国際宇宙ステーションから撮影されたボルネオ島の雲景

気象学において、雲とは、惑星や類似の空間の大気中に浮遊する、目に見えるほど小さな液滴、氷晶、その他の粒子の塊からなるエアロゾルです。 [1]これらの液滴や結晶は、水やその他の様々な化学物質から構成されています。地球上では、雲は空気が露点まで冷却された際に飽和状態になるか、または隣接する発生源から十分な水分（通常は水蒸気の形で）を得て露点を周囲温度まで上昇させることで形成されます。

雲は地球の恒圏（対流圏、成層圏、中間圏を含む）に見られます。 雲学は雲に関する科学であり、気象学の雲物理学の分野で研究されています。世界気象機関（WMO）は、恒圏の各層における雲の命名に、ラテン語名と一般名という2つの方法を採用しています。

地球の表面に最も近い大気層である対流圏の属タイプには、 1802年に正式に提案されたルーク・ハワードの命名法が広く採用されたため、ラテン語の名前が付けられています。この命名法は、雲を5つの物理的形態に分け、さらに高度レベルによって細分化または分類して、10の基本属を導き出す現代の国際システムの基礎となりました。5つの主な形態は、層状のシートまたはベール、積雲の堆積、層積雲の帯、ロール、またはさざ波、繊維状の頂上を持つことが多い積乱雲の塔、および巻雲の束または斑点です。低層の雲には、高度に関連する接頭辞はありません。ただし、中層の層状雲と層積雲のタイプには接頭辞alto-が与えられ、同じ2つの形態の高層の変種には接頭辞cirro-が付けられます。層積雲の場合、接頭辞strato-は低層の属タイプに適用されますが、中層および高層の変種では alto- および cirro- との二重の接頭辞の使用を避けるために省略されます。複数のレベルを占めるのに十分な垂直方向の広がりを持つ属タイプには、高度に関連する接頭辞は付けられません。これらは、最初にそれぞれが生成される高度に応じて正式には低層または中層に分類され、より非公式には多層または垂直として特徴付けられます。この分類法によって得られる 10 属のほとんどは、種に細分でき、さらに変種に細分できます。地球の表面まで広がる非常に低い層状雲には、 fogおよびmistという一般名が付けられますが、ラテン語名はありません。

成層圏と中間圏の雲にも、主な種類に応じた一般的な名称があります。雲はベール状、シート状、束状、帯状、波紋状など様々な外観を呈しますが、対流圏のように塊状や塔状になることはありません。雲はまれにしか見られず、主に地球の極域で見られます。太陽系内の他の惑星や衛星、そしてそれより外側の惑星の大気でも観測されています。しかし、雲は温度特性が異なるため、水だけでなく、 メタン、アンモニア、硫酸などの他の物質で構成されていることがよくあります。

対流圏の雲は地球の気候変動に直接的な影響を及ぼす可能性があります。雲は太陽光線を反射し、雲が発生する場所や時間に応じて冷却効果をもたらす可能性があります。また、地表から反射する長波長の放射を閉じ込め、温暖化効果をもたらす可能性があります。雲の高度、形状、厚さは、地球と大気の局所的な加熱または冷却に影響を与える主な要因です。対流圏上空で形成される雲は、数が少なく薄いため、気候変動に影響を与えることはありません。雲は気候感度における主要な不確実性です。[2]

語源

「雲」という語の語源は、丘や石塊を意味する古英語のcludまたはclodに遡ります。13世紀初頭頃、岩塊と積雲の外観が類似していることから、この語は雨雲の比喩として使われるようになりました。時が経つにつれ、この語の比喩的用法は、一般的に雲を指す文字通りの語であった古英語のweolcanに取って代わりました。 [3] [4]

等圏命名法と相互分類

以下の表は、一部基づいている雲の属のテンプレートと同様に、対象範囲が非常に広い。対流圏に使用される分類体系 (地表ベースのエアロゾル以外は厳密なラテン語) と恒圏のより高次の層に使用される方法 (一般的な用語、一部は非公式にラテン語に由来) との間には、命名法のスタイルに若干の違いがある。しかし、世界気象機関によって公認され使用されているこれら 2 つの体系は、物理的形態と高度レベルの相互分類を共有しており、10 の対流圏属[5] 、地表レベルで形成される霧とミスト、および対流圏より上に存在するその他の主要なタイプを導き出している。積雲属には、高度レベルに影響を与える垂直サイズを示す 4 つの種が含まれる。

雲科学の歴史

古代の雲の研究は単独で行われていたわけではなく、他の気象要素や、さらには他の自然科学と組み合わせて観察されていました。紀元前340年頃、ギリシャの哲学者アリストテレスは『気象学』を著しました。これは、当時の自然科学、特に気象と気候に関する知識の集大成です。初めて、降水と降水が落ちる雲が流星と呼ばれました。これはギリシャ語の「空高く」を意味するmeteorosに由来しています。この言葉から、現代​​の雲と気象の研究である気象学という用語が生まれました。 『気象学』は直感と単純な観察に基づいており、現在科学的方法と考えられている方法に基づいていませんでした。それでも、広範囲の気象のトピック、特に水循環を体系的に扱おうとした最初の著作として知られています。[10]

グラム
発生高度による対流圏雲の分類。多層雲および鉛直属の雲種は、単一の高度レベルに限定されません。これには、乱層雲、積乱雲、および一部の大型積雲種が含まれます。

雲の形成と挙動に関する何世紀にもわたる憶測の末、真に科学的な研究は19世紀初頭、イギリスのルーク・ハワードとフランスのジャン＝バティスト・ラマルクによって初めて行われました。ハワードはラテン語に精通した系統的な観察者であり、その知識を活かして1802年に対流圏の様々な雲の種類を正式に分類しました。彼は、空で変化する雲の形態を科学的に観察することで、天気予報の鍵を解き明かせると信じていました。

