気象予報士になりたいかな?という人のための気象学入門

まずは以下の素朴で基本的な疑問を一挙に解決
下の欄をクリックで飛べるけど,知識の蓄積を必要とするので,できるだけ順を追って読んでください.

山の上は太陽に近いはずなのに,なんで下界より寒いの
なんで上層の冷たい空気は地上に下がってこないの
雲はどうしてできるの
雨が降る雲と降らない雲との違いは
なんで低気圧だと天気が悪いの
前線って何物.低気圧でないのになんで天気悪いの
高気圧はなんで天気がいいの
台風はなんで風が強いの
なんで強い雨と弱い雨があるの
台風は前線がないのになんで強い雨が降るの

読者からの質問:
Q1:天気予報をみると、全般的に夜から朝にかけて風は弱いが、日中になると強くなるのはなぜですか?
Q2:「空気が膨張すると温度が下る」というのがピンときません
Q3:.成層圏には水蒸気量が少ないために温位の変化があまり無いように思えるのですがどうなのでしょうか?
Q4:対流圏上層では温位が下層より高いというのがピンとこないのですが
Q5 :約2平方メートル四方で、沢山の野焼きをし、周囲は高温になる。気温は、約23度、瞬間最大風速6.5m/s この環境で、つむじ風が生じる現象はありえますか?
Q6:なぜニュージーランドでは雲が近くみえるのですか?

現在私への質問は受け付けておりません。
より詳しい現象の説明は他のサイトにたくさんあるので、そちらにおまかせします。


Q1)山の上は太陽に近いはずなのに,なんで下界より寒いの?

 ◇気温減率

これってすっごく基本的な疑問でしょ.実際,富士山の頂上など高所ほど寒い.だから「太陽は実はとっても冷たいのである」と主張するトンデモ系の人がいるくらいです(「トンデモ本の世界」と学会編 宝島社 P28)

でも学校でちゃんと勉強した人は,「100m上がるごとに気温は0.6℃下がる」ということ(=「気温減率」)は知っているはず.つまり標高1000mの所(軽井沢など)では東京下町より6℃低いわけです.問題は何で下がるのかということ.

 太陽に近いと言っても,表面温度が6000℃ある太陽と地球との平均距離は1億5000万kmもあります.電気ストーブだって15mも離れれば熱は届かないでしょ.だから,たった100mでも気温が0.6℃も下がるということは,太陽との距離の問題ではなく,むしろ地球の大気内の問題とみるべきです(イヤ,太陽が冷たいからだと思う人は,0.6℃/100mの気温減率に太陽までの距離をかけて,太陽の温度を出してみては.ちなみに地表の平均気温は15℃)

◇最も近い熱源はどこか

確かに太陽の放射熱は地球を暖めます.では地球のどの部分,陸地と海と空気のいずれを一番暖めるでしょうか.答えは陸>空気>海の順です.強い日射を浴びるとアスファルトの地面が地上の空気よりも熱くなるように,地面が一番暖かくなるのです.つまり,この時,大気にとっては地面が身近な熱源になるのです.そして上空に行くにしたがって,地面からの放射(輻射)熱が届かなくなるので,気温が下がるわけです.
ただし,これは地表から高度1 0000m(1 5000 0000kmのうちの10km)くらいまでの「対流圏」内の話で,その上の「成層圏」では,温度は上空に行くほど上昇します.ただこれも太陽に近づいたからではなく,成層圏内のオゾン層にたまった紫外線のせいです(成層圏の上の「中間圏」では,再び高度とともに気温が下がり,更にその上の「熱圏」(電離層)ではまた高度とともに気温が上がる.大気圏って複雑)

乾燥断熱減率

でも上の説明だと,地表から離れた上空の冷たさの説明にはなるけど,山という地面の突起の冷たさの説明には不向き(だってそこはまだ地面なんだから).
実際,日射をあびると,山の斜面の方が,同じ高さの大気よりも先に暖まります(陸>空気だから).同じ地面(空気への熱源)でも山が地上(下界)と違うのは、標高があるということ。両者では気圧が違うのです。もちろん山の方が標高の分だけ、気圧が低い(地上付近の減圧率は、10m上がると1hPa減る)。

では、気圧が低いとどうなるのか。空気を抑える力が低いので空気が膨張します。空気が膨張すると、その膨張のために使われた仕事エネルギーが(エネルギー保存の法則によって)内部の熱エネルギーによって消費され、空気の温度が下ります.
 また日射をあびて暖まった空気は同じ気圧(≒高さ)だと軽くなるので,そこにとどまれないで上昇していっちゃいます.そして空気が上昇すると気圧が下るので上の理由で冷やされるのです.同じ(乾燥した)空気が上昇する場合(上昇気流の話)では,100mに1℃の割で下がります.これを「乾燥断熱減率」といいます.これは「熱力学の第一法則」によるもので,この原理は上昇気流が低温化して雲を発生させるメカニズムとして非常に重要です.

