地学Ⅱ›大気·海洋の運動

大気の熱力学

Atmospheric Thermodynamics

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

地表気温(°C)25

☁️ 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

環境気温減率(°C/km)7

地表気温(°C)25

安定度の判定基準

不安定:Γ_環境 > Γ_乾燥(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_環境 < 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!

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)