ラマルクは同年、独自に雲の分類に関する研究を行っていたが、雲の種類にフランス語の非常に説明的でくだけた名前やフレーズを用いたため、母国フランスでもあまり受け入れられなかった。彼の命名体系には、（フランス語からの翻訳で）かすんだ雲、まだら雲、ほうき雲といった12の雲のカテゴリーが含まれていた。対照的に、ハワードは世界的に受け入れられているラテン語を使用し、1803年に出版されるとすぐに普及した。[11]この命名体系の人気を象徴するように、ドイツの劇作家で詩人のヨハン・ヴォルフガング・フォン・ゲーテは雲に関する4つの詩を書き、ハワードに捧げた。

ハワードの体系を精緻化したものは、最終的に1891年の国際気象会議で正式に採択された。[11]この体系は対流圏の雲の種類のみを対象としていた。しかし、19世紀後半に対流圏上空の雲が発見されたことで、最終的に別の分類体系が作られ、ラマルクの分類法を彷彿とさせる記述的な一般名や用語が用いられるようになった。これらの非常に高い雲は、異なる分類法で分類されているにもかかわらず、対流圏でラテン語名で識別されるいくつかの雲形態と概ね類似している。[8]

形成

地上雲は、対流圏、成層圏、中間圏を含む恒圏の大部分に見られます。これらの大気層では、空気は露点まで冷却されるか、または隣接する発生源から水分が加えられることで飽和状態になります。[12]後者の場合、露点が周囲の気温まで上昇すると飽和状態になります。

断熱冷却

断熱冷却は、対流、低気圧性／前線性、または山岳性の3つの上昇要因のうち1つ以上によって、目に見えない水蒸気を含む空気塊が上昇し、露点（空気が飽和する温度）まで冷却されるときに発生します。このプロセスの主なメカニズムは断熱冷却です。[13]空気が露点まで冷却され飽和すると、通常、水蒸気は凝結して雲粒を形成します。この凝結は通常、塩分や塵などの雲凝結核上で発生します。これらの粒子は、通常の空気循環によって浮遊できるほど小さいためです。 [14] [15]

積乱雲から毛状積乱雲、きぬた積雲までの雲の進化のアニメーション

一つの要因は、地表レベルでの日中の太陽熱によって引き起こされる対流による上昇気流である。[14]低層の気団不安定性により、対流圏に積雲が形成され、空気が十分に湿っている場合は雨が発生することがある。[16]非常にまれなケースでは、対流による上昇気流が対流圏界面を貫通し、雲頂を成層圏まで押し上げるほど強力になることがある。[17]

前線と低気圧の上昇は、安定した空気が収束と呼ばれるプロセスによって気象前線と低気圧の中心付近で上空に押し上げられるときに、対流圏で発生します。[18]温暖前線は、接近する暖かい気団が不安定でない限り、広い範囲に巻状雲と層状雲を生成する傾向があります。暖かい気団が不安定な場合は、通常、積雲混雑雲または積乱雲が主な降水雲層に埋め込まれます。[19]寒冷前線は通常、より速く移動し、前線のすぐ前の暖かい気団の安定性に応じて、主に層積雲状、積雲状、または積乱雲状の、より狭い線状の雲を生成します。[20]

風の強い夕暮れは、太陽の角度によってさらに輝きを増します。雲は、地形性揚力によって竜巻のように見えることがあります。

3つ目の揚力の発生源は、山などの物理的な障壁を越えて空気を押し流す風循環（地形性揚力）です。[14]大気が概ね安定している場合、レンズ状雲が形成される程度です。しかし、大気が十分に湿潤し不安定になると、地形性雨や雷雨が発生することがあります。[21]

これらの上昇因子によって形成された雲は、まずこれらの因子が最も活発な対流圏で観測されます。しかし、対流圏上層まで持ち上げられた水蒸気は重力波によってさらに上層に運ばれ、そこでさらに凝結することで成層圏や中間圏に雲が形成されることがあります。[22]

非断熱冷却

空気の温度を露点まで下げる主な非断熱冷却機構は、昇降剤を必要とする断熱冷却に加え、3つあります。伝導冷却、放射冷却、蒸発冷却は昇降剤を必要とせず、地表レベルで結露を引き起こし、霧の形成につながります。[23] [24] [25]

空気に湿気を加える

冷却過程を経ずに飽和状態を達成する方法として、空気中に水蒸気を添加できる主な供給源としては、地表水や湿った地面からの蒸発、 [26] [12] [27]降水または雪崩[28]、植物からの蒸散などがある。 [29]

対流圏の分類

対流圏における分類は、物理的形態と高度を頂点とする階層構造に基づいています。[6] [7]これらは合計10の属に分類され、そのほとんどは種に分けられ、さらに階層の最下位に位置する変種に細分化されます。[30]

3月の巻雲

対流圏の雲は、構造と形成過程に基づいて5つの物理的形態をとる。これらの形態は、衛星解析の目的で一般的に用いられている。[31]以下、不安定性または対流活動の程度が強い順に、概ね以下の通りである。[32]