そして上空は,この低温化した空気がたまっているわけです.それで上空の方が気温が低いのです(ただし厳密にはこれがすべてではありません).

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Q2) なんで上層の冷たい空気は地上に下がってこないの?

◇空気を下げてみると

上層の空気が冷たいのはわかった.でもそれでかえって次の疑問が湧かない? 浴槽でも低い水温の水ほど下にたまるように,冷たい=密度が高い=重い(←「ボイル・シャルルの法則」)のだから,壁につけた冷房の冷気のように下降してくるはず.ところが現実の大気は上空は冷たく,下層は暖かいまま.これってとっても不安定じゃない?
 それではと,上空の低温の空気を下降させてみましょう.すると,上で示した「乾燥断熱減率」の逆方向で,100mに1℃の割で暖かくなります.ところが,普通では,100m下にある空気は0.6℃しか暖かくありません.つまり,同じ高さになった場合,自分より0.4℃冷たい空気がそこにあるのです.おなじ高さ(≒気圧)では温度と重さは反比例の関係があるので,下降してきた空気は,周囲のより冷たい空気よりも軽いので下には下がれません.結果として先の空気は元の高さにいるしかありません.

◇温位

実は上空の冷たい空気がその高さにいられるのは,前問で説明したように,その高さの気圧が低いためで,もし気圧が同じなら,上空の気温は必ずしも地上の気温より低くはないのです.そこで,気圧が異なる空気の'等圧での温度'を表現するために,だいたいの地上の気圧である1000hPa(ヘクトパスカル)に直した場合の温度に直してみます.これを「温位」といいます.

実はこの温位で比べると,上空の冷たい気温の空気の方が地上よりも「暖かい」のです.たとえば1000m上空で5℃の空気(ただし雲がない)と地上(1000hPa)10℃の空気とどちらが温位としては「暖かい」でしょうか.1000mの空気を地上(1000hPa)に強制的に下げると,気温に気温減率を掛けて、5℃+1℃×(1000m/100m)=15℃になります(本当は温位の単位は摂氏℃ではなく絶対零度-273℃を基準にしたK(ケルビン)).なのでこの場合,1000m上空の空気は地上の空気よりも気温は5℃低いけど、温位的には逆に5℃も「暖かい」ことになります.

つまり,肌で感じる温度ではなく,空気の内部エネルギーとしての温度(温位)でみると,上空ほど暖かいのです. 

    上層の空気は,気温は低いが温位は高い

これがポイント.だから上空の冷気は下に降りてこない,すなわち「安定」しているのです.もちろん,温位的にも冷たい空気が上空にあったら,それは勢いよく下降してきます(ここでは,空気はあくまで雲がない=乾燥している状態を仮定しています.雲があるとちょっと話は複雑になります.でも普通は空に雲があるでしょ.Q10も参考にしてね).

◇高層天気図が等圧面の理由

ちなみに,高層天気図は,等高度ではなく,等圧面(500hPa面など)で描かれます.なにしろ等圧面なので温度=温位と解釈できるので空気の真の温度差がわかって便利です.天気予報で「上空の寒気が」とか言えるのです。

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Q3) なんで雲ができるの?

◇雲の正体

その前に雲は気体・液体・固体のどれでしょうか?

雲は空気中にぷかぷか浮いているから気体だろって? なら霧の中に入ったことある? あれ雲の中のこと.登山家(山ヤ)の世界では霧のことを「ガス」というけど.でも雲は白いガス(気体)ではありません.

雲は水蒸気が凝結してできた雲粒(うんりゅう,くもつぶ)の集まりです.雲粒の元の水蒸気は水が蒸発してできた気体です.その気体が凝結して(蒸発の逆の現象,冷たいグラスに水滴がつく時)できた雲粒は液体です.そして雲粒が成長または合体して大きくなって地上に落ちてくるのが雨滴です.そういうわけで雲は液体ということになります.ただし,高さ10000メートルくらいにある巻雲(すじ雲)の雲粒は氷でできているので,固体ということになります.

