ケルビン・ヘルムホルツ不安定性

ケルビン・ヘルムホルツ不安定性（ケルビン・ヘルムホルツふあんていせい、英: Kelvin–Helmholtz instability）とは、流体力学上の概念で、層を成しており各層ごとに密度の異なる流体が、お互いに異なる速度で水平運動するときに発生する、流体の不安定である。KH不安定、KHI とも呼ぶ。「ケルビン」は「ケルヴィン」とも表記する。

ケルビン・ヘルムホルツの名は、流体力学の発展に貢献したケルビン卿ことウィリアム・トムソン、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツの2人にちなむ。

概要

密度や移動速度が異なる流体が接触している界面では、密度と渦度が不均一になり重力波を発生させる。界面でのこの波動が擾乱として成長すると、流体の運動が不安定化する。

水や大気などの層流がある場所でよく発生する。海では、塩分濃度の高い海水と河川から流入する淡水とが入り混じり、濃度の異なる層が形成されることがあり、ここで2層に速度差があると不安定になる。

また河川では、流速の異なる2つの流れが合流する地点で微小な擾乱を発生させると、擾乱を隔てた2流の界面に水圧の差圧（力勾配）が生じるためこれが成長する。つまり、不安定の状態になる。

大気でも、密度（温度や気圧）差と速度差のある大気が接している所で、不安定になる。どちらか一方の層が雲のある層でもう一方は雲がない場合、不安定によって発生した界面が雲の形となって現れる。波状雲はこうして成長した雲形の1つである。

脚注

参考文献

• Hwang, K.-J.; Goldstein; Kuznetsova; Wang; Viñas; Sibeck (2012). “The first in situ observation of Kelvin-Helmholtz waves at high-latitude magnetopause during strongly dawnward interplanetary magnetic field conditions”. J. Geophys. Res. 117 (A08233): n/a. Bibcode: 2012JGRA..117.8233H. doi:10.1029/2011JA017256. 

関連項目

• レイリー・テイラー不安定性
• リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性
• プラトー・レイリー不安定性
• 波状雲

外部リンク

• Giant Tsunami-Shaped Clouds Roll Across Alabama Sky - Natalie Wolchover, Livescience via Yahoo.com
• Tsunami Cloud Hits Florida Coastline
• Vortex formation in free jet - YouTube video showing Kelvin Helmholtz waves on the edge of a free jet visualised in a scientific experiment.
• Wave clouds over Christchurch City - ウェイバックマシン（2017年4月7日アーカイブ分）
• Kelvin-Helmholtz clouds, in Barmouth, Gwynedd, on 18 February 2017
• 身近な流体不安定性 | 大阪大学 PHIグループ - ウェイバックマシン（2016年10月7日アーカイブ分）
• ぐるぐる渦巻き雲 | 気象庁 青森地方気象台 - ウェイバックマシン（2014年8月14日アーカイブ分）