カステッラヌス

層積雲カステラヌス

カステッラヌス（ラテン語のcastellanus 「城」に由来）、またはカステッラトゥス（castellatus ）は、少なくとも上部に、銃眼のような外観を与える小塔状の積雲突起を示す雲である。これらの小塔の中には、幅よりも高さが大きなものもあり、共通の底部を持ち、一列に並んでいるように見える。^[1]カステッラヌスの特徴は、雲を横から（つまり、方位線に垂直な線上の有利な地点から）観察したときに特に顕著である。  

これは雲の属である巻雲、巻積雲、高積雲、層積雲に属する雲種である。^{[1] [2] [3]}この雲の種には、巻雲カステラヌス、巻積雲カステラヌス、高積雲カステラヌス、層積雲カステラヌスが含まれる。^[1]積雲カステラヌスと呼ばれることもあるが、この型はフランスの国立気象サービスMétéo -Franceやアメリカ気象学会、世界気象機関では認められていない。^[4]積雲カステラヌスに分類される雲は、典型的には共通の底部がなく、一列に並んでおらず、そのため、より一般的に認められているカステラヌス型とはある程度異なる。一部の科学者は、カステラヌスは単なる雲種ではなく、完全な雲属であるべきだとも考えている。連邦航空局は暗黙的にカステランス属を完全な雲属とみなしている。^[5]

物理

図1:カステラヌスから発生する単細胞積乱雲

すべてのカステラヌス雲は、その高度に不安定な（または条件付きで不安定な^[6] ）層が存在することを示していますが、必ずしも雲の下にあるとは限りません。一部の科学者（Scorer、 ^[7] Corfidi ^[4] ）は、カステラヌス雲を、高度の不安定な（または条件付きで不安定な）層で飽和した熱柱が上昇する間に潜熱が解放されることで生成される雲と定義しています。 ^[4]この雲は「七面鳥の塔」のような外観になります。^[8]この不安定な（または条件付きで不安定な）層は、さまざまな方法で生成されます。（1）大規模な上昇（総観規模）により、断熱減圧により層の底部の温度が雲の上部の温度よりもゆっくりと低下するため、状況によっては空気が不安定になります。（2）同じ差が生じる雲頂の冷却、（3）安定した気団上における不安定な（または条件付きで不安定な）気団の 移流などです。

カステランスは、地表対流（積雲など）または高層対流（高積雲など）によって形成された雲から発生する。^[4]しかし、雲塔内の対流のほとんどは、雲の高さでの不安定性（または条件付き不安定性）によるものであり、雲の下の対流によるものではない。雲の周囲の空気は急速に雲塔に取り込まれる。雲の物理学によれば、雲に十分な湿度がない場合、^{[注 1]}雲に含まれる水蒸気は上昇する雲塊の温度が飽和点に達するより高いレベルでのみ凝結する。その結果、雲は底部から乾燥し、この乾燥した空気が雲頂より下で凝結しない限り、最終的に雲は消滅する。^{[4] [10]} 逆に、雲の周囲の空気がほぼ飽和状態にあり、厚い不安定な（または条件付きで不安定な）層が最初の雲の上に存在する場合、対流は継続することができる。その後、どんどん広くなる塔が形成され、場合によっては積乱雲になります。

このように、カステラヌスの発達は湿度と不安定層（または条件付き不安定層）の特性に依存します。空に散在する雲は、一般的に比較的乾燥した空気中に存在し、より湿潤な「ポケット」を形成します。雲がこのように高く細長く成長する場合、周囲の乾燥した空気は対流を持続させず、雲の消散につながります。しかし、雲層が広がるほど、層内の相対湿度は高くなります。これは、塔の過剰発達と関連する可能性が高いシナリオです。

命名法

カステラヌス属（castellanus）は、 1975年に最後に公式発表された国際雲地図帳^[11]に定義されています。これは、地上での雲の形状の目視観測に基づいています。実際には、カステラヌスの形状は、それを生み出す物理的プロセス、すなわち雲頂における局所的不安定性（または条件付き不安定性）と関連しています。この不安定性は温度逆転を破壊し、塔状雲の形成を引き起こします。これは鉛直測深によって確認されています。

しかしながら、castellanusという種は異なる高度の対流雲の様々な属に適用されるものの、最も新しい雲型は中層に基底を持つ高積雲castellanusである。このことは、パイロットマニュアルにおいてcastellanusとaltocumuluscastellanusのどちらかが互換的に使用されているという事実によって裏付けられており、 catellanusという語の意味は限定的となっている。^[5]

この混乱を軽減するため、科学者のリチャード・S・スコアラー氏^[7]とコルフィディ氏^{[12]は、鉛直測深と}気象衛星の観測から得られた物理的基準のみに基づいた雲の分類を提案し、カステラヌスを積雲や巻雲と同じレベルの雲属に再分類する。コルフィディ氏は長年、この変更に対する公的機関の抵抗を批判してきた。しかし、2016年版の国際クラウドアトラスでは、カステラヌスの位置づけは変わらないだろう。^{[12] [13]}同じ科学者たちは、異なるレベルに存在するレンズ雲についても同様の意見を持っている。レンズ雲は完全な雲属ではなく、種としてのみ認識されている。