そこで本題.雲ができる=水蒸気が凝結する,とみなせば,冷たいグラスに水滴がつく現象を雲ができることの説明に使えます.

◇凝結

透明な大気中には水分は水蒸気という気体の状態で存在しています.でも水蒸気は無限に存在できるのではなく,一定以上の量になると「飽和」して,それ以上は水蒸気の状態では保てず,凝結して液体になります(その時の大気中の水蒸気密度を「飽和水蒸気密度」).
 ではどのくらいの量の水蒸気が気体のままで存在できるのかというと,それは気温よってきまります.気温が高いほどたくさんの水蒸気を保て,低いほどその量は減ります(単純な比例式では表現できませんが).つまり,気温が低いほど,空気は飽和しやすいということです.

  そこで空気内の水蒸気がどのくらい飽和しやすい状態にあるかを示す指標が「相対湿度(一般には略して「湿度」と言われている)です.相対湿度が100%ということは,空気中の水蒸気量が飽和水蒸気密度に達して,それ以上水蒸気を保つことのできない限界値です.
 でも相対湿度は気温によって変わります.同じ空気でも気温が変われば相対湿度も変わります.空気が冷やされると,相対湿度が上がります(だから快適な湿度を維持するために、冷房に除湿が必要で,暖房には加湿器が必要となる).そして更に冷やされると,空気は飽和を越えて「過飽和」となり,凝結が起こります.

  そういうわけで,冷たいグラスの外側の空気が冷やされると,グラス面が過飽和になって水滴がつくのです(決して容器内の液体が外にしみ出たわけではありません)
 では逆に暖かい風呂から湯気が上がるのはどうしてでしょう.これも同じ原理.高温でしかも湿度の高い蒸発空気が,水面のすぐ上で冷やされると,もうそこで過飽和となって湯気という水滴になるのです.風呂場が水滴で満ちるのは、お湯と空気との温度差があるためです。

◇雲ができるメカニズム

そしていよいよ雲です.雲は水面からずっと離れた空中にあります.それは大気が上昇するにつれて冷えていき,その場所でやっと過飽和になって凝結した証拠です(雲は上昇流の可視化).では雲のある場所はそこだけが特に「低温」なのでしょうか.そうではありません.

「??」と混乱しないでね.大気という境目のない気体は,めったに局部的に冷えたりはしません(局部的に冷やされると空気は対流してしまうから).しかし局部的に流れの方向は変化します.空気が冷えるのは,あくまで上昇したためです.乾燥した空気が上昇すれば1℃/100mの減率で,気温が下がり,それに対応して相対湿度が上がります.そして過飽和した高さ(温度)のところで雲ができるのです.

雲のある所=上昇気流の所 というわけです.

山の斜面(地上の風が強制的に上昇流となる)に雲ができやすいのはこのためです.また,雲のある所とない所とが交互になっているのは,空気が上下に波打って,その峰になっている部分が雲なのだと解釈してください.
雲の無いところは,下降気流の所,でもありますが,そのほかに乾燥(相対湿度が低い)している場合も該当します.

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Q4) 雨が降る雲降らない雲との違いは?

◇雲粒から雨へ

雲はすでに液体なので,それだけで雨の予備軍を意味します.でも実際には,すべての雲が雨を降らせるわけではありませんね.雲は上昇気流が可視化した現象であって,それが必ずしも雨の予兆とはなりません.

雲粒は小さいため空気中に浮いています(軽いし,本来上昇気流の所でできるため,なかなか落ちない).でも雲の密度が高く,厚みもあると,雲粒がぶつかり合って成長する機会が増えます.更に上空から溶けてきた氷があったりするとなおいっそうすばやく成長します.
 そうなると重みが増して落下します.落下中にも下にあった雲粒や他の雨滴を併呑(へいどん)して更に大きく重くなります.こうなるとちょっとやそっとでは蒸発せず(雲の下は相対湿度が100%未満)に地上にまで達します.それが雨です.

◇雨を降らせる雲

ということは,雨をもたらす雲はそれなりの規模(厚み)が必要なのです.また,最初から地上に近い方が有利です.実際,低くて厚い雲におおわれると,太陽光線を遮るため,薄暗く,雲底も灰色になっています.いわゆる「どんよりした雲」です.こうなると誰でも雨が降るってわかります.

