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| 積雲 | |
|---|---|
 顕著な垂直方向の発達と明確な境界を持つことがある小さな積雲。 | |
| 略語 | 銅 |
| シンボル |  |
| 属 | 積雲（山） |
| 種 | |
| バラエティ |
|
| 高度 | 200～2,000メートル （1,000～6,600フィート） |
| 分類 | ファミリーC（低レベル） |
| 外観 | 低高度の、綿のような外観を持つふわふわした雲の塊。 |
| 降水量 | 珍しい雨、雪、または雪粒 |
積雲は平らな底を持ち、ふわふわした、綿のような、またはふわふわした外観を持つ雲です。その名前はラテン語のcumulusに由来し、「山」または「堆積」を意味します。[1]積雲は低層の雲で、垂直な積雲の形でない限り、高度は通常 2,000 m (6,600 フィート) 未満です。積雲は単独で現れる場合もあれば、線状またはクラスター状に現れる場合もあります。
積雲は、不安定性、湿度、温度勾配などの気象要因の影響を受けると、積乱雲などの他の種類の雲の前駆物質となることがよくあります。通常、積雲はほとんど降水量を生み出しませんが、降水を伴う鬱積雲または積乱雲に成長することがあります。積雲は、周囲の温度に応じて、水蒸気、過冷却水滴、または氷の結晶から形成されます。積雲には多くの異なるサブフォームがあり、一般に入射する太陽放射を反射して地球を冷却します。
積雲は、積乱雲を含む、自由対流積状雲の大きなカテゴリの一部です。後者の属型は、巻状雲または金床雲の頂上を含むことが多いより複雑な構造のため、積乱雲として別個に分類されることがあります。 [2]また、対流が限定的な積状雲もあり、層積雲（低位）、高積雲（中位）、巻積雲（高位）で構成されています。[3]これらの最後の3つの属型は、層積雲として別個に分類されることがあります。[2]
形成
積雲は、地表で暖められた空気が上昇し始めると、大気の対流によって形成されます。空気が上昇すると、温度が下がり (減率に従って)、相対湿度(RH) が上昇します。対流が一定レベルに達すると、RH は 100% に達し、「湿潤断熱」段階が始まります。この時点で、正のフィードバックが発生します。RH が 100% を超えると、水蒸気が凝縮して潜熱が放出され、空気が暖められ、さらに対流が促進されます。
この段階では、水蒸気が空気中に存在するさまざまな核に凝結し、積雲を形成します。これにより、積雲に特徴的な底が平らでふくらんだ形状が形成されます。[4] [5]雲の高さ（底から頂上まで）は、大気の温度プロファイルと逆転層の存在に依存します。[6]対流中、周囲の空気は熱に巻き込まれ（混合され）、上昇する空気の総質量が増加します。[7] 積雲の中で雨が形成されるのは、2 つの非離散的な段階を経たプロセスによるものです。第 1 段階は、水滴がさまざまな核に凝集した後に発生します。ラングミュアは、水滴の表面張力によって水滴にかかる圧力がわずかに高くなり、蒸気圧がわずかに上昇すると書いています。圧力の上昇により、それらの水滴が蒸発し、その結果生じた水蒸気が大きな水滴に凝結します。蒸発する水滴は非常に小さいため、大きな水滴が約20〜30 マイクロメートルに成長した後、このプロセスはほとんど意味をなさなくなり、第2段階に移行します。[7]集積段階では、雨滴が落下し始め、他の水滴が衝突して結合し、雨滴のサイズが大きくなります。ラングミュアは、水滴の半径が離散的な時間内に無限に大きくなることを予測する式を開発することができました[注1] 。 [8]
説明
積雲内の液体の水の密度は、雲全体でほぼ一定ではなく、雲底からの高さに応じて変化することがわかっています。ある特定の研究では、濃度は雲底でゼロであることがわかりました。高度が上がるにつれて、濃度は急速に増加し、雲の中央付近で最大濃度になりました。最大濃度は、空気1キログラムあたり1.25グラムの水までであることがわかりました。高度が上がって雲の頂上の高さになると、濃度はゆっくりと低下し、そこですぐに再びゼロになりました。[9]
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積雲は、雲列と呼ばれる長さ480キロメートル（300マイル）以上に及ぶ線状に形成されることがあります。これらの雲列は広大な地域を覆い、断続的または連続的である場合があります。これらは、風のせん断によって大気中に水平循環が生じ、長い管状の雲列が生成されるときに形成されます。[10]これらは通常、寒冷前線の後など、高気圧の間に形成されます。 [11]
雲が形成される高度は、雲を形成する上昇気流に含まれる水分の量によって決まります。空気が湿っていると、一般的に雲底は低くなります。温帯地域では、積雲の底は通常、地上 550 メートル (1,800 フィート) 以下ですが、高度 2,400 メートル (7,900 フィート) に達することもあります。乾燥地帯や山岳地帯では、雲底は 6,100 メートル (20,000 フィート) を超えることもあります。[12]