  • 非対流性の層状雲は、安定した気団条件下で発生し、一般的には平坦でシート状の構造をしており、対流圏のどの高度でも発生する可能性があります。[33]層状雲は、高度の範囲によって巻層雲（高層）、高層雲（中層）、層雲（低層）、および乱層雲（多層）に分類されます。[7]霧は一般的に地表に形成される雲層と考えられています。[21]霧は、晴天時に地表レベルで発生する場合もあれば、非常に低い層雲が地表または海面レベルに沈降して発生する場合もあります。逆に、低層層状雲は、風の強い状況下で移流霧が地表レベルより上に持ち上げられた場合に発生します。
  • 対流圏の巻状雲は巻雲（cirrus）属に属し、分離または半合体した糸状の雲の外観を呈する。対流圏高高度において、対流活動がほとんどまたは全くない、概ね安定した大気中に形成されるが、大気が部分的に不安定な場所では、限られた上層対流によって高密度の雲塊が時折形成されることがある。 [34]巻雲、巻層雲、巻積雲に似た雲は対流圏上空にも見られるが、これらは一般的な名称を用いて別々に分類される。
  • 層積雲は、ロール、リップル、またはエレメントの形で積状と層状の両方の性格を持つ雲です。[5]層積雲は、通常、逆転層に覆われたほぼ安定した気団内での限られた対流の結果として形成されます。[35]逆転層が存在しないか、対流圏で逆転層がより高くなると、気団の不安定性が高まり、雲層の頂上に、埋め込まれた積雲の蓄積からなる砲塔の形態が形成されることがあります。[36]層積雲グループは、巻積雲（高層、strato-の接頭辞が省略）、高積雲（中層、strato-の接頭辞が省略）、および層積雲（低層）に分けられます。[5]
  • 積雲は、一般的に孤立した塊または塊として現れる。[37] [38]積雲は、対流圏に反転層がなく、垂直方向の成長を制限するような場所で、局所的ではあるが一般的に自由対流による上昇気流の産物である。一般的に、小さな積雲は比較的弱い不安定性を示す傾向がある。より大きな積雲型は、大気の不安定性と対流活動がより大きいことを示す。[39]積雲属の雲は、その垂直方向のサイズに応じて、低層または多層構造を呈し、垂直方向の広がりは中程度から非常に高い。[7]
  • 積乱雲は、垂直方向に高くそびえる最大の自由対流雲です。非常に不安定な大気中に発生し[14]、雲の上部にはぼんやりとした輪郭が見られることが多く、時には金床状の頂部も見られます[5] 。これらの雲は、下部成層圏まで到達するほどの強力な対流によって発生します。

レベルと属

対流圏雲は、地球表面からの高度範囲に基づいて、3つのレベル（以前はエタージュと呼ばれていました）のいずれかで形成されます。雲をレベルに分類することは、雲図、地上気象観測[7]、天気図[40]の目的で一般的に行われています。各レベルのベース高度範囲は、緯度地理的ゾーンによって異なります。[7]各高度レベルは、主に物理的形状によって区別される2つまたは3つの属型で構成されています。[41] [5]

標準的な雲層と属型は、それぞれが通常基準とする高度のおおよその降順で以下にまとめられています。[42]垂直方向の広がりが大きい多層雲は、不安定性または対流活動のおおよその昇順で別途リストされ、要約されています。[32]

高レベル

左上の高層巻雲が右の巻層雲と合流し、右端に巻積雲がいくつかある

高層雲は、極地では高度3,000～7,600メートル（10,000～25,000フィート） 、温帯では高度5,000～12,200メートル（16,500～40,000フィート） 、熱帯では高度6,100～18,300メートル（20,000～60,000フィート）で発生します。[7]すべての巻状雲は高層雲に分類され、巻雲（Ci）という単一の属を構成します。高高度域の層積雲と層状雲には接頭辞cirro-が付き、それぞれ属名はcirrocumulus（Cc）、cirrostratus（Cs）となります。人間の直接観測によるデータを裏付けとせずに、高層雲の限られた解像度の衛星画像を分析すると、個々の形態や属を区別することが不可能になり、それらはまとめて高層型（または非公式に巻雲型と呼ばれるが、すべての高層雲が巻雲の形態や属であるとは限らない）として識別される。[43]

  • 巻雲属（Ci）は、主に繊維状の繊細な白い巻雲で、氷晶を含んだ雲で、青空によく映えます。[34]巻雲は、対流が限定的なカステラヌス型とフロッカス型の亜種を除き、一般的に非対流性です。高高度のジェット気流沿い[44]や、前線や低気圧の擾乱の最前縁で発生し、巻層雲に併合することがあります。この高高度雲属は降水をもたらしません。[42]
  • 巻積雲（Cc）は、対流が限られた純白の高層層積雲です。氷晶または過冷却水滴で構成され、小さな影のない丸い塊、または薄片が、砂浜の砂のように波紋を伴って、または線状に集まって形成されます。[45] [46]巻積雲は時折巻雲と並んで形成され、活発な気象システムの前縁付近では巻層雲を伴うか、巻層雲に置き換わることがあります。この属型は時折、雲底下で蒸発する降水（virga）を生成します。[19]
  • 巻層雲属（Cs） - 巻層雲は、薄い非対流性の層状の氷晶ベールで、太陽光線の屈折によってハロー現象が生じることが多い。太陽と月は明瞭な輪郭で見える。[47]巻層雲は降水をもたらすことはないが、温暖前線や低気圧の前方で高層雲へと厚くなることが多く、降水をもたらすこともある。[48]

中級レベル

高積雲層状透光雲に輝きを与える日の出の風景
写真上部付近の Altostratus translucidus が下部付近で Altostratus opacus に変化している（「種と変種」も参照）。

中層の非垂直雲には接頭辞「alto-」が付き、層積雲型は高積雲（Ac）、層状雲型は高層雲（As）という属名が付けられる。これらの雲は、どの緯度でも地表から2,000メートル（6,500フィート）ほどの低高度で形成されることもあるが、極地では4,000メートル（13,000フィート）、中緯度では7,000メートル（23,000フィート）、熱帯では7,600メートル（25,000フィート）ほどの高度で形成されることもある。[7]高層雲と同様に、主な属型は人間の目で容易に識別できるが、衛星写真のみでそれらを区別することは不可能である。人間の観測による裏付けデータがない場合、これらの雲は通常、衛星画像上でまとめて中層型として識別される。[43]