ここで雨になりそうな雲を紹介しましょう(「」が正式名,()が通称).
●低くて厚い:「乱層雲」(雨雲),「積乱雲」(入道雲)の下(範囲狭い)
●低くて薄い:「層雲」(霧雲),層積雲(くもり雲)
●高くてやや厚い:「高層雲」

乱層雲がもっともポピュラーな雨の雲.積乱雲の場合は短時間ながら強雨(雷を伴う)となります.層雲の下や内側ではふつうの雨よりも細かい霧雨です.
高層雲では(乱層雲よりはずっと薄いので)降ってもたいした量にならず.また地上に達しない場合もあります.ちなみに,雲については「雲がある理由」へどうぞ.

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Q5) そもそもなんで低気圧だと天気が悪いの?

◇雲が集まる場所

天気が悪い=雲が多くて,降水(雨・雪)がある,とみなすと,天気の悪さは雲の規模に依存します.では,どのような場合に大規模な雲ができるのでしょうか.
 気象衛星ひまわりの画像などで雲が塊のように集まっている所はたいてい低気圧です(右図).低気圧が来ると天気が悪くなるというのは人生経験で御存知のはず.ではなんで低気圧だと天気が悪いのでしょう

◇低気圧とは

低気圧とは,周囲より気圧の低い空気の渦(うず)のことです(気圧が低いが渦でないのは「低圧部」・「気圧の谷」).谷を標高何m以下という基準では決まらないように,低気圧もhPaの値ではなく,周囲との相対的な低さで決まります.

 なぜ気圧が低いのかというと,そこは上昇気流による渦(竜巻もそのひとつ)だからです.地上で気圧が低くなることは空気が上空に吸い上げられていることを意味します(平均的な海抜0mの大気圧は1013hPa.でもこの値はお天気には重要でない).吸い上げられているから上昇気流,あるいは上昇気流だから吸い上げられているわけです(どっちなのかはずっと後で)

さて,上昇気流があると雲ができたわけでしょ.温帯低気圧は直径2000kmほどの大きさなので大規模な雲ができるわけです.もし低気圧であっても雲ができなかったら(ものすごく乾燥した低気圧),強風はあっても雨は降りません(アラビアの低気圧は雨ではなく砂嵐をもたらす).

◇低気圧の種類

 低気圧には「温帯低気圧」と「熱帯低気圧」の2つがあります.
 温帯低気圧
は,日本においてはいつもの低気圧で,特に春や秋に西から東に移動していきます.前線を伴っているのが特徴です(小さい低気圧は前線がない).

 熱帯低気圧は夏から秋に,南方からやってくるら旋状の丸い雲域をもった低気圧で,こちらは前線をもっていません.そして風速17m/s以上の熱帯低気圧を特に「台風」といいます.
 同じ規模の温帯低気圧には特別な名前はありません(というより温帯低気圧ではそんな強風は吹きにくい.その理由は後で).温帯低気圧では進行方向前面(東側)が上昇流帯で,低気圧の東から北にかけて雲が発達します.熱帯低気圧では中心から同心円状に上昇流帯があります.

以上、降水←厚い雲←上昇気流=低い気圧 
 というところまで因果関係がわかりました.
さて,では新たな疑問.なぜこの同じ地表に気圧が低い渦ができるのでしょうか.

でもその前にもうひとつ.雨を降らせる大気の乱れ現象(擾乱:じょうらん)は低気圧の他にもう一つあります.何でしょうか.高気圧? いいえ,前線です.

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Q6) 前線って何物?.低気圧でないくせになんで天気悪いの?

◇前線とは

「前線」って戦争なんかでいう戦闘の先頭て意味ですよね.では気象の世界では何の先頭なんでしょう. 一定の性質の空気(気団)の先頭.つまり性質の異なる空気同士の境なのです(そのような境は空気の流れが水平的に不連続なので「不連続線」といいます.
 前線は気象の変化を伴う規模の大きな不連続線です).具体的には暖気と寒気の境界と思っていいです.

 地球は主な熱源である太陽光線の入射量が緯度で異なるため(太陽光の入射角度が緯度で異なるから),赤道近辺では空気は平均以上に暖められ,極域ではむしろ熱が逃げていきます.だから緯度の違いで温度差ができるのです.
 いいかえれば南には暖気,北には寒気ができるのです.その境目は北半球では北緯40°付近.モロに日本(秋田県大潟村を通る)です.日本は暖気軍と寒気軍がせめぎあう戦いの「前線」なのです(だから天気変化が大きい).

