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気象学において、雲とは、惑星体または同様の空間の大気中に浮遊する、微小な液滴、氷晶、またはその他の粒子の目に見える塊からなるエアロゾルである。 [ 1 ]液滴と結晶は主に水で構成されている。地球上では、雲は、空気が露点まで冷却されたときの飽和、または、露点を周囲の温度まで上げるために、通常は水蒸気の形で、隣接する供給源から十分な水分を得た結果として形成される。
雲は地球の均質圏（対流圏、成層圏、中間圏を含む）で見られます。 雲学は雲の科学であり、気象学の雲物理学分野で行われています。世界気象機関は、均質圏の各層における雲の命名に、ラテン語と一般名の2つの方法を使用しています。
地球の表面に最も近い大気層である対流圏の属の種類には、 1802 年に正式に提案されたルーク・ハワードの命名法が世界的に採用されたため、ラテン語の名前が付けられています。これは、雲を 5 つの物理的形態に分け、さらに高度レベルに細分化または分類して 10 の基本属を導き出す現代の国際システムの基礎となりました。 5 つの主な形態は、層状シートまたはベール、積雲状の山、層積雲状の帯、ロールまたはリップル、繊維状の頂部を持つことが多い積乱雲状の塔、および巻雲状の薄片または斑点です。低層雲には高度に関連する接頭辞はありません。ただし、中層の層状雲と層積雲には接頭辞alto-が付けられ、同じ 2 つの形態の高層の変種には接頭辞cirro-が付けられます。層積雲の場合、低層属タイプには接頭辞strato-が適用されますが、中層および高層の変種からは alto- および cirro- との二重接頭辞を避けるために省略されます。 複数の層を占めるのに十分な垂直方向の広がりを持つ属タイプには、高度に関連する接頭辞は付きません。 これらは、最初に形成される高度に応じて正式には低層または中層に分類され、非公式には多層または垂直として特徴付けられます。 この分類方法によって派生した 10 属のほとんどは、種に細分化され、さらに変種に細分化されます。 地表まで伸びる非常に低い層状雲には、霧や靄という一般的な名前が付けられますが、ラテン語の名前はありません。
成層圏と中間圏の雲にも、主な種類ごとに一般的な名称があります。それらはベールやシート状、薄い糸状、帯状、波状など様々な形をとりますが、対流圏のように山や塔のような形にはなりません。それらはめったに見られず、主に地球の極地で発生します。太陽系内外の他の惑星や衛星の大気でも雲が観測されています。しかし、それらは温度特性が異なるため、水だけでなく、メタン、アンモニア、硫酸などの他の物質で構成されていることが多いのです。
対流圏の雲は地球の気候変動に直接的な影響を与える可能性があります。雲は太陽からの入射光線を反射し、雲が発生する場所と時期に冷却効果をもたらすこともあれば、地表から反射された長波放射を閉じ込めて温暖化効果をもたらすこともあります。雲の高度、形状、厚さは、地球と大気の局所的な加熱または冷却に影響を与える主な要因です。対流圏より上に形成される雲は、気候変動に影響を与えるには少なすぎ、薄すぎます。雲は気候感度の主な不確実性です。[ 2 ]
「雲」という言葉の語源は、古英語のcludまたはclodに遡り、これは丘や石の塊を意味します。13 世紀初頭頃、岩の塊と積雲の見た目が似ていることから、この言葉は雨雲の比喩として使われるようになりました。時が経つにつれ、この比喩的な用法は、それまで雲全般の文字通りの意味であった古英語のweolcanに取って代わりました。 [ 3 ] [ 4 ]
次の表は、その一部が基づいている雲の属のテンプレートと同様に、非常に広範囲にわたるものです。対流圏で使用される分類体系（地表エアロゾルを除く厳密なラテン語）と、同圏の上層で使用される方法（一般的な用語、一部は非公式にラテン語から派生）の間には、命名法のスタイルにいくつかの違いがあります。しかし、世界気象機関によって承認され使用されているこれら 2 つの体系は、物理的形態と高度レベルの相互分類を共有して、10 の対流圏の属、[ 5 ]地表レベルで形成される霧と靄、および対流圏より上のいくつかの主要なタイプを導き出します。積雲の属には、高度レベルに影響を与える可能性のある垂直方向の大きさを示す 4 つの種が含まれています。
古代の雲の研究は孤立して行われたのではなく、他の気象要素や他の自然科学と組み合わせて観察された。紀元前340年頃、ギリシャの哲学者アリストテレスは『気象学』を著した。これは、当時の自然科学、特に気象と気候に関する知識の総体を表す著作である。降水と降水をもたらす雲は初めて流星と呼ばれた。これはギリシャ語の「meteoros」（空高く）に由来する。この言葉から、雲と気象の研究である現代の気象学という用語が生まれた。 『気象学』は直観と単純な観察に基づいていたが、現在科学的方法と考えられているものに基づいてはいなかった。それでも、特に水循環など、幅広い気象学的トピックを体系的に扱おうとした最初の著作として知られている。[ 10 ]
雲の形成と挙動に関する推測的な理論が何世紀にもわたって存在した後、真に科学的な研究が初めて行われたのは19世紀初頭、イギリスのルーク・ハワードとフランスのジャン＝バティスト・ラマルクによるものでした。ハワードはラテン語に精通した几帳面な観察者であり、その知識を活かして1802年に様々な対流圏雲の種類を正式に分類しました。彼は、空に変化する雲の形状を科学的に観察することで、天気予報の鍵をつかむことができると信じていました。
