太平洋海域では1987年以降中止され、現在では気象レーダー気象衛星による遠隔観測が主となっている。日本では伊勢湾台風の被害を教訓にして1964年に富士山レーダーが設置・1965年から運用され、「800km先の台風を観測可能」な熱帯低気圧の主要な観測手段として用いられたことはよく知られている。現在は運用を終え2か所のレーダー観測所がその役割を引き継いでいる。北大西洋では現在も飛行機観測が継続中である。

アメリカのNOAAの気象学者ヴァーン・ドヴォラックによって1975年に提唱された、気象衛星によって観測した熱帯低気圧の雲パターンから中心気圧と最大風速を推定する手法である。

雲パターンは、主に赤外線波長帯の画像と、可視画像から決定する方法があり、衛星視野の昼間は、併用される。赤外画像は、ドヴォラーク温度スケール(カラー化または、グレースケール)の温度変化パターンを使って、DT数(Data T-Number)、PT数(Pattern T-Number)、MET数(Model Expected T-Number)を割り出していく。可視画像は、スパイラルバンドの状態は中心付近の動きなどを含めた判断が行われる。以上の解析から、T数を計算し、それを選択・補正してT数(T-Number)を決定する。そしてこのT数に台風が発達段階か衰弱段階かで補正したCI数(Current Intensity Number)を計算し、これを対応表に当てはめて中心気圧と最大風速を推定する。

この解析法は、年代によって解析法も改良されている。近年では、極軌道衛星の画像を用いたものや、サウンディング観測による方法で決定する方法などもある。問題点は、衛星の分解能や波長帯、画像のサンプル量・時間間隔によって、この解析値自体にぶれが生じることがある。北西太平洋地域では、解析する機関によって最大でCI=1.5程度の違いが生じる。

熱帯低気圧の多くはまとまった積乱雲を有し、多くの雨を降らせ、強い風を吹かせる。風については、勢力が強い(≒気圧が低い=周囲との気圧差が大きい)ほど強くなり、強い風の範囲も広くなる。 一般的に、熱帯低気圧固有の風速に熱帯低気圧の移動速度を足した分風速が増すため、熱帯低気圧の東側では風が強くなる。ただし、これはまっすぐに北上・南下する場合のことであり、厳密には進行方向と風向が一致する地域で風が強くなるため、東側以外でも風が強くなることがある。それに関連して、主に昭和期には、日本近海の台風であれば右側を危険半円、そして左側を可航半円などと度々呼称されていたが、これでは、台風の左側ならば船舶は航行可能であるという誤解が生じかねないので、近年ではこの呼称は使用されていない。

熱帯低気圧はそれ自体が暖かく湿った空気の塊であり、中心雲域から離れたところに発達した積乱雲からなる先駆降雨帯ができ、先立って大雨が降ることがある。また、熱帯低気圧へ向かって引き寄せられた暖湿流寒気が離れたところの前線を刺激したり大気を不安定化させ、間接的に災害をもたらすことがある。

大雨による洪水土砂災害が発生する。また、強風による建物の破損、飛来物によるの破損、電柱の倒壊、農作物の倒害、海岸に近いところでは海水吹きつけによる塩害、沿岸では高波、海上では波浪による被害がしばしば発生する。波浪による直接的影響に加え、海水が攪拌されたり海水温が変化することで漁獲対象が移動するなど、漁業に与える影響は大きい。また、航空機船舶の発着が制限されたり、屋外で開催されるイベント類が中止になるといった影響もある。暴風雨によって上空の移動が困難になることから、災害で離島や山間部、過疎地などが孤立した場合は救援が遅れることがある。

熱帯低気圧で特記すべき災害として高潮がある。非常に低い気圧によって海面が吸い上げられることに加えて、暴風により海岸に海水が吹き寄せられ、大雨による河川からの流入なども加わり、堤防を越えて沿岸に浸水被害をもたらす。波浪によって堤防を支える土砂が浸食されたり、接近時刻が大潮満潮と重なったり、海抜ゼロメートル地帯などの低地が広がっていると、被害が拡大する。1780年のグレートハリケーン1900年のガルベストン・ハリケーン伊勢湾台風1970年のボーラ・サイクロン1991年のバングラデシュ・サイクロンハリケーン・カトリーナ平成25年台風第30号などの甚大な被害を出した熱帯低気圧は、高潮により非常に多くの犠牲者を出した。

熱帯低気圧は、地球表面の大気の循環の中でも一定の役割を担っている。最大の役割が熱の運搬である。熱帯低気圧は地球上で最も暖かい赤道気団から構成され、大量の熱を持っている。熱帯低気圧が移動することにより、低緯度から高緯度へ暖かい空気が運搬されることになる。また、水蒸気が豊富な海上から、陸上へと水を運搬したり、上層と下層で温度が大きく異なる海水をかき混ぜて対流を抑える効果もある。そのため、同じ海域から熱帯低気圧が数日のうちに連続発生することは少ない。

熱帯低気圧と温帯低気圧との中間的な性質をもつ、亜熱帯低気圧というものも存在する[54]。映画『パーフェクト ストーム』のモデルにもなった1991年の"パーフェクト・ストーム"は、温帯低気圧が勢力を弱めたのち南下して、下層が暖気核からなる循環構造に変わって再発達したことで亜熱帯低気圧になり、後にカテゴリー2にまで発達して再北上し被害をもたらした。

各種気候モデルの予測では、地球温暖化の影響によって熱帯低気圧の頻度や勢力などが変化するという結果が出ているものが多い。以下にいくつかのモデルの結果を挙げる。

2006年の台風シーズンに発生した、発達の段階の異なる3個の熱帯低気圧。最も弱いもの(左)は最も基本的な円形のみを形成し、やや発達したもの(右上)はスパイラルバンド(螺旋状の降雨帯)の形成と中心部への集中が進み、最も強いもの(右下)は発達したを形成している。
熱帯低気圧の中心へ吹き込む風(橙)と上空へ吹き上げられ、周囲へ拡散する風(青)
Eye:目、Eyewall:目の壁(アイ・ウォール)、Rain Bands:降雨帯(スパイラル・バンド)[10][11]
海域別の呼称
1985年から2005年までに発生した熱帯低気圧の全経路
フロリダに上陸直前のハリケーン・ウィルマのレーダー画像(NOAA)。目の周りをまとまった積乱雲が回転しながら雨を降らせている。
2005年台風14号により大量の流木が押し寄せた港
サイクロン・ゴヌによる波浪で浸食され破壊された海沿いの道路
ハリケーン・リタの強風で倒れた電柱と封鎖された道路
観測史上最強の熱帯低気圧である昭和54年台風第20号
観測史上最強の勢力で上陸した1935年レイバーデーハリケーンの天気図