  • 高積雲（Ac） – これは限られた対流を伴う中層の雲層で、通常は不規則な斑点、またはより広い層が集団、線、または波状に配置された形で現れます。[49]高積雲は巻積雲に似ている場合もありますが、通常はより厚く、水滴と氷晶の混合物で構成されているため、その基部は少なくともいくらかの薄い灰色の陰影を示します。 [50]高積雲は、地表に到達する前に蒸発する、非常に弱い降水（virga）を引き起こすことがあります。 [ 51 ]
  • 高層雲属（As） – 高層雲は、灰色/青灰色の不透明または半透明の非対流性の雲で、中層に形成される。温暖前線沿いや低気圧域の周辺に形成されることが多い。高層雲は通常は水滴で構成されるが、高高度では氷晶が混じることもある。不透明な高層雲が広範囲に広がると、弱い連続降水または断続降水を引き起こすことがある。[52]

低レベル

前景に層積雲と層状積雲がある（「種と変種」も参照）
5月の積雲

低層雲は地表近くから高度2,000メートル（6,500フィート）までの範囲に見られます。[7]この層の属型には接頭辞が付かないか、あるいは高度以外の特徴を示す接頭辞が付きます。対流圏の下層で形成される雲は、中層や上層で形成される雲よりも構造が一般的に大きいため、通常は衛星写真のみでその形状と属型によって識別できます。[43]

  • 層積雲属（Sc） - この属は、対流が限られた層積雲層で、通常は不規則な斑点または高積雲に似たより広い層状雲ですが、より濃い灰色の陰影を持つ大きな要素を持ちます。[53]層積雲は、他の雨雲から発生した雨天時によく見られますが、単独では非常に弱い降水しか生み出しません。[54]
  • 積雲種- 晴れた​​日に発生する小さな分離した積雲で、ほぼ水平な基部と平らな頂部を持ち、雨を降らせません。[55]
  • 属層雲（St） - これは平坦または時に不規則な非対流性の層状雲で、高層霧に似た形状をしています。[56]この雲からはごく弱い降水しか降らず、通常は霧雨または雪粒となります。[57] [58]非常に低い層雲が地表レベルまで降下すると、ラテン語の用語が失われ、地表の視程が1 km（0.62 mi）未満の場合は霧（fog）という一般名が付けられます。[59]視程が1 km以上の場合、目に見える凝結はミスト（mist ）と呼ばれます。[60]

多層または中程度の垂直

ニンボストラタスと乙女座

これらの雲は、地表近くから約 2,400 メートル (8,000 フィート) までの任意の場所に形成される低～中レベルの基底を持ち、その頂上は中高度範囲まで広がり、乱層雲の場合はさらに高いこともあります。

  • 乱層雲属(Ns) – これは、水平方向に大きく広がり、通常中程度から深い垂直方向の発達を示す、拡散した暗い灰色の多層層状層で、内側から見ると弱々しく光って見える。[61]乱層雲は通常、中層の高層雲から形成され、少なくとも中程度の垂直方向の広がりを呈する[62] [63] 。中程度から強い強度の降水時にベースが低層に沈み込むときに発達する。大規模な前線や低気圧の上昇によって同時に高層に成長すると、垂直方向の発達がさらに大きくなる。[64]接頭辞の「nimbo」は、特に温暖前線の前で、広い範囲に継続して雨や雪をもたらす能力を指す。[65]この厚い雲層自体にはそびえ立つ構造はないが、埋め込まれたそびえ立つ積雲状雲または積乱雲状雲を伴うことがある。[63] [66]世界気象機関（WMO）に所属する気象学者は、公式には雨雲を総観観測上は中層雲に分類しているが、非公式には多層雲と分類している。[7]独立した気象学者や教育者の間では、主にWMOモデルに従う人々と[62] [63]と、雨雲の垂直方向の広がりがかなり大きく、通常は中高度域で形成されるにもかかわらず、雨雲を低層雲に分類する人々に分かれている。[67] [68]
  • 種：中層積雲（cumulus mediocris） – これらの自由対流積雲は、明瞭で中灰色の平らな基底と、小さな芽生えのような白いドーム状の頂部を持ち、通常は降雨を伴わない。[55]通常は対流圏下層で発生するが、相対湿度が非常に低い場合は雲底が中高度域まで上昇することがある。中層積雲は公式には低層雲に分類され、より非公式には複数の高度域に及ぶ中程度の垂直広がりを持つ雲として特徴付けられる。[7]

そびえ立つ垂直

モハーベ砂漠上空に孤立した積乱雲カルブスが出現し、激しい雨を降らせている。
単細胞積乱雲砧毛

これらの非常に大きな積雲状雲および積乱雲状雲は、多層雲や中層雲状雲と同様に低層から中層の範囲に雲底を持ちますが、雲頂はほぼ常に高層まで広がります。これらの雲は、高度がそれほど高くない雲とは異なり、パイロットに悪天候や乱気流の可能性を警告するため、すべての航空観測（METARS）および予報（TAFS）において標準名称または略称で識別することが義務付けられています。[9]

  • 積雲鬱積雲（積雲充血種）– 気団の不安定性の増大により、自由対流積雲が非常に高くなり、雲底から雲頂までの垂直高度が雲底幅を超えることがあります。雲底は濃い灰色を呈し、雲頂は一般的にカリフラワーのような形状になります。この雲種は中程度から激しい雨をもたらす可能性があり[55] 、国際民間航空機関（ICAO）ではタワーイング積雲（Tcu）と指定されています。
  • 積乱雲属(Cb) – この属のタイプは、暗灰色からほぼ黒色の基部と、山または巨大な塔の形をした非常に高い頂上を持つ、重くそびえ立つ積乱雲状の自由対流雲の塊である。[69]積乱雲は、雷雨、鉄砲水を引き起こす可能性のある局地的な非常に激しい豪雨、山火事を引き起こす可能性のある雲対地雷を含むさまざまな種類の雷を引き起こす可能性がある。[70]その他の対流性の激しい天候は、雷雨を伴う場合と伴わない場合があり、豪雪、雹、[71]強い風のシア、ダウンバースト、[72]および竜巻が含まれる。[73]これらすべての可能性のある積乱雲関連のイベントのうち、雷は雷を発生させる雷であるため、雷雨が発生していることを必要とする唯一のものである。積乱雲は不安定な気団の状況で発生することがありますが、不安定な寒冷前線と関連すると、より集中して激しくなる傾向があります。[20]