ラマルクは同年、独自に雲の分類に取り組んでおり、雲の種類に非常に記述的でくだけたフランス語の名前やフレーズを用いた、他とは異なる命名法を考案したが、彼の母国フランスでさえも印象に残らなかった。彼の命名法には、霞んだ雲、まだら模様の雲、ほうき状の雲など、12種類の雲が含まれていた（フランス語からの翻訳）。対照的に、ハワードは広く受け入れられているラテン語を使用し、1803年に出版されるとすぐに普及した。[ 11 ]この命名法の人気を示すものとして、ドイツの劇作家で詩人のヨハン・ヴォルフガング・フォン・ゲーテは雲に関する4つの詩を作り、ハワードに捧げた。
ハワードのシステムを改良したものが、最終的に1891年の国際気象会議で正式に採用された。[ 11 ]このシステムは対流圏の雲の種類のみを対象としていた。しかし、19世紀後半に対流圏より上の雲が発見されたことで、最終的には、ラマルクの分類方法をいくらか彷彿とさせる記述的な一般名やフレーズの使用に戻る別の分類体系が作成された。これらの非常に高い雲は、これらの異なる方法で分類されているにもかかわらず、対流圏でラテン語名で識別されるいくつかの雲の形態と概ね類似している。[ 8 ]
地上の雲は、対流圏、成層圏、中間圏を含む均質圏のほとんど全体に見られます。これらの大気層内では、空気は露点まで冷却されるか、隣接する供給源から水分が加えられることによって飽和状態になることがあります。[ 12 ]後者の場合、露点が周囲の空気温度まで上昇すると飽和状態になります。
断熱冷却は、対流、低気圧/前線、地形性という 3 つの上昇要因のうち 1 つ以上が、目に見えない水蒸気を含む空気の塊を上昇させ、露点、つまり空気が飽和する温度まで冷却するときに発生します。このプロセスの背後にある主なメカニズムは断熱冷却です。[ 13 ]空気が露点まで冷却されて飽和すると、水蒸気は通常凝結して雲粒を形成します。この凝結は通常、塩や塵の粒子など、通常の空気の循環によって上空に保持されるほど小さい雲凝結核上で発生します。 [ 14 ] [ 15 ]
一つの要因は、日中の地表付近での太陽加熱によって引き起こされる空気の対流上昇運動である。[ 14 ]低層の気団不安定性により、対流圏に積雲が形成され、空気が十分に湿っている場合はにわか雨が発生する可能性がある。[ 16 ]比較的まれなケースでは、対流上昇が対流圏界面を貫通して雲頂を成層圏に押し上げるほど強力になることがある。[ 17 ]
前線や低気圧による上昇気流は、収束と呼ばれる過程によって気象前線や低気圧の中心付近で安定した空気が上空に押し上げられるときに、対流圏で発生します。[ 18 ]温帯低気圧に伴う温暖前線は、接近する暖気団が不安定でない限り、広い範囲にわたって主に巻雲や層状雲を生成する傾向があります。その場合、積雲群や積乱雲は通常、主要な降水雲層に埋め込まれます。[ 19 ]寒冷前線は通常、移動速度が速く、より狭い雲列を生成します。雲は、前線のすぐ前の暖気団の安定性に応じて、主に層積雲、積雲、または積乱雲になります。[ 20 ]
3つ目の上昇源は、風の循環によって山などの物理的な障壁を越えて空気が押し上げられること（地形性上昇）です。[ 14 ]空気が概ね安定している場合は、レンズ状の雲しか形成されません。しかし、空気が十分に湿って不安定になると、地形性にわか雨や雷雨が発生することがあります。[ 21 ]
これらの上昇作用によって形成された雲は、まずこれらの作用が最も活発な対流圏で見られます。しかし、対流圏の上部まで上昇した水蒸気は、重力波によってさらに高いところまで運ばれ、そこでさらに凝結して成層圏や中間圏で雲が形成されることがあります。[ 22 ]
上昇剤を必要とする断熱冷却に加えて、空気の温度を露点まで下げる主要な非断熱メカニズムが 3 つ存在する。伝導冷却、放射冷却、蒸発冷却は上昇メカニズムを必要とせず、地表レベルでの凝結を引き起こし、霧の形成につながる可能性がある。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]
冷却プロセスなしで飽和状態を達成する方法として、空気中に水蒸気を加える主な発生源はいくつかあります。地表水や湿った地面からの蒸発[ 26 ] [ 12 ] [ 27 ]、降水または降雨[ 28 ] 、植物からの蒸散[ 29 ]などです。
対流圏の分類は、物理的形態と高度レベルを最上位とする階層的なカテゴリーに基づいている。[ 6 ] [ 7 ]これらは合計10の属タイプに分類され、そのほとんどは種に分けられ、さらに階層の最下位にある変種に細分化される。[ 30 ]
対流圏の雲は、構造と形成過程に基づいて5つの物理的形態をとります。これらの形態は、衛星解析の目的で一般的に使用されます。[ 31 ]これらは、不安定性または対流活動の概ね昇順で以下に示されています。[ 32 ]
対流圏雲は、地球表面からの高度範囲に基づいて、3 つのレベル (以前はétagesと呼ばれていました) のいずれかで形成されます。雲をレベルに分類することは、雲図鑑、地表気象観測[ 7 ]、および天気図[ 40 ]の目的で一般的に行われます。各レベルの基底高度範囲は、緯度地理ゾーンによって異なります。[ 7 ]各高度レベルは、主に物理的な形状によって区別される 2 つまたは 3 つの属タイプで構成されています。[ 41 ] [ 5 ]
標準的なレベルと属の種類は、それぞれが通常基準とする高度の降順で以下にまとめられています。[ 42 ]垂直方向に大きく広がる多層雲は、不安定性または対流活動の昇順で別途リストされ、まとめられています。[ 32 ]
極地では高度3,000 ～ 7,600 m (10,000 ～ 25,000フィート)、温帯地域では5,000 ～ 12,200 m (16,500 ～ 40,000フィート)、熱帯地域では6,100 ～ 18,300 m (20,000 ～ 60,000フィート)に高層雲が形成されます。[ 7 ]巻雲はすべて高層雲に分類され、巻雲(Ci) という単一の属を構成します。高高度の層積雲と層状雲には接頭辞cirro-が付き、それぞれ巻積雲(Cc) と巻層雲(Cs)という属名になります。解像度の限られた衛星画像で高層雲を解析する場合、直接的な人間の観測による裏付けデータがなければ、個々の形態や属のタイプを区別することは不可能になり、それらはまとめて高層型（または非公式には巻雲型。ただし、すべての高層雲が巻雲の形態や属であるわけではない）として識別される。[ 43 ]
