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単語帳
高校2~高校3年生 (16-18歳)

大気の熱力学

Atmospheric Thermodynamics

山を登ると気圧が下がり空気が膨張して自ら冷えます。これが断熱冷却です。 乾燥断熱減率は約10°C/kmで、水蒸気が凝結すると潜熱が出て湿潤断熱減率約5°C/kmまで冷却が遅くなります。 空気塊が露点に達する高度が雲底になり、山を越えて下降する空気は圧縮されて暖まるフェーン現象が起きます。 このページでは地表気温と環境気温減率のスライダーを変え、雲の形成高度と大気安定度を見てみましょう。

山に登るとなぜ寒くなるか
💡 断熱変化の直観
①地表の空気が山を登る
②高くなるほど気圧が下がる(押される量が減る)
③気圧が下がると空気が膨張 → 温度低下
④これが「断熱冷却」— 外部と熱交換なしに冷える
⑤逆に下降すると圧縮 → 断熱加熱(フェーン現象!)
雲はどう作られるか
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☁️ 雲形成の過程
①空気塊が上昇 → 気圧↓ → 膨張 → 温度↓
②乾燥断熱減率:約10°C/km
③ある高度で気温が露点に達する → 水蒸気凝結開始
④凝結開始高度 = 雲底(持ち上げ凝結高度)
⑤以降は凝結潜熱で冷却が遅くなる → 湿潤断熱減率(~5°C/km)
大気安定度 — 3つの判定
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安定度の判定基準
不安定:Γ境 > Γ燥(10°C/km)
上昇空気が周囲より暖かい → 継続上昇 → 対流活発
安定条件
安定:Γ境 < Γ湿潤(5°C/km)
上昇空気が周囲より冷たい → 下降傾向 → 対流抑制
📐 なぜ安定度が重要か
①不安定大気 → 積雲型雲(雷雨)
②安定大気 → 層雲型(霧·小雨)
③条件付き不安定:乾燥時安定·凝結すると不安定
④天気予報の核心:大気安定度の解析
フェーン現象と実生活
🏔️ 山を越える熱風
①湿潤空気が山を登る → 湿潤断熱減率(5°C/km)で冷却
②山頂付近で雨を降らせる(水分放出)
③山を越えて下降 → 乾燥した空気 → 乾燥断熱減率(10°C/km)で加熱
④結果:風下側は熱く乾燥(フェーン現象)
⑤出発25°C·2km山:登り -10° → 15°C·下り +20° → 35°C!
例題と過去問で確認
例題 1
乾燥した空気塊が2 km上昇するとき、乾燥断熱減率(約10°C/km)を当てはめると温度は何°C下がるか?
1
乾燥断熱減率は約10°C/km。温度変化 = 減率 × 上昇高度。
2
10°C/km × 2 km = 20°C下降。
約20°C下降
凝結がなければ乾燥断熱減率(10°C/km)、凝結が始まると湿潤断熱減率(約5°C/km)でよりゆっくり冷える。
例題 2
周囲の大気の気温減率(環境減率)が12°C/kmである。乾燥断熱減率が10°C/kmのとき、この大気は乾燥空気に対して安定か不安定か?
1
環境減率が乾燥断熱減率より大きいと、上昇した空気が周囲より暖かくなり上昇を続ける。
2
12°C/km > 10°C/kmなので(絶対)不安定 → 対流が活発で積雲系の雲が発達する。
不安定(環境12°C/km > 乾燥10°C/km)
環境減率が断熱減率より大きければ不安定、小さければ安定。不安定だとにわか雨·雷雨が多い。
共通テスト類題
大気の断熱変化と安定度についての説明として正しいものは?
乾燥断熱減率は湿潤断熱減率より小さい
空気が上昇すると断熱膨張して温度が下がる
環境減率が断熱減率より小さいと大気は不安定である
水蒸気が凝結するときは潜熱を吸収する
安定な大気で積雲系の雲がよく発達する
② 空気が上昇すると断熱膨張して温度が下がる
1
上昇する空気は周囲の気圧が下がって膨張し、外部と熱のやり取りなく自ら冷える(断熱冷却)。
2
乾燥減率(10)は湿潤(5)より大きく(①)、環境減率が小さいと安定で(③)、凝結時に潜熱は放出され(④)、積雲系は不安定な大気で発達する(⑤)。
総まとめ
核心数値
乾燥断熱 ≈ 10°C/km | 湿潤 ≈ 5°C/km
水蒸気の凝結有無で冷却速度が異なる
🎯 試験ポイント
①乾燥断熱 ≈ 10°C/km·湿潤 ≈ 5°C/km
②Γ環境 > Γ乾燥 → 絶対不安定(強対流)
③Γ環境 < Γ湿潤 → 絶対安定(対流抑制)
④Γ湿潤 < Γ環境 < Γ乾燥 → 条件付き不安定
⑤不安定 → 積雲型(にわか雨)·安定 → 層雲型(小雨)
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