種

属型は、一般的に種と呼ばれるサブタイプに分類されます。種は、特定の構造的詳細を示し、特定の時間と場所における大気の安定性や風切特性に応じて変化します。この階層構造にもかかわらず、特定の種は複数の属のサブタイプとなることがあります。特に、属が同じ物理的形態を持ち、主に高度や高度によって区別される場合に多く見られます。いくつかの種は、それぞれが複数の物理的形態を持つ属と関連付けられることがあります。[74]種型は、通常関連付けられる物理的形態と属に従って以下のように分類されます。形態、属、種は、不安定性または対流活動の程度が小さい順に左から右へ記載されています。[32]

安定またはほぼ安定

非対流性層状雲のうち、高層巻層雲は2種からなる。巻層雲ネブローサス（Cirrostratus nebulosus）は、構造の詳細を欠き、やや拡散した外観を示す。[75]巻層雲フィブラタス（Cirrostratus fibratus）は、巻雲へ、または巻雲から遷移する半合体したフィラメントからなる種である。[76]中層高層雲および多層乱層雲は常に平坦または拡散した外観を示すため、種に細分化されない。低層層雲は、不規則な層状層（以下参照）に分裂している場合を除き、ネブローサス（nebulosus）種に属する。[75] [62] [74] [77]

巻状雲には、安定した気団条件下で形成される非対流性の3種があります。Cirrus fibratusは、直線状、波状、あるいは風のせん断によってねじれた形状の糸状雲です。[76] uncinusはこれに類似していますが、先端に上向きのフックがあります。Cirrus spissatusは、薄い灰色の陰影が見られる不透明な斑点として現れます。[74]

ワイオミング州の山岳地帯にレンズ状高積雲が形成され、下層は中積雲、上層は巻雲

層積雲（巻積雲、高積雲、層積雲）は、対流がほとんどない安定した大気中に出現し、それぞれ2種ずつ存在する。層積雲種は通常、広大なシート状、または対流活動が最小限に抑えられた小さなパッチ状に発生する。[78]レンズ状雲種は、端が細くなるレンズのような形状をしている傾向がある。これらは山岳波雲として最も一般的に見られるが、強い風のシアーと十分な気団安定性が組み合わさり、概ね平坦な雲構造を維持できる対流圏であればどこにでも発生する可能性がある。これらの2種は、その時々の層積雲種によって、対流圏の上層、中層、下層に見られる。[62] [74] [77]

ぼろぼろ

フラクトゥス種は、異なる物理的形態と異なる安定性特性を持つ属型の下位区分となるため、不安定性は様々である。この亜型は、不規則だが概ね安定した層状のシート（ストラタス・フラクトゥス）または、やや不安定性が高い小さな不規則な積雲状堆積物（キュムラス・フラクトゥス）の形状をとることがある。[ 74 ] [77] [79]この種の雲が、垂直方向、時には水平方向にかなり広がる降水雲システムを伴う場合、パンヌスという名称で付属雲としても分類される（補足的特徴の項を参照）。[80]

部分的に不安定

カステラヌス雲の形成例

これらの種は、対流が限られている部分的に不安定な大気中に発生する属タイプの下位区分である。castellanus 種は、通常は朝か午後に、概ね安定している層積雲状または巻雲状層が局所的な気団不安定領域によって乱されたときに出現する。その結果、共通の層状基底から生じた埋め込み積雲の蓄積が形成される。[81] Castellanus は横から見ると城の小塔に似ており、あらゆる対流圏高度レベルの層積雲状属や、対流が限られている上層の巻雲の斑点とともに見られる。[82]より分離したfloccus種の房状の雲は、全体の構造が巻雲状または層積雲状である属タイプの下位区分である。これらは、巻雲、巻積雲、高積雲、層積雲とともに見られることもあります。[83]

層積雲または高積雲の新たな種が渦巻雲と名付けられました。これは積乱雲の形成に先行して発生するロール雲です。[84]渦巻雲の中には、親雲ではなく特定の地理的特徴との相互作用の結果として形成されるものもあります。おそらく、この種の雲の中で最も奇妙な地理的に特定された雲は、オーストラリア北部のカーペンタリア湾上空に予期せず出現する円筒形の渦巻雲、モーニング・グローリーでしょう。大気中の強力な「波紋」を伴い、グライダーで「サーフィン」できることもあります。[85]

不安定またはほぼ不安定

対流圏におけるより一般的な気団不安定性は、より自由に対流する積雲属型の雲を生成する傾向があり、その種は主に大気の不安定性の程度と、その結果生じる雲の垂直発達の指標となる。積雲は、対流圏の下層で、わずかに垂直発達するだけの雲種humilisとして最初に形成される。大気がさらに不安定になると、雲は垂直に成長してmediocris種となり、その後、強い対流を伴うcongestus種となる傾向がある。これは最も高い積雲種である[74]。これは、国際民間航空機関（ICAO）が「towering cumulus」と呼ぶものと同じ種類である[9] 。

月雲に変わりつつある平凡積雲

大気の状態が非常に不安定な場合、大きな積雲はさらに強い対流を伴う積乱雲（本質的には雷を発生させる非常に高い鬱血雲）へと成長し続け、最終的には雲頂部の過冷却水滴が氷晶に変化して巻雲のような外観になるカピラトゥス種へと成長する可能性がある。 [74] [77]

品種

属と種の型はさらに変種に細分化され、雲をより詳細に説明するために、種名の後に変種名を付記することができます。雲の変種の中には、特定の高度や形状に限定されないものもあり、複数の属や種に共通するものもあります。[86]