積雲は氷の結晶、水滴、過冷却水滴、またはそれらの混合物から構成されます。[1]
ある研究によると、温帯地域では、研究対象の雲底は地上から500～1,500メートル（1,600～4,900フィート）の高さに及んでいた。これらの雲は通常25℃（77℉）以上で、液滴の濃度は1立方センチメートルあたり23～1,300個（1立方インチあたり380～21,300個）であった。このデータは、降水のない成長中の孤立した積雲から得られたものである。[13]液滴は非常に小さく、直径約5 マイクロメートルであった。より小さな液滴が存在した可能性はあるが、測定感度が低かったため検出できなかった。[14]最も小さな液滴は雲の下部で見つかり、大きな液滴（約20～30マイクロメートル）の割合は雲の上部で劇的に増加した。液滴サイズ分布はわずかに二峰性を示し、小さい液滴サイズと大きい液滴サイズでピークがあり、中間のサイズ範囲でわずかに谷があります。歪みはほぼ中立でした。[15]さらに、大きな液滴サイズは、空気の単位体積あたりの液滴濃度にほぼ反比例します。[16]
積雲には場所によって水滴のない「穴」がある場合があります。これは風が雲を裂いて周囲の空気を巻き込んだり、強い下降気流が水を蒸発させたりしたときに発生します。[17] [18]
サブフォーム
積雲には、cumulus humilis、mediocris、congestus、およびfractusの 4 つの異なる種があります。これらの種は、 cumulus radiatusという品種に分類される可能性があります。また、最大 7 つの追加特徴、卵丘、帆帆、乙女声、プラエシピティティオ、弧状、パンヌス、チューバを伴う場合があります。[19] [20]
Cumulus fractus種は見た目がぼろぼろで、晴天時には cumulus humilis や大型の積雲種の前駆物質として形成される。また、降水時には、悪天候時に生じる stratus fractus も含まれる補足的な特徴であるパンヌス(スカッドとも呼ばれる) として形成される。 [21] [22] Cumulus humilis の雲は、ふくらんだ平たい形をしている。Cumulus mediocris の雲は、垂直方向に発達している点を除けば、似たような外観をしている。Cumulus congestus の雲は、カリフラワーのような構造をしており、大気圏に高くそびえるため、「そびえ立つ積雲」という別名がある。[23] Cumulus radiatusの変種は、雲街と呼ばれる放射状の帯状に形成され、4 種の積雲のいずれかを構成する。[24]
積雲の補足的特徴は、コンジェストゥス種で最も一般的に見られる。積雲ヴィルガ雲はヴィルガ（上空で蒸発する降水）を生成する積雲であり、積雲プレシピタチオは地表に達する降水を生成する。[25] 積雲パンヌスは、通常、降水時に親積雲の下に現れる細断された雲である。積雲アークス雲には突風前線があり、[26]積雲チューバ雲には漏斗雲または竜巻がある。[27] 積雲パレウス雲は、急速に成長し、雲の上部にパレウスの形成を強いる積雲を指す。 [28] 積雲ベラム雲は、成長する雲の上部に氷晶ベールがある。[19] 滝によって形成される積雲カタラクトゲニトゥスもある。[29]
予報
積雲扁平雲は通常、晴天を示す。[23]積雲扁平雲もこれに似ているが、垂直方向に発達する点が異なる。そのため、積雲扁平雲は積乱雲に成長し、大雨、雷、強風、雹、さらには竜巻を引き起こす可能性がある。[4] [23] [30]積雲扁平雲は塔のように見え、しばしば積乱雲の嵐雲に成長する。降水を引き起こす可能性がある。 [23]グライダーのパイロットは、積雲が上昇気流やその下の上昇気流の指標となり、飛行機を空高く吸い上げる可能性がある、いわゆるクラウドサックと呼ばれる現象である可能性があるため、積雲に細心の注意を払うことが多い。[31]
気候への影響
雲は反射率が高いため、地球を約 12 °C (22 °F) 冷却しますが、これは主に層積雲によるものです。しかし同時に、雲は放射された放射を反射することで地球を約 7 °C (13 °F) 加熱しますが、これは主に巻雲によるものです。平均すると、純損失は 5 °C (9.0 °F) になります。[32]一方、積雲は地球表面の加熱にさまざまな影響を与えます。[33]より垂直な積雲密集種と積乱雲属の雲は、水分を運びながら大気圏の高いところまで成長し、巻雲の形成につながる可能性があります。研究者は、これが正のフィードバックを生み出す可能性さえあると推測しました。つまり、上層大気の水分が増加すると地球がさらに温まり、結果として上層大気に水分を運ぶ積雲密集雲の数が増えることになるのです。[34]
他のクラウドとの関係
