湿度と雲のでき方
空気中の水蒸気量と温度の関係から湿度が決まり、上昇気流で空気が冷やされると雲ができます。
基本知識
空気1m³中に含まれる水蒸気量には限界があり、これを飽和水蒸気量といいます。気温が高いほど飽和水蒸気量は大きくなります(例:20℃で約17.3g/m³、30℃で約30.4g/m³)。
湿度(%)= 空気中の水蒸気量 ÷ 飽和水蒸気量 × 100。
空気を冷やしていくと飽和に達し、それ以上下がると水滴ができはじめます。この温度を露点といいます。
地表付近の暖かく湿った空気が上昇すると、上空では気圧が低く断熱膨張で温度が下がり、露点に達して水蒸気が水滴や氷の粒になり、これが雲です。空気塊は100m上昇するごとに乾燥状態で約1℃、雲ができてから湿潤状態で約0.5℃下がります。
📘 重要用語
飽和水蒸気量（ある温度で空気1m³が含み得る最大の水蒸気量[g]）
湿度（空気中の水蒸気量と飽和量の比[%]）
露点（空気を冷やして水蒸気が凝結し始める温度）
断熱膨張・断熱圧縮（外と熱のやりとりなしで体積が変わる現象）
凝結（水蒸気が水滴になる現象。雲・露・霧の形成）
雲（小さな水滴や氷晶の集まり。上昇気流で形成）
飽和水蒸気量（ある温度で空気1m³が含み得る最大の水蒸気量[g]）
湿度（空気中の水蒸気量と飽和量の比[%]）
露点（空気を冷やして水蒸気が凝結し始める温度）
断熱膨張・断熱圧縮（外と熱のやりとりなしで体積が変わる現象）
凝結（水蒸気が水滴になる現象。雲・露・霧の形成）
雲（小さな水滴や氷晶の集まり。上昇気流で形成）
深掘り (背景・意義)
雲ができる条件は① 水蒸気が十分にある、② 上昇気流がある、③ 凝結核(エアロゾル等)があるの3つです。
雲は形と高度で10種に分類されます。上層雲(巻雲・巻積雲・巻層雲:5〜13km)、中層雲(高積雲・高層雲・乱層雲:2〜7km)、下層雲(層積雲・層雲:〜2km)、対流雲(積雲・積乱雲:垂直)。
積乱雲は雷や竜巻、ゲリラ豪雨をもたらし、上端は高さ10km以上に達することもあります。フライトで「雷雲を避ける」のはこのためです。
湿度は熱中症リスクの指標暑さ指数(WBGT)にも組み込まれており、健康にも直結します。
💡 ポイント
- 飽和水蒸気量は気温が高いほど大きい
- 湿度=水蒸気量÷飽和量×100
- 露点=水滴ができ始める温度
- 雲のでき方=上昇→断熱膨張→冷却→凝結
- 乾燥断熱減率=100mで約1℃
- 湿潤断熱減率=100mで約0.5℃
- 雲は10種類(上・中・下層+対流雲)
注意点 (混同しやすい)
① 湿度(相対湿度)と水蒸気量(絶対値)は別物。湿度100%でも気温が違えば水蒸気量は違う。② 露点は温度、湿度は割合。③ 雲は下降気流では作られず上昇気流でできる。④ 乾燥断熱と湿潤断熱で温度低下率が違う(雲ができると凝結熱が放出されるため低下率が小さい)。
練習
- 水蒸気が凝結し始める温度を何というか。
- 雲ができる3条件をすべて答えなさい。
- 乾燥した空気が100m上昇すると温度は約何℃下がるか。