雲と降水

雲は上昇・冷却する空気の目に見える兆候であり、その中で水滴や氷晶が成長する微視的な過程が、単に漂うだけなのか、それとも雨、雪、雹として水を放出するのかを決定します。

Definition

雲は、湿った空気が飽和まで冷却されたときに形成される水滴または氷晶の目に見える浮遊物であり、降水は、粒子が上昇気流に打ち勝つほど大きく重くなったときに雲から落下する水のことです。

Scope

このトピックでは、雲の形成と分類、エアロゾル上での水滴と氷晶の核生成、および衝突併合やベルジュロン・フィンダイゼン氷晶過程を含む、雲粒子が降水へと成長する微物理学的過程について扱います。

Core questions

• 雲の水滴と氷晶はどのように、どのような粒子の上に形成されるのか？
• 雲は高度と形態によってどのように分類されるのか？
• 小さな雲の水滴はどのようにして雨粒に成長するのか？
• 降水生成において氷の過程はどのような役割を果たすのか？

Key theories

衝突併合（暖かい雨）過程

氷点以上の温度の雲では、大きな水滴がより速く落下し、小さな水滴と衝突して吸収し、併合によって成長して、雨として落下するのに十分な重さになるまで大きくなります。

ベルジュロン・フィンダイゼン氷晶過程

混合相の雲では、氷上の飽和水蒸気圧が低いため、過冷却水滴を犠牲にして氷晶が成長します。これは熱帯以外の地球の降水の多くを生成する効率的な経路です。

Mechanisms

雲は、上昇・冷却する空気が飽和し、水蒸気が雲凝結核に凝結して水滴を形成するか、または氷晶核に昇華して氷晶を形成するときに発生します。これらの粒子は小さすぎて落下しないため、成長が必要です。暖かい雲では水滴の衝突と併合によって、寒い雲や混合相の雲ではベルジュロン・フィンダイゼン過程によって成長します。この過程では、過冷却水滴が蒸発する一方で氷晶が急速に成長します。粒子が上昇気流に打ち勝つほど大きくなると、雨、雪、みぞれ、または雹として落下します。

Clinical relevance

雲と降水の過程を理解することは、定量的降水予報、レーダー解釈、航空機の着氷予測、および雲の種まきなどの気象改変の取り組みの基礎となり、雲が地球のエネルギー収支と気候にどのように影響するかについての情報を提供します。

History

19世紀初頭のルーク・ハワードによる雲の分類は、雲に永続的な名前を与えました。20世紀には、ベルジュロンとフィンダイゼンが降水の氷晶メカニズムを特定し、プルッパッハーとクレットの著作にまとめられた詳細な実験室および野外研究が、雲と降水の現代的な微物理学を確立しました。

Key figures

• Luke Howard
• Tor Bergeron
• Walter Findeisen

Seminal works

• rogers1989
• pruppacher1997

Frequently asked questions

なぜ雨が降る雲と降らない雲があるのですか？

雲は、その水滴や氷晶が上昇気流に逆らって落下するのに十分な大きさに成長したときにのみ降水を生成します。これには十分な時間、水分、そして適切な微物理学的過程が必要なため、多くの雲は雨を降らせることなく単に蒸発します。

雲はどのようにして名前が付けられるのですか？

雲は、1802年にルーク・ハワードが導入したシステムによって分類されており、積雲を表す「cumulus」、層雲を表す「stratus」、巻雲を表す「cirrus」などのラテン語の語根と、高度や雨を表す接頭辞を組み合わせています。