批判の詳細

図2：ダウンバーストの拡大する流出によって生成された雲層上の対流雲。南方向の眺め。

科学者は、日中の地面の加熱によってのみ（または少なくとも主に）生成される対流雲と、積雲、層積雲、高積雲などの雲の上部の不安定性（または条件付き不安定性）によって主に生成されるカステラヌス雲がよく混同されることを指摘しており、後者の 2 つの属は混同されやすい。

さらに、国際雲地図帳（ICA）は対流雲の種類の決め方について完全に正確というわけではありません。ICA（1975、p.15～16）によれば、積雲の底は通常、地表から高度2キロメートル（6,600フィート）の間です。この高度制限は、地表温度と湿度がほぼ平均的な温帯気候で​​の観測結果に基づいています。雲がどのように形成されるかは考慮されていません。アメリカ西部では、積雲の底は高度4,000メートル（13,000フィート）に達することがありますが、これは露点温度が低い（10℃（50°F））ことと気温が高い（最高45℃（113°F））ことが重なり、対流による凝結レベルが非常に高くなるためです。^[14] ICAは、積雲の基底が2キロメートル（6,600フィート）を超えることを許容している（積雲の基底は通常この高度以下にあると述べている）が、ICA16ページに記載されているガイダンスは、高層積雲の誤分類につながる可能性がある。このガイダンスでは、雲の属は「その高度に対応する高度範囲（エタージュ）で通常見られる属の中から選択することによって」決定できるとされている。このため、観測者は、基底が「低層」エタージュ（地表から2キロメートル（6,600フィート））を超えていることを除いて、ICAで説明されている積雲の特徴をすべて備えた雲を、属の可能性から除外してしまう可能性がある。観測者は、ICAの分類ガイドラインに忠実に従おうとするため、この雲を高積雲（おそらく高積雲塊）と誤認する可能性がありますが、この雲を生み出す不安定性は高積雲とは異なるレベルにあります。^[11]

さらに事態を複雑にしているのは、アトラスで定義された高度を基準とした中間高度で発生する上昇気流によってカステラヌス型の対流雲が生成される可能性があることで、これにより高度の可能性が連続体となる。^[12]これらの中間高度対流雲は、降水を生成するときを除いて、平らな基底を持つ。さらに、その基底高度は、対流による凝結高度よりも高くなることもあれば、自由対流高度よりも高くなることさえある。これは、強制が発生する高度によって決まる。この現象は、積乱雲が近くにある場合に発生することがある。後者は、積乱雲の下流に流出気流を生成する。流出境界は疑似寒冷前線のように動作し、流出気流が周囲の空気と出会う場所に機械的な強制力を生成する。この上昇気流により、空気が条件付きで不安定な場合、既存の雲内で流出気流の頂上レベルで対流の塔を形成できる。

この現象の一例は、隣の図に示されており、コルフィディの論文^[15]の図2に対応しています。雷雨は図の東側に位置しています。コルフィディの論文のキャプションでは、この雲は「castellanus」^{[15]と表現されており、国際雲地図草稿[16]では}「cumulus mediocris altocumulogenitus」と表現されているようです。

舞い上がる

図3: 積雲。この雲はグライダーのパイロットによって利用されることもある。

カステランス（非常に細い柱状の雲）は、グライダーパイロット には利用できないことで有名です^[17]。雲が利用可能なサーマルを持つためには、上昇気流の柱が雲の下部に存在する必要があり、その場合、雲の底部は平らになります。一方、高積雲カステランスは、明確な底部が存在しないことで識別できます。前述のように、積雲とカステランスの混成雲は、グライダーパイロットが利用できます。

ソアリングに不利なカステランスは簡単に識別でき、「ロケット雲」というニックネームが付けられています。^[18] 積雲とカステランスの視覚的な違いは、前者は平らな底を持ち、後者は一般にはっきりとした底を持たないことです。しかし、ハイブリッド カステランス (疑似積雲) が平らな底を持つ場合もあるため、雲の視覚的な観察だけでは不十分な場合があります。これら2種類の雲を区別する唯一確実な方法は、飛行前の大気観測です。これらの疑似積雲の底が対流凝結レベルよりも高い場合、パイロットは望ましくない積乱雲の近くにいる可能性があります。さらに、積雲が崩壊すると、雲底の下に地面から発生していない上昇気流の柱が存在する場合があります。特に、一日の終わりには、気団は2,000フィートまで安定しますが、この安定した層より上では不安定になります。積雲は高度に応じて層積雲または高積雲へと変化します。1956年版の国際雲図鑑以前は、これらの雲は層積雲または高積雲「vesperalis」と呼ばれていました。これらの雲の真下には、依然として上昇気流が存在しています。気象学者コルフィディ^[19]は、一見無害に見えるこれらの雲が急速に崩壊することで、夜間の雷雨の前兆となる可能性があると説明しています。