不透明度ベース

沈む夕日を隠す層積雲（stratiformis perlucidus）と、遠くの山々を思わせる層積雲（stratocumulogenitus）の背景層

すべての雲の変種は、主に2つのグループに分類されます。1つのグループは、特定の低層および中層の雲構造の不透明度を識別し、半透明（薄い半透明）、透光性（厚い不透明で半透明または非常に小さな透明の切れ目がある）、不透明（厚い不透明）の変種で構成されます。これらの変種は、不透明度が変化する雲の属および種であれば常に識別可能です。これら3つはすべて、高積雲および層積雲の層状雲の種と関連しています。しかし、高層雲および層状雲雲は構造が均一であるため透光性変種が形成されず、2つの変種のみが見られます。不透明度に基づく変種は、高層雲には適用されません。なぜなら、高層雲は常に半透明であり、巻雲のように常に不透明だからです。[86] [87]

パターンベース

ESOのラ・シーラ天文台上のCirrus fibratus radiatus [88]

2 つ目のグループは、雲構造が特定のパターンに時折配置され、地上の観測者によって識別できるものを言います (雲域は通常、雲層よりかなり高い高度からのみ見えます)。これらの変種は、通常関連している属や種に常に存在するわけではなく、大気条件がそれらの形成に有利な場合にのみ現れます。Intortus 変種とvertebratus変種は、cirrus fibratus に時折現れます。これらはそれぞれ不規則な形にねじれた糸状体、および魚の骨のようなパターンに配列した糸状体で、通常はこれらの変種の形成に有利な不均一な風の流れによって生じます。radiatus 変種は、地平線で収束するように見える特定の種類の雲列に時折見られます。これは、cirrus の fibratus および uncinus 種、高積雲と層積雲の stratiformis 種、積雲の mediocris 種、時には humilis 種に時折見られます。[89] [信頼できない情報源? ] [90]およびアルトストラタス属とも呼ばれる。[91]

米国カリフォルニア州モハーベ砂漠の日の出時の層状高積雲（上層はオレンジから白、下層は灰色）

もう一つの変種であるduplicatus（同じ種類の層が密集し、上下に重なり合う）は、fibratus属とuncinus属の巻雲、stratiformis属とlenticularis属の高積雲と層積雲に見られることがある。undulatus （波状のうねりを持つ基底を持つ）は、stratiformis属とlenticularis属の雲、そして高層雲に見られることがある。stratus nebulosusではごく稀にしか見られない。lacunosusは、局所的な下降気流によって蜂の巣状または網状の円形の穴が開くことで発生する。stratiformis属、castellanus属、floccus属の巻積雲と高積雲、そしてstratiformis属とcastellanus属の層積雲に見られることがある。[86] [87]

組み合わせ

一部の種は、特に一方の変種が不透明度に基づくものであり、もう一方の変種がパターンに基づくものである場合、同時に複合変種を示す可能性があります。一例として、一見収束する列をなす高積雲層状雲が、小さな切れ目によって区切られている様子が挙げられます。このような配置の雲の正式名称は「高積雲層状雲放射状ペルルシダス（altocumulus stratiformis radiatus perlucidus） 」で、それぞれ属、種、そして複合変種を表します。[77] [86] [87]

その他のタイプ

山の上の雲
山の上の雲

補助雲と付随雲は、雲の種類を種や変種レベル以下にさらに細分化するものではありません。むしろ、それらは雲の属、種、変種に関連して形成される、独自のラテン語名を持つ水文雲または特別な雲型です。[77] [87]補助雲は、雲の形であろうと降水であろうと、主たる属雲に直接付随します。一方、付随雲は一般的に主たる雲から分離しています。[92]

降水量に基づく補足機能

補足的特徴の一つは、実際の雲の形成ではなく、目に見える雲を構成する水滴や氷晶が重くなりすぎて上空に留まることができなくなったときに降る降水です。Virgaは、降水を発生させる雲に見られる特徴で、地表に到達する前に蒸発し、巻積雲、高積雲、高層雲、乱層雲、層積雲、積雲、積乱雲などの雲に含まれます。[92]

降水が完全に蒸発せずに地面に達した場合、それは praecipitatio と呼ばれます。 [ 93]これは通常、広範囲ではあるものの通常は弱い降水をもたらす altostratus opacus や、著しく垂直に発達するより厚い雲で発生します。後者のうち、上向きに成長するcumulus mediocris は孤立した弱いにわか雨しか生み出さないのに対し、下向きに成長するnimbostratus はより激しく広範囲に渡る降水を引き起こす可能性があります。高くそびえる垂直の雲は激しい降水を引き起こす能力が最も高いですが、移動の速い寒冷前線に沿っていない限り、これらの雲は局所的になる傾向があります。中程度から強い強度のにわか雨は、積雲充血雲から降ることがあります。積乱雲はすべての雲の属の中で最大のもので、非常に激しいにわか雨を生み出す能力があります。低層層雲は通常、軽い降水しか生じないが、この雲属は地表に近すぎるため、virgaが形成されることができないため、常にpraecipitatioとして発生する。[77] [87] [92]

空を覆う薄積雲、背景にはきぬた雲。中央アメリカ上空

クラウドベースの補足機能

キヌカス雲は、積乱雲の種類に最も特異的な付加的特徴であり、カピラトゥス属の積乱雲にのみ見られます。キヌカス雲は、上昇気流が対流圏界面の安定層に衝突し、高度が上昇しても空気の温度が下がり続けることがなくなった結果、雲頂が明瞭な金床状に広がった雲です。 [94]

マンマ地形は、雲の基底部に、雲内の局所的な下降気流によって引き起こされる、下向きの泡状の突起として形成される。マンマトゥス（mammatus）と呼ばれることもある。これは、20世紀に世界気象機関（WMO）によってラテン語の命名法が標準化される以前の用語である。最もよく知られているのはマンマトゥスを伴う積乱雲であるが、マンマ地形は巻雲、巻積雲、高積雲、高層雲、層積雲にも時折見られる。[92]

チューバ雲とは、積雲または積乱雲の底から垂れ下がる雲柱のことです。形成されたばかりの雲柱や、構造が不完全な雲柱は比較的無害ですが、急速に漏斗雲や竜巻へと発達する可能性があります。[92] [95] [96]

