カステラヌス

カステッラヌス（ラテン語の castellanus  「城」に由来）またはcastellatusは、少なくとも上部に、銃眼のある外観を与える小塔の形をした積雲状の突起を示す雲である。これらの小塔のいくつかは幅よりも高く、共通の底部を持ち、一列に並んでいるように見える。^[1]カステッラヌスの特徴は、雲を横から（つまり、方向線に垂直な線上の有利な地点から）観察したときに特に顕著である。

これは、巻雲、巻積雲、高積雲、層積雲という雲の属に属する雲種である。^{[1] [2] [3]}この雲の種には、巻雲カステラヌス、巻積雲カステラヌス、高積雲カステラヌス、層積雲カステラヌスが含まれる。^[1]積雲カステラヌスと呼ばれることもあるが、この型はフランスの国立気象局Météo-Franceやアメリカ気象学会、世界気象機関では認められていない。^[4]積雲カステラヌスに分類される雲は、典型的には共通の底部を持たず、一列に並んでいないため、より一般的に認められているカステラヌス型とはある程度異なる。一部の科学者は、カステラヌスは単なる雲種ではなく、完全な雲属であるべきだとも考えている。連邦航空局は暗黙的にカステランス属を完全な雲の属とみなしている。^[5]

すべてのカステラヌス雲は、その高度に不安定な（または条件付きで不安定な^[6] ）層が存在することを示していますが、必ずしも雲の下にあるとは限りません。一部の科学者（Scorer、 ^[7] Corfidi ^[4] ）は、カステラヌス雲を、高度の不安定な（または条件付きで不安定な）層にある飽和熱柱の上昇中に潜熱が放出されることで生成される雲と定義しています。 ^[4]この雲は「七面鳥の塔」のような外観になります。^[8]この不安定な（または条件付きで不安定な）層は、さまざまな方法で生成されます。（1）大規模な上昇（総観規模）により、断熱減圧により層の底部の温度が雲の上部の温度よりもゆっくりと低下するため、状況によっては空気が不安定になります。（2）同じ差を生み出す雲頂の冷却、（3）安定した気団上を不安定な（または条件付きで不安定な）気団の 移流などです。

カステリャヌスは、地表対流（積雲など）または高層対流（高積雲など）によって形成された雲から発生することがあります。^[4]しかし、塔内の対流のほとんどは、雲の高さでの不安定性（または条件付き不安定性）によるものであり、雲の下での対流によるものではありません。雲の周りの空気は急速に塔に巻き込まれます。雲の物理学によれば、雲に十分な湿度が含まれていない場合、^{[注 1]}雲に含まれる水蒸気は、上昇する雲塊の温度が飽和点に達するより高いレベルでのみ凝縮します。その結果、雲は底から乾燥し、この乾燥した空気が雲頂の下で凝縮しなければ、最終的に雲は消滅します。^{[4] [10]} 逆に、雲の周りの空気がほぼ飽和しており、厚い不安定な（または条件付きで不安定な）層が最初の雲の上に存在する場合、対流は継続できます。そして、どんどん広くなる塔が形成され、場合によっては積乱雲になります。

このように、カステラーヌスの発達は、湿度の量と不安定な（または条件付きで不安定な）層の特性に依存します。空に散らばる雲は、一般的に、比較的乾燥した空気と、より湿った「ポケット」の中にあります。雲がこのように高くて狭い成長を示す場合、周囲の乾燥した空気は対流を持続させず、雲の消散につながります。ただし、雲層が広がると、層内の相対湿度が高くなります。このシナリオは、塔の過度な発達に関連する可能性が高くなります。

カステラヌス属の種は、1975年に最後に公式に発表された国際雲地図帳で定義されている。 ^[11]これは、地上での雲の形の目視観測に基づいている。実際には、カステラヌスの形は、それを生み出す物理的なプロセスに関連している。つまり、雲の上部の局所的な不安定性（または条件付き不安定性）が温度逆転を破壊し、塔の形成の原因となり、これは垂直測深によって確認されている。

しかし、castellanusという種は異なるレベルの対流雲の異なる属に適用されるが、最も新しい雲の種類は中層に基部を持つ高積雲castellanusである。パイロットマニュアルではcastellanusとaltocumuluscastellanusのどちらかを互換的に使用しており、 catellanusという単語の意味を限定しているという事実によって、このことが裏付けられている。^[5]

この混乱を軽減するために、科学者のリチャード・S・スコアラー^[7]とコルフィディ^{[12]は、垂直方向の探査と}気象衛星の観測から得られた物理的基準のみに基づいた雲の分類を提案し、カステラヌスを積雲や巻雲と同じレベルの雲属に再分類しています。コルフィディは長い間、この変更に対する公的機関の抵抗を批判してきました。しかし、2016年版の国際クラウドアトラスでは、カステラヌスの地位は変わりません。^{[12] [13]}同じ科学者は、異なるレベルに存在するレンズ雲についても同様の意見を持っています。レンズ雲は完全な雲属としてではなく、種としてのみ認識されています。

科学者たちは、地上の日中の加熱によってのみ（または少なくとも主に）生成される対流雲と、積雲、層積雲、高積雲などの雲の上部の不安定性（または条件付き不安定性）によって主に生成されるカステラヌス雲がよく混同されることを指摘しており、後者の2つの属は混同されやすい。