中層の非垂直雲にはalto-という接頭辞が付き、層積雲型にはaltocumulus (Ac)、層状雲型にはaltostratus (As)という属名が付けられます。これらの雲はどの緯度でも地表から2,000 m (6,500 ft)という低い高度に形成されることがありますが、極付近では4,000 m (13,000 ft) 、中緯度では7,000 m (23,000 ft)、熱帯では7,600 m (25,000 ft)という高い高度に基づくこともあります。 [ 7 ]高層雲と同様に、主な属の種類は人間の目で容易に識別できますが、衛星写真だけでは区別することはできません。人間の観測による裏付けデータがない場合、これらの雲は通常、衛星画像上でまとめて中層型として識別されます。[ 43 ]
低い雲は、地表付近から2,000 m (6,500フィート)までの範囲に見られます。[ 7 ]このレベルの属タイプには接頭辞が付かないか、高度以外の特性を示す接頭辞が付かれているかのいずれかです。対流圏の下層で形成される雲は、一般的に中層や上層で形成される雲よりも構造が大きいため、衛星写真のみを使用して、その形状と属タイプによって識別できる場合がほとんどです。[ 43 ]
これらの雲は、地表付近から約2,400メートル（8,000フィート）までの低層から中層に形成され、雲頂は中高度域まで伸び、乱層雲の場合はさらに高くなることもある。
これらの非常に大きな積雲や積乱雲は、多層雲や中程度の垂直雲と同じ低層から中層の範囲に雲底がありますが、雲頂はほぼ常に高層まで伸びています。垂直方向に発達していない雲とは異なり、これらの雲は、パイロットに悪天候や乱気流の可能性を警告するために、すべての航空観測（METAR）および予報（TAFS）で標準名または略語で識別する必要があります。[ 9 ]
属のタイプは、一般的に種と呼ばれるサブタイプに分けられ、特定の構造の詳細を示します。これは、任意の時間と場所における大気の安定性とウィンドシア特性に応じて変化する可能性があります。この階層にもかかわらず、特定の種は複数の属のサブタイプになる可能性があり、特に属が同じ物理的形態を持ち、主に高度またはレベルによって互いに区別される場合にそうです。いくつかの種があり、それぞれが複数の物理的形態の属に関連付けられる可能性があります。[ 74 ]種のタイプは、それぞれが通常関連付けられている物理的形態と属に従って以下にグループ化されています。形態、属、および種は、不安定性または対流活動の概ね昇順で左から右にリストされています。[ 32 ]
非対流性層状雲群のうち、高層巻層雲は 2 種から構成されます。巻層雲星雲は、構造の詳細を欠いた、やや拡散した外観をしています。[ 75 ]巻層雲繊維雲は、巻雲への移行または巻雲からの移行である、半ば融合したフィラメントからなる種です。[ 76 ]中層高層雲と多層乱層雲は常に平坦または拡散した外観をしており、したがって種に細分化されません。低層雲は、層状雲破断雲のギザギザのシートに分裂している場合を除き、星雲雲種です[ 75 ] (下記参照)。[ 62 ] [ 74 ] [ 77 ]
巻雲には、安定した気団条件下で形成される非対流性の3つの種類があります。Cirrus fibratusは、まっすぐな、波状の、または風のシアによってねじれたフィラメントで構成されています。[ 76 ]種uncinusは似ていますが、端が上向きのフックになっています。Cirrus spissatusは、薄い灰色の陰影を示す不透明な斑点として現れます。[ 74 ]
層積雲属のタイプ（巻積雲、高積雲、層積雲）は、対流が限られている安定した空気中に現れ、それぞれ 2 つの種があります。層積雲種は通常、広範囲のシート状、または対流活動が最小限の小さなパッチ状に発生します。[ 78 ]レンズ雲種の雲は、端が細くなったレンズ状の形をしている傾向があります。これらは、地形性山岳波雲として最もよく見られますが、対流圏のどこにでも、強い風のシアと、一般的に平坦な雲構造を維持するのに十分な気塊の安定性が組み合わさって発生する可能性があります。これらの 2 つの種は、特定の時点で存在する層積雲属に応じて、対流圏の高層、中層、または低層で見られます。[ 62 ] [ 74 ] [ 77 ]
フラクタス種は、安定性特性が異なるさまざまな物理的形態の属タイプの細分化である可能性があるため、不安定性が変動します。このサブタイプは、ギザギザしているがほとんど安定している層状シート（層状フラクタス）または、やや不安定な小さなギザギザの積雲状の塊（積雲フラクタス）の形をとることができます。[ 74 ] [ 77 ] [ 79 ]この種の雲が、かなりの垂直方向および時には水平方向の広がりを持つ降水雲系と関連している場合、それらはパヌスという名前で付属雲としても分類されます（補足的特徴のセクションを参照）。[ 80 ]
これらの種は、対流が限定的な部分的に不安定な空気中で発生する属タイプの細分です。カステラヌス種は、大部分が安定している層積雲または巻雲層が、通常午前または午後に局所的な気団不安定領域によって乱されたときに現れます。これにより、共通の層状基底から発生する埋め込み積雲の形成が起こります。[ 81 ]カステラヌスは、横から見ると城の塔に似ており、あらゆる対流圏高度レベルの層積雲属や、高層巻雲の限定的な対流パッチとともに見られます。[ 82 ]より分離したフロッカス種の房状雲は、全体的な構造が巻雲または層積雲である属タイプの細分です。巻雲、巻積雲、高積雲、層積雲とともに見られることもある。[ 83 ]