非地上対流を識別するには、「積雲」の底の高さcと対流凝縮高度 hを比較することができます。この高さhは次の式で与えられます。^[20]

${\displaystyle h=a\times (TD)}$ ここで、 a = 0.125 km / °Cです。

Tは地表温度、Dは露点です。変数c、T、D は、隣接するMETARから簡単にアクセスできます。

この高度hの計算は第一原理に基づいているため、かなり正確です。したがって、 の場合、観測された積雲はコルフィディの意味でほぼ確実にカステラヌス積雲です。その場合、近傍に側線状雲やダウンバーストが存在する可能性に注意するのが賢明です。図2はそのようなパターンを示しています。 ${\displaystyle c\gg h}$

注釈と参考文献

注記

1. 雲内部の相対湿度は厳密には100%ではありません。対流雲内部では、70%（雲の側面）から107%（雲の中心）まで変化することがあります。^[9]

参考文献

1. "Castellanus". 用語集. Eumetcal. 2008年2月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年7月31日閲覧。
2. “エスペセス（ニュアージュ）”. Comprendre la météorologie (フランス語)。メテオフランス。 2010. 2019年12月8日のオリジナルからアーカイブ。2010 年 6 月 20 日に取得。
3. 「Castellanus」. 気象学用語集.アメリカ気象学会. 2010年6月20日閲覧。
4. コルフィディ 2008
5. パイロットの航空知識ハンドブック(PDF)、連邦航空局、2016年、pp.  12– 17、オリジナル(PDF)から2016年8月20日にアーカイブ、 2016年8月8日取得
6. 「条件付き不安定性 - AMS用語集」glossary.ametsoc.org .アメリカ気象学会. 2016年8月16日閲覧。
7. リチャード・S・スコアラー著 (1972). 『世界の雲：完全カラー百科事典』 スタックポール・ブックス. 31–33. ISBN 978-0-8117-1961-2。
8. Doswell, CA, III, (2001). 激しい対流性嵐—概要. (激しい対流性嵐の第1章). アメリカ気象学会, 1–26 . 2010年6月26日閲覧。
9. Pruppacher, Hans; Klett, James D (1997).雲と降水の微物理学. 大気海洋科学ライブラリー. 第18巻. Kluwer . p. 10. ISBN 978-0-7923-4211-3。
10. マルクス、ヨハン・スター；スコアラー、リチャード・シーガル(1955). 「積雲塔の侵食」.気象学ジャーナル. 12 (1): 43– 57. Bibcode :1955JAtS...12...43S. doi : 10.1175/1520-0469(1955)012<0000:TEOCT>2.0.CO;2 .
11. アトラス I 1975、17ページ
12. Corfidi 2008、1283ページ
13. 「国際雲地図帳新版の草稿（英語版のみ）」世界気象機関. 2016年7月9日閲覧。
14. ポール・マルコウスキー、イヴェット・リチャードソン (2010). 『中緯度におけるメソスケール気象学』ジョン・ワイリー・アンド・サンズ198頁ISBN 978-0-470-74213-6。
15. Stefen F. Corfidi他「高層対流のより深い理解に向けて」（PDF） NOAA 2011年7月27日閲覧。
16. 「国際雲地図帳（草案）」（PDF）世界気象機関（WMO）2016年57頁。 2016年8月2日閲覧。
17. ブラッドベリー（2007年）『気象学と飛行：パイロットのための気象ガイド（飛行と滑空）』（第3版）ロンドン：A&Cブラック出版社、64頁。ISBN 978-0-7136-6831-5。^{[永久リンク切れ]}
18. トム・ブラッドベリー (1993). 「Look for lift」5ページ.^{[永久リンク切れ]}
19. コルフィディ 2008、1288ページ
20. Roland B. Stull (2000). 『科学者とエンジニアのための気象学 第2版』Brooks/Cole. p. 101. ISBN 978-0-534-37214-9。

参照

• 高積雲カステラヌス

参考文献

• コットン、ウィリアム、ブライアン、ジョージ、ファン・デン・ヒーバー、スーザン (2011). 『嵐と雲のダイナミクス 第2版』 国際地球物理学シリーズ 第99巻アカデミック・プレスISBN 978-0-12-088542-8。
• 国際雲地図帳 第1巻(PDF) . 第1巻.世界気象機関. 1975年. 2016年7月25日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2016年7月20日閲覧。
• 国際雲地図帳 第2巻(PDF) . 第2巻.世界気象機関. 1975年. 2013年10月21日閲覧.
• Corfidi, Stephen F. (2008). 「高高度対流とカステッラヌス：曖昧さ、重要性、そして疑問点」（PDF） . Weather and Forecasting . 23 (6): 1280– 1303. Bibcode :2008WtFor..23.1280C. doi :10.1175/2008WAF2222118.1 . 2016年7月27日閲覧。