アークスとは、スコールラインや雷雨の流出路の前縁に沿って形成される、積雲または積乱雲の前下部に付着した、縁がギザギザしたロール雲のことである。[97]大きなアークス構造は、暗く威嚇的なアーチのように見えることがある。[92]

世界気象機関（WMO）は、いくつかの新たな補足的特徴を正式に認めた。fluctusの特徴は、強い大気の風のシアの条件下で、層積雲、高積雲、または巻雲が規則的な間隔の波頭に分裂するときに形成されることがある。この変種は、非公式にはケルビン・ヘルムホルツ（波）雲と呼ばれることもある。この現象は、他の惑星の雲の形成や、太陽の大気中でも観測されている。[98]層積雲や高積雲に関連する、非常に擾乱されやすいがより混沌とした波状の雲の特徴には、ラテン語名asperitasが与えられている。補足的特徴cavumは、円形の落下筋の穴で、過冷却した高積雲または巻積雲の薄い層に時折形成される。氷晶が低高度に落ちるときに、穴の下に virga または巻雲の束からなる落下筋が見られることが多い。このタイプの空洞は、典型的なラクノサス空洞よりも通常は大きい。ムルス雲は、雲底が下降し回転する積乱雲の壁雲で、竜巻の発生につながる可能性がある。尾雲は、ムルス雲から水平に伸びる尾雲で、嵐に流入する空気によって形成される。[99]

付属雲

主雲から分離した補助的な雲の形成は、付属雲として知られています。[77] [87] [92]より重い降水雲、乱層雲、そびえ立つ積雲（積雲混雑）、積乱雲では、典型的には、降水時にパンヌスの特徴、属および種である積雲断片または層雲断片の低く不規則な雲の形成が見られます。[80]

付属雲のグループは、主に自由対流によって上向きに成長する積雲状雲および積乱雲に伴う雲層から構成されます。傘雲は積乱雲または大積雲の上に形成される帽子雲です。[100]一方、ベラム雲は薄い水平のシートで、親雲の中央または前面にエプロンのように形成されることがあります。[92]世界気象機関によって最近正式に認められた付属雲は、フルメン（より非公式にはビーバーのしっぽとも呼ばれます）です。これは、スーパーセル雷雨の暖かく湿った流入によって形成され、竜巻と間違われることがあります。フルメンは竜巻の危険性を示すことがありますが、外観はパンヌス雲やスカッド雲に似ており、回転しません。[99]

母なる雲

ギリシャのピレウス港の上空で、積雲が部分的に層積雲へと拡大している。

雲は、最初は澄んだ空気の中で形成されるか、霧が地表より上に上昇して雲になる。新しく形成される雲の属は、主に安定度や水分含有量などの気団の特性によって決定される。これらの特性が時間の経過とともに変化すると、属もそれに応じて変化する傾向がある。このような場合、元の属は母雲と呼ばれる。母雲が新しい属の出現後も元の形状をほぼ維持している場合、それはジェニタス雲と呼ばれる。その一例が層積雲である。これは、対流による上昇が失われた際に積雲型雲が部分的に広がることで形成される層積雲である。母雲の属が完全に変化した場合、それはミュータタス雲であると考えられる。[101]

夕暮れ時に層積乱雲母雲に消散する積乱雲母雲

その他の生殖雲と変異雲

genitusとmutatusのカテゴリーは拡張され、既存の雲に由来しない特定の種類の雲も含まれるようになりました。flammagenitus （ラテン語で「火でできた」）という用語は、大規模な火災や火山噴火によって形成される積雲（cumulus congestus）または積乱雲（後者は高度57km（35マイル）に達する）[102] 、および核キノコ雲（上空67km（42マイル）まで広がる）に適用されます[103] 。封じ込められた産業活動によって形成される、より小さな低層の「火積雲」または「fumulus」雲は、現在cumulus homogenitus（ラテン語で「人為的な」）に分類されています。対流圏上層を飛行する航空機の排気ガスから形成される飛行機雲は、持続して広がり、巻雲に似た形態を形成することがあり、これはcirrus homogenitusと呼ばれます。均質巻雲が完全に高層雲に変化すると、それらは巻雲、巻層雲、または均質巻積雲と呼ばれます。層雲カタラクタゲニトゥス（ラテン語で「白内障でできた」）は滝の飛沫によって生成されます。シルバゲニトゥス（ラテン語で「森でできた」）は、森林の樹冠上空の空気に水蒸気が加わることで形成される層雲です。[101]

大規模なパターン

特定の大気過程によって、雲が広い範囲を覆うようなパターンを形成することがあります。これらのパターンは通常、地表から識別するのが難しく、航空機や宇宙船から観測するのが最適です。

層積雲のフィールド

層積雲は、特定の形状と特徴を持つ「フィールド」に分類されます。一般的に、これらのフィールドは地上よりも高高度からの方が識別しやすいです。多くの場合、以下の形で見られます。

  • アクチノフォームは、葉やスポーク付きの車輪に似ています。
  • 中央が曇っていて端が透明な閉鎖セルで、充填されたハニカムに似ています。[104]
  • オープンセルは、空のハニカムに似ており、縁の周りに雲があり、中央に透明な空間があります。[105]

渦巻きの街路

夕方の夕暮れにカルマン渦列を形成した巻雲 fibratus intortus

これらのパターンは、工学者であり流体力学者でもあったセオドア・フォン・カルマンにちなんで名付けられたカルマン渦と呼ばれる現象によって形成されます。[106]風で運ばれる雲、通常は中層の高積雲または上層の巻雲は、風向に沿って平行な列を形成することがあります。風と雲が垂直に突き出た島などの標高の高い地形に遭遇すると、高地の周囲に渦を形成し、雲がねじれたように見えることがあります。[107]