◇前線の種類

前線には4種あります.

温暖前線:低気圧の前面にある.南からの暖気が寒気の上を昇っている,南軍が優勢の前線で低気圧の東側を北上していく.幅300kmくらい.巻雲から高層雲,乱層雲へと雲が厚く低下し,長い雨が降る.温暖前線通過後は気温が上がる

寒冷前線:低気圧の後面になる.北軍が優勢で,北からの寒気が暖気の下に入り込んで,低気圧の西側を南下していく.幅10kmくらい.積乱雲があって強雨・強風がおきる.通過後は気温が下がる.

閉塞前線:寒冷前線が温暖前線に追いついて合体した前線.つまり北軍のゲリラ的侵攻がすばやく,南軍の大規模侵攻に背後から追いついてしまって前線が一つになった状態.これができると低気圧はこれ以上発達しない.地上では寒気同士がぶつかり暖気が押し上げられるので,寒冷前線よりは悪天候でない.

停滞前線:暖気と寒気がぶつかっていはいるが,力が拮抗して膠着状態の前線.低気圧とは無関係に存在する.梅雨前線・秋雨前線が典型.停滞前線の一部に回転の力が生じると,そこが温帯低気圧(渦)となる.つまり温帯低気圧とは,暖気と寒気がぶつかり合ってできた渦のことで,広い意味で低気圧の方が前線の一部ともいえる.もう一度言うけど,熱帯低気圧は前線とは無関係.

低気圧中心(L)をはさむ温暖前線(右)と寒冷前線(下).この状態の低気圧は発達期にある. 北から閉塞前線化している.低気圧中心から分離し,低気圧は衰弱していく. 低気圧に付属しない停滞前線.むしろ停滞前線上の折れた所(中央)に低気圧が発生する.

つまり,雨が降るのは「前線だから」,という場合の方が,われわれの住む温帯では多いわけ.

◇収束

前線とは何か,はもういいですね.暖気と寒気などの異質な(気温の差でなくてもよい)空気がぶつかるところ(接するのではなく,ぶつかる).この空気がぶつかる現象を気象学用語で「収束」といいます(反対は「発散」).前線は収束線(実は線でなく面積をもった帯)なのです.収束,すなわち空気のぶつかり合いとは,どんな現象でしょう.
 典型的には風が向かい合って吹いていることですが.正面衝突だけでなく,側面でも,追突でもOK.さて空気がぶつかるとどうなるでしょう,参考書にはたいてい「ぶつかった空気は地面の下には行けないから上昇する」と書いてあります.つまり上昇気流となるのです.

でも私はそう教わって疑問に感じました.「確かに下には行けないだろうけど,上以外にも,右や左にも行けるんじゃないの?」って.だって「圧力はすべての方向に等しくかかる」っていうパスカルの原理があるでしょ.
 実際,ある時の予報士受験講習会の先生に上のように質問したのですが,明確な回答をもらえませんでした.へんな疑問なんでしょうか.あえてその質問をした理由は,収束帯があると,収束する空気の全てが上昇するのではなく,左右にも空気が流れる分だけ上昇量が減り,収束帯の左右の端では新たな収束が起きるのではと思ったからです.いったいどうなのでしょう.

上昇流が生じるのは私も認めるわけだから,話をもどしましょう.前線すなわち収束があれば上昇流はあるのだから,その上に雲ができ,雨が降るのです.低気圧があろうとなかろうと.

降水←厚い雲←上昇気流←空気の収束

ということです.

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Q7) 高気圧はなんで天気がいいの?

高気圧に覆われると天気がいいのもご存知.低気圧が天気の悪いことの逆の現象なので.まず自分で考えてみましょう.

高気圧は周囲より気圧が高い渦です(渦でないのを「高圧場」・「気圧の峰」).なんで気圧が高いかというと,空気が上から下降・発散しているから,地面の大気圧が高くなっているのです.上昇気流で雲ができるのなら,下降気流では雲は消えます(厳密には下降流の雲というものもある=乳房雲,尾流雲).その理由はいいですね(下降→昇温→湿度が下がって乾燥).でも地上の高気圧は,それこそ地面があるから下降できないので,むしろ「発散」していると言ったほうがいいでしょう.