積雲は、関連する限定対流雲である層積雲とともに、自由対流低層雲の一種です。これらの雲は、すべての緯度で地表から 2,000 メートル (6,600 フィート) の高さまで形成されます。層雲も低層です。中層には高雲があり、限定対流層積雲である高積雲と層状雲である高層雲で構成されています。中層雲は、極地では 2,000 メートル (6,600 フィート) から 7,000 メートル (23,000 フィート)、温帯では 7,000 メートル (23,000 フィート)、熱帯では 7,600 メートル (24,900 フィート) の高さで形成されます。高層の雲である巻積雲は、限定対流の層積雲です。この層にある他の雲は巻雲と巻層雲である。高層雲は高緯度では3,000～7,600メートル（9,800～24,900フィート）、温帯緯度では5,000～12,000メートル（16,000～39,000フィート）、低緯度や熱帯緯度では6,100～18,000メートル（20,000～59,100フィート）の高さに形成される。[12]積乱雲は、積雲のように1つの層に限定されず、垂直に広がる。[35]
巻積雲
巻積雲はまばらに形成され[36]、影を落とすことはできない。通常、規則的な波打つパターン[37]または雲の列として現れ、その間に明るい領域がある。[38]巻積雲は、積雲や層積雲のカテゴリの他のメンバーと同様に、対流プロセスによって形成される。[39]これらのパッチの顕著な成長は、高高度の不安定性を示し、悪天候の接近を示す可能性がある。[40] [41]巻積雲の底にある氷の結晶は、六角形の円筒形になる傾向がある。それらは固体ではなく、代わりに端から入ってくる階段状の漏斗を持つ傾向がある。雲の上部に向かって、これらの結晶は一緒に凝集する傾向がある。[42]これらの雲は長くは続かず、水蒸気が氷の結晶上に堆積し続けると、最終的に氷の結晶が落下し始め、上向きの対流を破壊するため、巻雲に変化する傾向がある。その後、雲は巻雲に消えていきます。[43]巻積雲には、限定対流性または層積雲状の特徴を持つ3つの属型すべてに共通する4つの種、すなわち層状雲、レンズ状雲、カステラヌス雲、およびフロッカス雲があります。[40]構成する過冷却水滴がすべてほぼ同じ大きさの場合、それらは虹色に輝きます。 [41]
高積雲
高積雲は中層の雲で、極地では高度2,000メートル（6,600フィート）から4,000メートル（13,000フィート）、温帯では7,000メートル（23,000フィート）、熱帯では7,600メートル（24,900フィート）の高さに形成される。[12]高積雲は降水を伴うことがあり、一般的には氷晶、過冷却水滴、温帯緯度の水滴の混合物から構成される。しかし、液体の水の濃度はほとんどの場合、氷晶の濃度よりも大幅に高く、液体の水の最大濃度は雲の上部にあり、氷は下部に集中する傾向があった。[44] [45]高積雲の底部と尾雲の氷晶は樹枝状結晶または樹枝状結晶の集合体であることが判明しましたが、針状結晶と板状結晶は上部に多く存在していました。[45]高積雲は対流によって、または温暖前線によって引き起こされる強制的な上昇によって形成されます。[46]
層積雲
層積雲は層積雲の別の種類です。積雲と同様に、低高度[38]で対流によって形成されます。しかし、積雲とは異なり、その成長は強い逆転層によってほぼ完全に遅れます。その結果、層雲のように平らになり、層状の外観になります。これらの雲は非常に一般的で、平均して地球の海洋の約23％と地球の大陸の12％を覆っています。熱帯地域ではそれほど一般的ではなく、通常は寒冷前線の後に形成されます。さらに、層積雲は入射する太陽光を大量に反射するため、正味の冷却効果を生み出します。[47]層積雲は霧雨を生み出す可能性があり、それが雲を温めて乱流混合を減らすことで雲を安定させます。[48]
積乱雲
積乱雲は、成長する積雲の最終形態です。積乱雲は、積雲が強い上昇気流を発達させ、その頂上が大気圏の高度18,000メートル（59,000フィート）に達するまでどんどん高く舞い上がることで形成されます。積乱雲は一般に雷雲と呼ばれ、強風、豪雨、雷、突風前線、水上竜巻、漏斗雲、竜巻を引き起こすことがあります。一般的には、金床雲があります。[23] [35] [49]
馬蹄形の雲
馬蹄形渦が積雲を変形させると、短命の馬蹄形雲が発生することがある。 [50]
地球外
太陽系の他のほとんどの惑星でも、積雲や層積雲が発見されている。火星では、バイキング探査機が、主に極地の氷冠付近で対流によって形成される巻積雲と層積雲を検出した。[51]ガリレオ宇宙探査機は、木星の大赤斑付近で巨大な積乱雲を検出した。[52]積雲は土星でも検出されている。2008年、カッシーニ宇宙船は、土星の南極付近の積雲が直径4,000キロメートル（2,500マイル）を超えるサイクロンの一部であると判定した。[53]ケック天文台は、天王星で白っぽい積雲を検出した。[54]天王星と同様に、海王星にもメタンの積雲がある。[55]しかし、金星には積雲がないようだ。[56]
参照
注記
- ^ 式は で、 は半径が無限大になるまでの時間、は空気の粘度、は水滴が落下する空気の単位体積あたりに付着する水滴の割合、は雲内の水の濃度（グラム/立方メートル）、 は水滴の初期半径です。
参考文献
脚注
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外部リンク
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- AMS 気象用語集