新たに認識された層積雲または高積雲の一種は、ボルタス（volutus）という名前が付けられました。これは、積乱雲の形成の前方に発生するロール状の雲です。[ 84 ]ボルタス雲の中には、親雲ではなく特定の地理的特徴との相互作用の結果として形成されるものもあります。この種の雲の中で最も奇妙な地理的に特定の雲は、おそらくモーニンググローリーでしょう。これは、オーストラリア北部のカーペンタリア湾上空に予測不能に現れる、回転する円筒形の雲です。大気中の強力な「さざ波」と関連しており、グライダーで「サーフィン」することができます。[ 85 ]
対流圏のより一般的な気団不安定性は、より自由対流性の積雲属タイプの雲を生成する傾向があり、その種は主に大気不安定性の程度とそれに伴う雲の垂直方向の発達の指標となります。積雲は、最初は対流圏の下層で、わずかに垂直方向に発達するだけのhumilis種の小雲として形成されます。空気がより不安定になると、雲は垂直方向にmediocris種に成長し、次に最も高い積雲種であるcongestus種に強く対流する傾向があります[ 74 ]。これは、国際民間航空機関が「そびえ立つ積雲」と呼ぶのと同じタイプです。[ 9 ]
非常に不安定な大気の状態では、大きな積雲はさらに強く対流する積乱雲カルブス（基本的に雷を発生させる非常に高い積乱雲）に成長し続け、最終的には雲の上部の過冷却された水滴が氷の結晶に変わり、巻雲のような外観を呈するカピラトゥス種になる可能性がある。 [ 74 ] [ 77 ]
属や種のタイプはさらに変種に細分化され、その名前は種名の後に付けられて雲のより詳細な説明を提供する。雲の変種の中には、特定の高度や形状に限定されないものもあり、そのため複数の属や種に共通することがある。[ 86 ]
すべての雲の種類は、2 つの主要なグループのいずれかに分類されます。 1 つのグループは、特定の低層および中層の雲構造の不透明度を識別するもので、 translucidus (薄く半透明)、perlucidus (厚く不透明で、半透明または非常に小さな透明な切れ目がある)、opacus (厚く不透明) の 3 つの種類が含まれます。 これらの種類は、不透明度が変化する雲の属および種で常に識別可能です。 3 つすべてが、高積雲と層積雲の stratiformis 種に関連しています。 ただし、均一な構造のため perlucidus 種類が形成されない高層雲と層状星雲では、2 つの種類しか見られません。 不透明度に基づく種類は、常に半透明であるか、巻雲の場合は常に不透明であるため、高層雲には適用されません。[ 86 ] [ 87 ]
2 番目のグループは、地上の観測者によって識別可能な特定のパターンへの雲構造の時折の配置を記述しています (雲域は通常、形成物のかなり上空からのみ見ることができます)。これらの変種は、通常関連付けられている属や種に常に存在するわけではなく、大気条件がその形成に有利な場合にのみ現れます。Intortusおよびvertebratus変種は、巻雲 fibratus に時折現れます。これらはそれぞれ、不規則な形にねじれたフィラメントと、魚の骨のようなパターンに配置されたもので、通常はこれらの変種の形成に有利な不均一な風の流れによって形成されます。radiatus変種は、地平線で収束しているように見える特定のタイプの雲列に関連しています。これは、巻雲の fibratus 種と uncinus 種、高積雲と層積雲の stratiformis 種、積雲の mediocris 種と時には humilis 種、[ 89 ] [ 90 ]、および高層雲属に見られることがあります。[ 91 ]
別の変種であるduplicatus（同じ種類の層が密に重なり合っている）は、fibratus種とuncinus種の巻雲、およびstratiformis種とlenticularis種の高積雲と層積雲とともに見られることがある。undulatus（波打つような基底を持つ）は、stratiformis種またはlenticularis種の雲、および高層雲とともに発生する可能性がある。stratus nebulosusとともに見られることはまれである。lacunosusという変種は、局所的な下降気流によってハニカム状または網状の円形の穴が作られることによって引き起こされる。stratiformis種、castellanus種、floccus種の巻積雲と高積雲、およびstratiformis種とcastellanus種の層積雲とともに見られることがある。[ 86 ] [ 87 ]
一部の種では、特に一方の変種が不透明度に基づくもので、もう一方の変種がパターンに基づくものである場合、複数の変種が同時に現れることがあります。その例としては、小さな切れ目によって隔てられた、一見収束する列に並んだ層状高積雲の層が挙げられます。この構成の雲の正式な技術名は、altocumulus stratiformis radiatus perlucidusとなり、これはその属、種、および 2 つの複合変種をそれぞれ識別します。[ 77 ] [ 86 ] [ 87 ]
補助的な特徴や付属の雲は、種や変種レベルより下の雲タイプの細分化ではありません。むしろ、それらは特定の雲の属、種、変種に関連して形成される、独自のラテン語名を持つ水粒子または特殊な雲タイプです。 [ 77 ] [ 87 ]雲や降水の形をとる補助的な特徴は、主となる属の雲に直接付着しています。対照的に、付属の雲は一般的に主となる雲から分離しています。[ 92 ]
