液体水分含有量

液体水分量( LWC )は、指定された量の乾燥空気中の雲に含まれる水の質量の尺度です。通常は、空気の体積 (g/m ³ ) または空気の質量 (g/kg) あたりで測定されます (Bohren、1998)。この変数は、どの種類の雲が形成されそうかを判断する上で重要であり、雲滴有効半径、雲滴数濃度、雲滴サイズ分布という他の 3 つの雲微物理変数と密接に関連しています (Wallace、2006)。積乱雲は雷雨や大雨と関連していますが、巻雲は直接降水と関連していない ため、発生しそうな雲の形成を判断できることは天気予報に非常に役立ちます。

雲の液体水分含有量は、特定の場所の大気中に存在する雲の種類によって大きく異なります。雲の分類は、液体水分含有量と雲の起源に大きく関係しています。これら 2 つを組み合わせることで、予報官は、形成中またはすでに形成された雲の種類に基づいて、その地域の気象条件をより容易に予測できます。

巻雲などの密度の低い雲には水分がほとんど含まれていないため、液体水分含有量は比較的低く、約 0.03 g/m ³になります。積乱雲などの密度の高い雲では、同じ量の空間により多くの液体が存在するため、液体水分含有量ははるかに高く、約 1～3 g/m ³になります。以下は、さまざまな雲の種類の一般的な LWC 値を示すグラフです (Thompson、2007)。

海洋性雲は大陸性雲よりも水滴が少ない傾向があります。海洋性雲の大部分の水滴濃度は 100 滴/cm ³から約 200 滴/cm ³の間です(Wallace、2006)。大陸性雲の水滴濃度ははるかに高く、約 900 滴/cm ³に及びます(Wallace、2006)。ただし、海洋性雲の水滴半径は大きくなる傾向があるため、最終的には同じ種類の雲の場合、両方の種類の気団で LWC が比較的類似することになります (Linacre、1998)。

雲の液体水分量を測定するにはいくつかの方法があります。

1 つの方法は、電熱線を使用する方法です。この線は電源に接続されており、飛行機の外側にあります。雲の中を移動すると、水滴が線に当たって蒸発し、線の温度が下がります。これによって生じる抵抗が測定され、温度を維持するために必要な電力が決定されます。この電力は LWC の値に変換できます (Wallace、2006)。

もう 1 つの方法は、多数の滴からの散乱光を使用する機器を使用する方法です。この値は、LWC の値に変換されます (Wallace、2006)。

霧箱は、霧箱内の空気を除去して圧力を低下させることで、大気中の断熱上昇をシミュレートするためにも使用できます。以下のセクションに示す一連の方程式は、この手順で LWC がどのように得られるかを示しています (Thompson、2007)。

LWC とそれに影響を与える効果を決定するには、さまざまな方程式が役立ちます。LWC に関連する最も重要な変数の 1 つは、雲の液滴濃度です。

雲の水滴濃度は、雲の体積（通常は 1 立方センチメートル）に含まれる水滴の数です (Wallace、2006)。水滴濃度の計算式は次のとおりです。

${\displaystyle n=N/V}$

この式で、N は体積内の水滴の総数、V は測定対象の雲の総体積です。これを LWC に変換すると、次の式が得られます。

${\displaystyle LWC=(m_{w}\cdot n)/N}$

この式では、m _{w は}空気塊内の水の質量です。

一般的なタイプの実験は、空気塊の断熱上昇をシミュレートするために減圧された霧箱を使用する実験です。LWC の決定は、以下に示す簡単な計算で行えます (Thompson、2007)。

${\displaystyle LWC=m_{w}/V_{c}}$

M _wは霧箱内の水の質量、V _{c は}霧箱の容積です。霧箱内の液体の水の質量は、凝縮潜熱を含む方程式によって求めることができます(Thompson、2007)。

${\displaystyle m_{w}={\frac {-m_{a}\cdot c_{p}\cdot \Delta T_{a}}{L_{c}(T)}}}$

上記の式で、L _c (T) は温度 T における水の凝縮潜熱、m _{a は}霧箱内の空気の質量、c _pは一定圧力における乾燥空気の比熱、は潜熱による空気の温度変化です。 ${\displaystyle \Delta T_{a}}$

• 液体の水の経路

• ウォレス、ジョン・M.、ホッブス、ピーター・V. (2006)。大気科学：入門調査（第2版）。UKエルゼビア社。ISBN 012732951X。
• ボーレン、クレイグ F.; アルブレヒト、ブルース A. (1998)。大気熱力学(第 1 版)。オックスフォード大学出版局。ISBN 0-19-509904-4。
• Linacre, E.; Geerts, B. (1999 年 8 月)、雲の液体水分量、滴のサイズ、滴の数。 、 2008 年 3 月 12 日取得
• Thompson, Anne (2007)。「霧箱を使用した大気の気塊の断熱上昇のシミュレーション」(文書)。ペンシルベニア州立大学気象学部。