さらに、国際雲地図帳 (ICA) は、対流雲の種類の決定方法について完全に正確ではありません。ICA (1975、p. 15–16) によると、積雲の底は通常、地表から 2 キロメートル (6,600 フィート) の間です。この高度制限は、地表温度と湿度がほぼ平均である温帯気候で​​の観測に基づいています。雲がどのように形成されるかは考慮されていません。アメリカ西部では、積雲の底は 4,000 メートル (13,000 フィート) に達することがあります。これは、低い露点(10 °C (50 °F)) と高い気温 (最大 45 °C (113 °F)) の組み合わせによって対流凝結レベルが非常に高くなるためです。^[14] ICA では、積雲の基底が 2 キロメートル (6,600 フィート) を超える可能性がある (積雲の基底は通常この高さ以下にあるとしている) としているが、ICA の 16 ページに記載されているガイダンスでは、高積雲の誤分類につながる可能性がある。このガイダンスでは、雲の属は「その高度に対応するエタージュ (高度範囲) で通常遭遇する属の中から選択することによって」決定できるとしている。このため、観測者は、基底が「低」エタージュ (地表から 2 キロメートル (6,600 フィート)) より上にあることを除いて、ICA で説明されている積雲の特徴をすべて備えた雲の属の可能性を除外する可能性がある。観測者は、ICA分類ガイドラインに忠実に従おうとすると、この雲を高積雲（おそらく高積雲塊）と誤認する可能性がありますが、この雲を生み出す不安定性は高積雲とは異なるレベルにあります。^[11]

さらに事態を複雑にしているのは、カステラヌス型の対流雲が、アトラスで定義されたレベルに対して中間高度で発生する上昇気流によって生成される可能性があることで、これにより可能性のある高度が連続体となる。^[12]これらの中間高度の対流雲は、降水を生成する場合を除いて、平らな基底を持つ。さらに、その基底の高度は、対流による凝結レベルよりも高くなることもあれば、自由対流レベルよりも高くなることさえある。これは、強制が発生する高度に依存する。この現象は、積乱雲が近くにある場合に発生する可能性がある。後者は、積乱雲の下流に流出を生成する。流出境界は、流出が周囲の空気と出会う場所で機械的強制を生成する疑似寒冷前線のように動作する。空気が条件付きで不安定な場合、この上昇により、既存の雲の流出の上部レベルで対流タワーを形成できる。

この現象の一例は、隣の図に示されており、コルフィディの論文^[15]の図2に対応しています。雷雨は図の東側にあります。コルフィディの論文の図の説明では、この雲はcastellanus ^[15]と呼ばれており、国際雲地図草稿^{[16]が示唆するような}cumulus mediocris altocumulogenitusとは呼ばれていません。

カステランス（非常に細い柱でできた雲）は、グライダーのパイロット には使えないことで有名です^[17]。雲が使える上昇気流を持つためには、上昇気流の柱が雲の下に存在する必要がありますが、その場合、雲の底は平らになります。一方、カステランス高積雲は、明確な底がないことでも識別できます。前述のように、積雲とカステランスの混成雲は、グライダーのパイロットが使用できます。

ソアリングに不利なカステランスは簡単に識別でき、「ロケット雲」というニックネームが付けられています。^[18] 積雲とカステランスの視覚的な違いは、前者は平らな底を持ち、後者は一般的に明確に定義された底を持たないことです。しかし、ハイブリッドカステランス（疑似積雲）が平らな底を持つ場合があるため、雲の目視観察だけでは不十分な場合があります。これら2種類の雲を区別する唯一の確実な方法は、飛行前の大気測定です。これらの疑似積雲の底が対流凝結レベルよりも高い場合、パイロットは望ましくない積乱雲の近くにいる可能性があります。さらに、積雲が崩壊すると、雲底の下に地面から発生していない上昇気流の柱がまだ存在する可能性があります。特に、一日の終わりには、気団は2000フィートまで安定している可能性がありますが、この安定した層より上では不安定になります。積雲は、その高さに応じて層積雲または高積雲に変わります。1956 年版の国際雲図鑑以前は、これらの雲は層積雲または高積雲「ヴェスペラリス」と呼ばれていました。これらの雲の真下には、上昇気流がまだ存在しています。気象学者のコルフィディ^[19]は、急速に崩壊するこれらの一見無害な雲は、夜間の雷雨の前兆となる可能性があると説明しています。

非地上対流を識別するには、「積雲」の底の高さcと対流凝縮レベル hを比較することができます。この高さhは次の式で与えられます。^[20]

${\displaystyle h=a\times (TD)}$ここでa = 0.125 km / °Cです。

Tは地表温度、D は露点です。変数c、T、D は、隣接するMETARから簡単にアクセスできます。

この高さhの計算は第一原理に基づいているため、かなり正確です。したがって、 の場合、観測された積雲は、コルフィディの意味でほぼ確実にカステラヌスです。その場合、周辺に側面線やダウンバーストが存在することに注意するのが賢明です。図 2 は、このようなパターンを示しています。 ${\displaystyle c\gg h}$

• 高積雲

• コットン、ウィリアム; ブライアン、ジョージ; ファン・デン・ヒーバー、スーザン (2011)。嵐と雲のダイナミクス第 2 版。国際地球物理学シリーズ。第 99 巻。アカデミック プレス。ISBN 978-0-12-088542-8。
• 国際雲地図帳、第1巻（PDF）。第1巻。世界気象機関。1975年。 2016年7月25日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2016年7月20日閲覧。
• 国際雲地図帳、第2巻（PDF）第2巻。世界気象機関。1975年。 2013年10月21日閲覧。
• Corfidi, Stephen F. (2008). 「高高度対流とカステッラヌス：曖昧さ、重要性、疑問」(PDF) .天気と予報. 23 (6): 1280–1303. Bibcode :2008WtFor..23.1280C. doi :10.1175/2008WAF2222118.1 . 2016-07-27に取得。