補助的な特徴の 1 つのグループは実際の雲の形成ではなく、目に見える雲を構成する水滴や氷の結晶が重くなりすぎて空中にとどまれなくなったときに降る降水です。降水が地上に到達する前に蒸発する降水を生成する雲に見られる特徴は、巻積雲、高積雲、高層雲、乱層雲、層積雲、積雲、積乱雲の属です。[ 92 ]
降水が完全に蒸発せずに地上に到達すると、それは降水現象praecipitatioと呼ばれます。[ 93 ]これは通常、広範囲に及ぶが通常は弱い降水をもたらす高層雲 opacus や、垂直方向に大きく発達する厚い雲で発生します。後者のうち、上昇する中積雲は孤立した弱いにわか雨しか発生させませんが、下降する乱層雲はより激しく広範囲にわたる降水をもたらすことができます。高くそびえる垂直雲は、激しい降水現象を引き起こす能力が最も高いですが、これらは、急速に移動する寒冷前線に沿って組織化されていない限り、局地的になる傾向があります。中程度から激しい強度のにわか雨は、積乱雲 congestus から降ることがあります。すべての雲属の中で最大の積乱雲は、非常に激しいにわか雨をもたらす能力があります。低い層雲は通常、軽い降水しか引き起こさないが、この雲種は地上に近すぎるため降水雲の形成を許さないため、降水は常に降水現象として発生する。[ 77 ] [ 87 ] [ 92 ]
インクスは最もタイプ固有の補助的な特徴であり、カピラトゥス種の積乱雲でのみ見られる。積乱雲のインクス雲頂は、上昇気流が対流圏界面の安定層に衝突し、高度の上昇に伴って空気が冷えなくなることで、はっきりと金床状に広がった雲頂である。[ 94 ]
マンマは、雲の底に、雲内部の局所的な下降気流によって生じる、下向きの泡状の突起として形成されます。また、 20世紀に世界気象機関によってラテン語の命名法が標準化される以前に使用されていた用語の古いバージョンである、マンマタスと呼ばれることもあります。最もよく知られているのはマンマタスを伴う積乱雲ですが、巻雲、巻積雲、高積雲、高層雲、層積雲にもマンマが見られることがあります。[ 92 ]
チューバとは、積雲や積乱雲の底から垂れ下がる雲柱のことです。新しく形成された、あるいは組織化されていない雲柱は比較的無害かもしれませんが、急速に発達して漏斗雲や竜巻になることがあります。[ 92 ] [ 95 ] [ 96 ]
アーカスとは、積乱雲または積雲の下部前面に付着したギザギザの縁を持つロール状の雲で、スコールラインまたは雷雨流出の先端に沿って形成される。[ 97 ]大きなアーカスは、暗く不気味なアーチのように見えることがある。[ 92 ]
世界気象機関(WMO)は、いくつかの新しい補助的な特徴を正式に認めています。特徴fluctus は、層積雲、高積雲、または巻雲が規則的な間隔の山に分裂するとき、強い大気風シアの条件下で形成されることがあります。この変種は、非公式にはケルビン・ヘルムホルツ (波) 雲として知られています。この現象は、他の惑星の雲の形成や太陽の大気でも観測されています。[ 98 ]層積雲または高積雲に関連する、非常に乱れているが混沌とした波状の雲の特徴は、ラテン語でasperitasと名付けられています。補助的な特徴cavumは、過冷却された高積雲または巻積雲の薄い層に時折形成される円形の落下筋穴です。氷晶がより低い高度に落下するため、穴の下には通常、巻雲の virga またはウィスプからなる落下筋が見られます。このタイプの穴は、通常、典型的なラクノサス穴よりも大きい。ムルスの特徴は、雲底が下がり回転する積乱雲の壁雲で、竜巻の発生につながる可能性がある。カウダの特徴は、ムルス雲から水平方向に伸びる尾雲で、嵐に空気が流れ込むことによって生じる。[ 84 ]
主雲から分離した補助的な雲の形成は、付属雲として知られています。[ 77 ] [ 87 ] [ 92 ]降水量の多い雲、乱層雲、高層積雲（積雲群）、積乱雲では、降水中にパンヌス構造、低いギザギザの雲、積雲フラクタスまたは層雲フラクタス属の雲が形成されます。 [ 80 ]
付属雲群は、主に自由対流による上昇する積雲や積乱雲に関連する雲の形成物から構成されます。ピレウスは、積乱雲または大きな積雲の上に形成されるキャップ雲です[ 99 ]。一方、ベラムは、親雲の中央または前面にエプロンのように形成される薄い水平シートです[ 92 ] 。最近、世界気象機関によって正式に認められた付属雲は、フルメンで、非公式にはビーバーの尾とも呼ばれています。これは、スーパーセル雷雨の暖かく湿った流入によって形成され、竜巻と間違われることがあります。フルメンは竜巻の危険性を示すことがありますが、パヌスやスカッド雲に似た外観で、回転しません[ 84 ] 。
雲は最初は澄んだ空気中で形成されるか、霧が地表より上に上昇したときに雲になります。新しく形成された雲の属は、主に安定性や水分含有量などの気団の特性によって決定されます。これらの特性が時間とともに変化すると、属もそれに応じて変化する傾向があります。このような場合、元の属は母雲と呼ばれます。新しい属が現れた後も母雲が元の形を多く保持している場合、それはジェニタス雲と呼ばれます。その一例として、対流による上昇が失われたときに積雲が部分的に広がって形成される層積雲積雲ジェニタスがあります。母雲の属が完全に変化した場合、それはミュータタス雲とみなされます。[ 100 ]
genitus および mutatus のカテゴリーは、既存の雲から発生しない特定のタイプを含むように拡張されました。flammagenitus (ラテン語で「火で作られた」) という用語は、大規模な火災や火山噴火によって形成される積乱雲または積雲群に適用され、後者は高度57 km (35 mi)に達し、[ 101 ]核キノコ雲は上方に最大67 km (42 mi)まで伸びます。[ 102 ]小規模な低層の「火成雲」または「噴煙雲」は、限定された産業活動によって形成され、現在は cumulus homogenitus (ラテン語で「人造」) に分類されています。対流圏上層を飛行する航空機の排気から形成される飛行機雲は、持続して巻雲に似た形状に広がり、巻雲均質雲と指定されます。巻雲均質雲が完全に高位の属のいずれかに変化した場合、それらは巻雲、巻層雲、または巻積雲均質雲と呼ばれます。層状白内障雲（ラテン語で「白内障でできた」）は、滝の飛沫によって生成されます。森林雲（ラテン語で「森林でできた」）は、森林の樹冠の上の空気に水蒸気が加わることで形成される層状雲です。[ 100 ]