 発散とは空気が四方八方に拡がっていること.まさに「雲散霧消」の場なのです.もちろん,雲が無い=晴れ=天気がいい,ですよね.それに発散(収束の逆)だから前線は絶対できません.


Q8) 台風はなんで風が強いの

 風が風速17m/s以上あるから定義上「台風」っていうんだ,てのは答えになりませんね.ちなみに風速17m/sというのは「小枝が折れ,ビニールハウスが壊れ始める」強さです.つまりなんらかの被害が出はじめる強さだと思ってください(その意味で「風速17m/s」という数値は覚えておきましょう).
天気図でみると,台風のような強い熱帯低気圧と温帯低気圧・高気圧との大きな違いは,等圧線の混み具合です.これが強風の原因です.

◇風が吹く原理

そもそも風はどこからどこへ吹くのでしょうか.
空気は水と同じ流体なので,気圧(重力)差のあるところでは,気圧が高いところから低いところへ流れます.
 つまり高気圧とは風の吹き(押し)だし口であり,低気圧とは風の吸い込み口なのです.
水路の傾斜が強いと水流が速くなるように,気圧差が大きいと風が強く(速く)なります.つまり台風のように等圧線の間隔が狭い場所では,気圧の勾配が強いので(「気圧傾度」が大きい),流れる速度=風速が強いのです.ただし風は高圧部から低圧部へまっすぐには吹きません.台風の場合はラセン状に吹き込んできます.方向を曲げる力がいろいろと作用するからです.それについては中級編で.

 等圧線が混んでいる=気圧傾度が大きい=風が強い


◇台風の程度

ですから中心気圧が(周囲より)低い台風ほど暴風域は広くなります.ところで台風を表現する場合,「大型で強い」というように,大きさ(勢力)と強さの2種類で表現します.大きさは,15m/s以上の強風域の半径によって決まり,強さは中心付近の最大風速で決められます.中心気圧hPaではない点に注意してください(5)の低気圧の基準参照).ちなみに風速15m/sは「樹木全体が揺れる」程の強さです.

台風には,俗に雨台風風台風という特徴づけがあります.もちろん一般に台風は雨も風も強いのですが,たとえば,雨の被害より風の被害を注意した方がいい「風台風」とはどんな特徴があるでしょうか.考えてみてください.勢力(降雨域)が狭いけど,等圧線の間隔の狭い,しかも移動速度の速い(ここがポイント),小粒でピリッとしまった台風です.

  中心気圧が同じ980hPaでも温帯低気圧より熱帯低気圧(台風)の方が勢力(半径)が小さいのが普通です.でも台風の方が被害が大きいですよね.その理由の一つは,勢力が小さいからこそ,気圧傾度が大きいので,強風・暴風となるのです.もう一つの理由は,雨の違いです.これは次問で.

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Q9) なんで強い雨と弱い雨があるの

◇雨の種類

雨に二種類あるって知ってる? 気象学上での二種類.「地雨(じあめ)」と「驟雨(しゅうう)」です.この二種類は,それを降らせる雲が違うから.ということは雲にも二種類あるってこと.
それは「層状雲」と「対流雲」.

地雨は,一定の強さで持続的に降る,地味な雨.これは層状雲から降る雨で,温暖前線下で降る雨が該当します.

驟雨は急に降って,あっさり止んで,後はカラっと晴れる,「にわか雨」.これは対流雲から降る雨で,寒冷前線や台風で降る雨です.そう,台風の雨が強いのは対流雲の塊から降る驟雨だから.

◇雲の種類

ではこの二種類の雲はどうちがうのか.層状雲は,巻雲(けんうん)から,高層雲・層雲など,厚みはどうあれ横にたなびく雲.
対流雲は,積雲・雄大積雲・積乱雲の縦(鉛直)に成長する雲.
雲は上昇流でできるでしょ.だから雲の二種類は,上昇流の違いを表現しています.

層状雲は,一団の空気がゆっくり上昇してできた雲.低気圧前面の温暖前線のように,面積的に大規模なゆっくりした上昇流がある証拠.

対流雲は,寒冷前線のように,寒気が暖気の下にもぐりこんで暖気を持ち上げるような急激な上昇流がある証拠.30分くらいで高度7000mにも成長します.さらに10000mを越えて成層圏の下まで達すると(上が暖かいので)上昇できなくて横に拡がって,「かなとこ雲」になります.こうなったらすごい雷雨を覚悟.それだけでなく強風(下降流)や,時には竜巻も起こります.積乱雲って空の暴れん坊.
対流雲は上昇流速度が大きいけど,面積規模は小さく,寿命も1時間程度(だから予報も難しい).