時として、特定の気象現象によって雲が組織化され、広範囲を覆うようなパターンを形成することがあります。こうしたパターンは通常、地表からは識別しにくく、航空機や宇宙船から観測するのが最適です。
層積雲は、特定の形状や特徴を持つ「領域」に組織化されることがあります。一般的に、これらの領域は地上よりも高高度からの方が識別しやすいです。それらはしばしば次のような形で見られます。
これらのパターンは、エンジニアで流体力学者のテオドール・フォン・カルマンにちなんで名付けられたカルマン渦と呼ばれる現象から形成されます。[ 105 ]風によって駆動される雲、通常は中層の高積雲または高層の巻雲は、風向に沿って平行な列を形成することがあります。風と雲が垂直に突出した島などの高地地形に遭遇すると、高地の周囲に渦が形成され、雲がねじれたように見えることがあります。[ 106 ]
雲の局所的な分布は地形によって大きく影響を受ける可能性があるが、対流圏における雲の世界的な分布は緯度によってより大きく変化する傾向がある。これは、赤道付近および北半球と南半球の緯度50度付近で地球を一周する地表対流圏収束の低気圧帯内およびその周辺で最も多く見られる。 [ 109 ]上昇気流によって雲の生成につながる断熱冷却プロセスはすべて収束に関連している。収束とは、特定の場所での空気の水平流入と蓄積、およびそれが起こる速度を含むプロセスである。[ 110 ]赤道付近では、非常に暖かく不安定な空気が主に積雲と積乱雲を促進する低気圧の熱帯収束帯（ITCZ）の存在により、雲量が増加している。[ 111 ]中緯度収束帯では、空気の安定性と水分量に応じて、ほぼあらゆる種類の雲が形成される可能性があります。これらの温帯収束帯は極前線によって占められており、極起源の気団が熱帯または亜熱帯起源の気団と出会い衝突します。[ 112 ]これにより、衝突するさまざまな気団の安定性特性に応じて、安定または不安定の程度が異なる雲系で構成される気象発生温帯低気圧が形成されます。[ 113 ]
発散は収束の反対です。地球の対流圏では、上昇気流の上部、または下降気流の下部からの水平方向の空気の流出を伴い、多くの場合、高気圧域または高気圧尾根に関連しています。[ 110 ]雲は極付近と、北緯と南緯30度付近の亜熱帯で最も少ない傾向があります。後者は、馬緯度と呼ばれることもあります。赤道の両側に大規模な亜熱帯高気圧尾根が存在すると、これらの低緯度での雲が減少します。 [ 114 ]同様のパターンは、両半球の高緯度でも発生します。[ 115 ]
雲の輝度または明るさは、雲の粒子による光の反射、散乱、透過によって決まります。その明るさは、もやや、ハロや虹などの光流星の存在によっても影響を受けることがあります。[ 116 ]対流圏では、密度の高い深い雲は、可視スペクトル全体にわたって高い反射率（70～95%）を示します。小さな水の粒子が密集しており、太陽光は反射される前に雲の奥深くまで到達できないため、特に上空から見ると、雲は特徴的な白色になります。[ 117 ]雲粒は光を効率的に散乱する傾向があるため、太陽放射の強度はガスの深さとともに減少します。その結果、雲底は、雲の厚さと、観測者に反射または透過される光の量に応じて、非常に明るい灰色から非常に暗い灰色まで変化する可能性があります。高度の高い薄い対流圏の雲は、構成する氷晶または過冷却水滴の濃度が比較的低いため、反射する光が少なく、わずかにオフホワイトに見えます。しかし、厚く密度の高い氷晶雲は、反射率が高いため、鮮やかな白色に灰色の陰影がはっきりと現れます。[ 116 ]
対流圏雲が成熟するにつれて、密度の高い水滴が合体してより大きな水滴になることがあります。水滴が大きくなりすぎて空気の循環によって空中に保持できなくなると、雨として雲から落下します。この蓄積の過程により、水滴間の空間がますます大きくなり、光が雲の奥深くまで届くようになります。雲が十分に大きく、内部の水滴が十分に離れている場合、雲に入った光の一部は反射されずに吸収され、雲は暗く見えます。その簡単な例として、濃い霧よりも大雨の方が遠くまで見渡せることが挙げられます。この反射/吸収の過程が、雲の色が白から黒まで変化する原因です。[ 118 ]
印象的な雲の色はどの高度でも見ることができ、雲の色は通常、入射光と同じ色になります。[ 119 ]太陽が比較的高い位置にある日中は、対流圏の雲は一般的に上部が明るい白色で、下部がさまざまな濃淡の灰色に見えます。薄い雲は白く見えるか、周囲の環境や背景の色を帯びているように見えることがあります。赤、オレンジ、ピンクの雲はほぼ日の出/日没時に発生し、大気による太陽光の散乱の結果です。太陽が地平線のすぐ下にあるとき、低層雲は灰色、中層雲はバラ色、高層雲は白またはオフホワイトに見えます。夜間の雲は、月のない空では黒または濃い灰色、月の光に照らされると白っぽくなります。また、大きな火災、都市の明かり、オーロラなどの色を反射することもあります。[ 119 ]
緑がかった色や青みがかった色に見える積乱雲は、非常に多量の水を含んでいることを示しています。雹や雨が光を散乱させ、雲を青く見せているのです。緑色に染まるのは、太陽が比較的低い位置にある夕方遅くに多く見られます。入射する太陽光には赤みがかった色合いがあり、非常に背の高い青みがかった雲を照らすと緑色に見えるのです。スーパーセル型の嵐はこのような特徴を示すことが多いですが、どんな嵐でもこのような色に見えることがあります。このような色は、それが激しい雷雨であることを直接示すものではなく、その可能性を裏付けるものです。緑や青みがかった色は多量の水を示しているため、それを支える強い上昇気流、嵐から降り注ぐ強風、湿った雹など、激しい雷雨になる可能性を高める要素がすべてこの色から推測できます。さらに、上昇気流が強いほど、嵐が竜巻を発生させ、大きな雹や強風をもたらす可能性が高くなります。[ 120 ]
森林火災シーズンの晩春から初秋にかけて、対流圏に黄色っぽい雲が見られることがあります。黄色は煙に含まれる汚染物質によるものです。黄色っぽい雲は二酸化窒素の存在によって引き起こされ、大気汚染レベルの高い都市部で見られることがあります。[ 121 ]
対流圏雲は地球の対流圏と気候に数多くの影響を及ぼします。まず第一に、雲は降水源であり、降水の分布と量に大きな影響を与えます。周囲の雲のない空気との浮力の差により、雲は対流性、前線性、または低気圧性の空気の垂直運動と関連付けられることがあります。雲の密度が低い場合、水蒸気の凝結によって熱が放出され、空気が暖まり密度が低下するため、動きは上昇します。空気が上昇すると冷却されて密度が増加するため、下降運動につながる可能性があります。これらの影響はすべて、大気の垂直方向の温度と水分構造に微妙に依存しており、地球の気候に影響を与える熱の大きな再分配をもたらします。[ 122 ]
対流圏の雲の複雑さと多様性は、雲が気候や気候変動に及ぼす影響を定量化することが難しい主な理由です。一方では、白い雲頂は太陽からの短波放射（可視光と近赤外線）を反射することで地表の冷却を促進し、地表で吸収される太陽放射の量を減らし、地球のアルベドを高めます。地表に到達する太陽光のほとんどは吸収され、地表を温め、地表はより長い赤外線波長で上向きに放射します。しかし、これらの波長では、雲の中の水が効率的な吸収体として作用します。水は赤外線でも上向きと下向きの両方に放射することで反応し、下向きの長波放射は地表の温暖化を増大させます。これは温室効果ガスと水蒸気の温室効果に類似しています。[ 122 ]
高レベルの属タイプは特に、短波アルベド冷却と長波温室効果の両方でこの二面性を示します。全体として、対流圏上層の氷晶雲（巻雲）は正味の温暖化を促進する傾向があります。 [ 123 ] [ 124 ]しかし、中層および低層の雲では、特に広範囲にシート状に形成される場合、冷却効果が支配的です。[ 123 ] NASAの測定によると、全体として、冷却を促進する傾向のある低層および中層の雲の効果は、高層の温暖化効果と垂直に発達した雲に関連する変動する結果を上回ります。[ 123 ]
現在の雲が現在の気候に与える影響を評価することは困難ですが、将来のより温暖な気候における雲のパターンと特性の変化、そしてその結果として将来の気候に及ぼす雲の影響を予測することはさらに困難です。温暖な気候では、地表での蒸発によってより多くの水が大気中に流入します。雲は水蒸気から形成されるため、雲量は増加すると予想されます。しかし、温暖な気候では、気温の上昇によって雲が蒸発する傾向があります。[ 125 ]これらの記述はどちらも正確であると考えられており、雲のフィードバックとして知られるこれらの現象は、気候モデルの計算で見られます。大まかに言えば、温暖な気候で雲、特に低層雲が増加すると、結果として生じる冷却効果により、温室効果ガスの増加に対する気候応答に負のフィードバックが生じます。しかし、低層雲が減少するか、高層雲が増加すると、フィードバックは正になります。これらのフィードバックの量の違いが、現在の地球気候モデルの気候感度の違いの主な理由です。その結果、多くの研究が、変化する気候に対する低層雲と垂直雲の応答に焦点を当ててきました。しかし、主要なグローバルモデルではかなり異なる結果が出ており、低層雲の増加を示すものもあれば、減少を示すものもある。[ 126 ] [ 127 ]これらの理由から、対流圏雲が気象や気候を調節する役割は、地球温暖化予測における不確実性の主要な原因となっている。[ 128 ] [ 129 ]
極成層圏雲（PSC）は成層圏の最下部に存在します。対流圏より上空では水分が少ないため、この高度範囲の真珠光沢雲と非真珠光沢雲は、冬季に極地でのみ発生し、その時期は気温が最も低くなります。[ 8 ]
PSCは化学組成や大気条件によって構造に多少のばらつきが見られるが、高度は15,000～25,000m （49,200～82,000フィート）という非常に高い範囲に限られている 。そのため、高度レベル、属タイプ、種、変種などの区別はなく、単一のタイプとして分類される。対流圏雲のようにラテン語の命名法はなく、一般的な英語を用いたいくつかの一般的な形態の記述的な名前が付けられている。[ 8 ]
過冷却硝酸と水のPSCは、タイプ1と呼ばれることもあり、通常は巻層雲や霞に似た層状の外観を呈しますが、結晶に凍結していないため、真珠層状のPSCのようなパステルカラーは示しません。このタイプのPSCは、成層圏のオゾン層破壊の原因として特定されています。[ 130 ]凍結した真珠層状のPSCは、通常、真珠母色の非常に薄いもので、波打つ巻状またはレンズ状（層積雲状）の外観を呈します。これらは、タイプ2と呼ばれることもあります。[ 131 ] [ 132 ]
夜光雲は、大気圏で最も高い位置にあり、中間圏の上部付近、高度約80 ～ 85 km (50 ～ 53マイル)に位置し、対流圏高層雲の約 10 倍の高さにあります。[ 133 ] 日没後から日の出前まで明るく照らされていることから、ラテン語由来のこの名前が付けられました。通常、明るく照らされた巻雲に似た青みがかった色または銀白色をしています。夜光雲は、時折、赤やオレンジ色を帯びることもあります。[ 8 ]気候に大きな影響を与えるほど一般的または広範囲に分布しているわけではありません。[ 134 ]しかし、19 世紀以降、夜光雲の発生頻度が増加していることは、気候変動の結果である可能性があります。[ 135 ]