でも例外があります.大規模な対流雲がどんどん集まって何日も元気に強烈な降雨帯を維持する場合.それが熱帯低気圧(台風)です.そこで次の疑問.

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Q10) 台風は前線がないのになんで強い雨が降るの?

 われわれの住む温帯では雨は基本的に前線による場合が多いと書いたけど,熱帯低気圧は前線のない低気圧.でも実際には普通の温帯低気圧よりも強い雨が降りますね.なんででしょう.

◇台風の発生

  熱帯低気圧はもともとは赤道近くの北緯(または南緯)10°付近でできた積乱雲の塊.熱帯は日射が強く,しかも海水温も30℃近くて海水の蒸発量が多い所.蒸発した水蒸気はどんどん空気中にたまります.湿度が高い空気の中で,強い日射によって上昇流が起きます.上昇流が強いので発生するのは対流雲.水蒸気が多いので雲もどんどんできます.
対流雲がどんどんできるとどうなるか.雲ができるということは,水蒸気が凝結して雲粒になること.その時実は,熱が発生するのです.

◇潜熱

濡れた肌をそのままにしておくと,水分が蒸発して乾燥するときに熱を奪うことは知ってますよね.このとき肌が冷えます.でも冷えて減った分の熱はどこにいったのでしょう.熱を奪った空気の温度は上がりません.手品のように消えてしまいました.
 実は,蒸発してできた水蒸気の中に閉じこめられているのです.この温度を上げない熱を「潜熱」といいます.つまり蒸発するときは,奪った熱は潜熱として吸収されたのです.ちなみにストーブの火のように実際に空気の温度を上げる熱は「顕熱」といいます.

◇台風発生の原理

じゃあ蒸発の逆で水蒸気が凝結して液体(雲粒)になる時は? さっきの潜熱がこの時放出されて,ここで空気の温度を上げるのです.つまり雲が発生するときは,空気が暖まるのです.
 というわけで対流雲がどんどん発生するとそこはさらに気温が上がります(実は雲が発生するところでは潜熱の放出が起きるから,Q1・2で書いたように,空気が上昇するとただ直線的に温度が下がる,というわけにはいかないの)
気温が上がると空気はどうなるでしょう.より軽くなったので上昇します.もともと強い上昇流が更に強くなるわけ.
そうなると地上の空気がますます吸い上げられて気圧がどんどん下がり,周囲との気圧傾度が大きくなって風速が強くなり,低気圧が台風に成長するのです.だから台風は驟雨をもたらす積乱雲(暴れん坊)の集団というだけでなく,同時に強風をもたらすのです.

つまり,降水には

降水←厚い雲←上昇気流←気温上昇←潜熱の放出・水蒸気の凝結←厚い雲

という厚い雲の成長による循環的メカニズムもあるということを知ってください.

ちなみに台風は陸地に上陸すると弱まるでしょう.それは台風のエネルギー源は暖かい海からの水蒸気なので,それが供給されなくなったからです.
たとえば,台風が本州内陸を北上した場合はすぐに弱まるので北日本に被害をおよぼすことはめったにないけど,日本海上を北上した場合は水蒸気が供給され続けるので台風は強いままで北日本にも被害を与えます(青函連絡船を沈没させた洞爺丸台風など).

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どうでしたか? こういう話が楽しいと思える人は気象予報士に向いています.そういう人は,まずはこのページで知ったことを復習しましょう.中級編をそのうち作るのでお楽しみに.

復習:以下の気象学用語の意味は何ですか. 右の数字が説明してある番号です.気象予報士になりたい人は全部わかるように復習しましょう.

温位: 2)  温暖前線:6)  乾燥断熱減率:1)  寒冷前線:6)  気温減率:1)  

気圧傾度:8)  高気圧:7)  驟雨:9)  収束:6)  潜熱:10)  層状雲:9)  

相対湿度:3)  台風:5),8),10)  対流雲:9)  地雨:9)  低気圧:5)

停滞前線:6)  閉塞前線:6)  飽和水蒸気密度:3)

温帯低気圧と熱帯低気圧の降水メカニズムの違いを述べよ


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