進行中の研究によると、極地の夏の間、中間圏の対流上昇は、少量の水蒸気を飽和点まで断熱冷却するのに十分な強さがあることが示されています。これにより、中間圏界面直下の大気全体で最も低い温度が生じる傾向があります。[ 134 ]燃え尽きた流星からの煙粒子が、夜光雲の形成に必要な凝結核の大部分を提供しているという証拠があります。[ 136 ]
夜光雲は、物理的な構造と外観に基づいて 4 つの主要なタイプに分類されます。タイプ I のベールは非常に薄く、明確な構造がなく、巻層雲の繊維状構造や不明瞭な巻雲に似ています。[ 137 ]タイプ II のバンドは、互いにほぼ平行に配置されたグループで発生することが多い長い筋です。通常、巻積雲に見られるバンドや要素よりも間隔が広くなっています。[ 138 ]タイプ III の波状雲は、間隔が狭く、ほぼ平行な短い筋の配置で、ほとんどが巻雲に似ています。[ 139 ]タイプ IV の渦巻きは、暗い中心部を持つ部分的またはまれに完全な雲のリングです。[ 140 ]
中間圏における分布は成層圏と似ているが、高度がはるかに高い。夜光雲を生成するには水蒸気を最大限に冷却する必要があるため、その分布は地球の極域に限定される傾向がある。北極から南に45度以上、または南極から北に45度以上離れた場所での目撃例はまれである。[ 8 ]
太陽系の他のほとんどの惑星では雲が観測されている。金星の厚い雲は（火山活動による）二酸化硫黄で構成されており、ほぼ完全に層状雲のように見える。 [ 141 ]雲は高度45～65kmに3つの主要な層に分かれており、惑星の表面 を覆い隠し、尾流雲（virga）を生じることがある。埋没した積雲は確認されていないが、最上層には層積雲の波状構造が断続的に見られ、その下に連続した層状雲が露出していることがある。[ 142 ]火星では、主に極付近で、水氷で構成された夜光雲、巻雲、巻積雲、層積雲が検出されている。[ 143 ] [ 144 ]火星では水氷の霧も検出されている。[ 145 ]
木星と土星はどちらも、アンモニアで構成された外側の巻雲層、[ 146 ] [ 147 ]硫化水素アンモニウムで構成された中間の層状の霞雲層、および積雲水雲の内側層を持っています。[ 148 ] [ 149 ]木星の大赤斑付近には、埋め込まれた積乱雲が存在することが知られています。[ 150 ] [ 151 ]同じカテゴリーのタイプは天王星と海王星にも見られますが、すべてメタンで構成されています。[ 152 ] [ 153 ] [ 154 ] [ 155 ]土星の衛星タイタンには、主にメタンで構成されていると考えられている巻雲があります。[ 156 ] [ 157 ]カッシーニ・ホイヘンス土星探査ミッションは、極成層圏雲の証拠を発見しました。[ 158 ]
太陽系外の惑星の中には、大気雲を持つことが知られているものがある。2013年には、系外惑星ケプラー7bの大気中に高高度の光学的厚い雲が検出されたことが発表され[ 159 ] [ 160 ]、2013年12月には、GJ 436 bとGJ 1214 bの大気中にも検出された[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ] [ 164 ]。
雲は、さまざまな文化や宗教的伝統において、神話的または非科学的な重要な役割を果たしています。古代アッカド人は、雲（気象学ではおそらく補助的な特徴である mamma）は天空の女神アントゥの乳房であり、雨は彼女の乳房からの乳であると信じていました。[165 ]出エジプト記では、ヤハウェはイスラエル人を砂漠で導く際に、昼は「雲の柱」、夜は「火の柱」の姿で現れるとされています。 [ 166 ]マンダ教では、ウトラ（天上の存在）が時折、アナナ（「雲」）の中にいると述べられており、これは女性の配偶者とも解釈できます。[ 167 ]
古代ギリシャ喜劇『雲』は、アリストパネスによって書かれ、紀元前423年にディオニュシア祭で初演された。哲学者ソクラテスは、雲こそが唯一の真の神であると宣言し[ 168 ]、主人公ストレプシアデスに、雲以外の神々を崇拝せず、雲だけに敬意を払うようにと告げる[ 168 ] 。劇中では、雲は姿を変え、見ている者の真の姿を明らかにします[ 169 ] [ 168 ] [ 170 ]。雲は喜劇詩人や哲学者のインスピレーションの源として称賛され[ 168 ]、雄弁術と詭弁を共に「友」とみなす修辞の達人です[ 168 ] 。
シェイクスピアの『ハムレット』では、王子は廷臣ポローニアスの卑屈さを嘲笑し、同じ雲の中に様々な相容れない形があることを指摘するが、ポローニアスは毎回あっさりと同意する。[ 171 ]
中国では、雲は幸運と幸福の象徴です。[ 172 ]重なり合う雲は永遠の幸福を意味すると考えられており[ 172 ]、異なる色の雲は「祝福が増す」ことを示していると言われています。[ 172 ]
非公式な雲の観察や雲見は、雲を観察してその中に形を探す人気の活動であり、パレイドリアの一種である。[ 173 ] [ 174 ]
{{cite web}}: CS1メンテナンス: 場所 (リンク){{cite book}}: CS1 maint: 場所が不明な発行元 (リンク) 2008年12月20日にWayback Machineにアーカイブされました{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年12月現在非アクティブです（リンク）
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