分布

低気圧帯に沿った収束

2009年10月の平均雲量。NASA合成衛星画像。[108]
これらの地図は、2005年1月から2013年8月までの各月における地球上の雲量の割合を示しています。測定は、NASAのTerra衛星に搭載された中分解能撮像分光放射計（MODIS）によって行われました。色は青（雲なし）から白（完全な曇り）までです。デジタルカメラのように、MODISはグリッド状のボックス、つまりピクセル単位で情報を収集します。雲量とは、各ピクセルのうち雲に覆われている部分の割合です。色は青（雲なし）から白（完全な曇り）までです。[109]（クリックして詳細を表示）

雲の局所的な分布は地形に大きく左右されるが、対流圏における雲量の全球的な広がりは緯度によって大きく変わる傾向がある。雲が最も多く見られるのは、赤道付近と北半球および南半球の緯度 50 度付近で地球を取り囲む地表対流圏収束帯の低圧帯内およびその沿線である。[110]上昇気流によって雲が形成される断熱冷却過程はすべて収束と関連している。収束とは、特定の場所への空気の水平流入および蓄積、ならびにこれが起こる速度を伴う過程である。[111]赤道付近では、低圧の熱帯収束帯(ITCZ) の存在により雲量が増加する。ITCZ では非常に暖かく不安定な空気が、主に積雲状雲と積乱雲の形成を促進する。[112]中緯度収束帯では、空気の安定度と水分含有量に応じて、事実上あらゆる種類の雲が発生する可能性があります。これらの温帯収束帯は、極起源の気団が熱帯または亜熱帯起源の気団と出会い衝突する極前線によって占められています。 [113]これにより、衝突する様々な気団の安定特性に応じて、安定または不安定になる雲システムで構成される、気象を形成する温帯低気圧が形成されます。[114]

高気圧帯に沿った発散

発散は収束の反対です。地球の対流圏では、上昇気流の上部、または下降気流の下部からの水平方向の空気の流出が伴います。これらの気流は、高気圧の領域や尾根に伴って発生することがよくあります。[111]雲量は、極地や南北30度線付近の亜熱帯地域では最も少なくなる傾向があります。後者は馬緯度と呼ばれることもあります。赤道の両側に大規模な亜熱帯高気圧の尾根が存在するため、これらの低緯度地域では雲量が減少します。[115]同様のパターンは、両半球の高緯度地域でも見られます。[116]

輝度、反射率、色彩

雲の輝度は、雲の粒子による光の反射、散乱、透過によって決まります。また、雲の明るさは、もやや光暈（ハロー）や虹といった光流星の存在によっても影響を受けることがあります。[117]対流圏では、高密度で深い雲が可視スペクトル全域で高い反射率（70～95%）を示します。微細な水粒子が密集しているため、太陽光は雲の奥深くまで浸透できず反射されてしまうため、特に上空から見ると雲は特徴的な白色を呈します。[118]雲粒は光を効率的に散乱させる傾向があるため、太陽放射の強度はガス層への深度が深くなるほど低下します。その結果、雲底の色は、雲の厚さと観測者への反射光または透過光の量に応じて、非常に明るい灰色から非常に暗い灰色まで変化します。上層の薄い対流圏雲は、雲を構成する氷晶や過冷却水滴の濃度が比較的低いため、光の反射率が低く、やや白っぽく見えます。しかし、厚く密度の高い氷晶雲は反射率が高いため、鮮やかな白色に灰色の陰影がはっきりと現れます。[117]

対流圏の雲が成熟するにつれて、高密度の水滴が結合してより大きな水滴を形成することがあります。水滴が空気循環によって空中に留まることができなくなるほど大きく重くなると、雨となって雲から落ちてきます。この蓄積過程によって水滴間の空間が次第に広がり、光が雲の奥深くまで浸透するようになります。雲が十分に大きく、水滴間の間隔が十分に離れている場合、雲に入った光の一部は反射されずに吸収され、雲はより暗く見えます。この簡単な例として、激しい雨のときは濃い霧のときよりも遠くまで見渡せることが挙げられます。この反射/吸収の過程によって、雲の色が白から黒まで変化するのです。[119]

雲の鮮やかな色彩は、高度を問わず見ることができます。雲の色は通常、入射光の色と同じです。[120]日中、太陽が比較的高い位置にある場合、対流圏の雲は一般的に上部が明るい白色で、下部はさまざまな灰色の色合いをしています。薄い雲は白く見える場合もあれば、周囲の環境や背景の色を帯びているように見える場合もあります。赤、オレンジ、ピンクの雲は、ほぼ日の出/日の入り時に発生し、大気による太陽光の散乱によって生じます。太陽が地平線のすぐ下にある場合、低層の雲は灰色、中層の雲はバラ色、高層の雲は白またはオフホワイトです。夜空の雲は、月のない空では黒または濃い灰色、月の光に照らされると白っぽくなります。また、大規模な火災、街の明かり、オーロラなどの色を反射することもあります。[120]

緑や青がかった色合いに見える積乱雲は、非常に多量の水分、つまり光を散乱させて雲を青くする雹や雨を含んでいることを示しています。緑色化は、主に日が暮れて太陽が比較的低いときに発生し、入射する太陽光は赤みがかっており、非常に背の高い青みがかった雲を照らすと緑色に見えます。スーパーセル型の嵐は、この特徴を持つことが多いですが、どんな嵐でもこのように現れる可能性があります。このような色は、激しい雷雨であることを直接示すわけではなく、その可能性があることを裏付けるだけです。緑/青の色合いは、多量の水、それを支える強い上昇気流、嵐による強風と雨、湿った雹を意味するため、このことから、激しくなる可能性を高めるすべての要素が推測できます。さらに、上昇気流が強くなるほど、嵐が竜巻を発生させ、大きな雹や強風を引き起こす可能性が高くなります。[121]

森林火災の季節である晩春から初秋にかけて、対流圏に黄色い雲が見られることがあります。この黄色は、煙に含まれる汚染物質によるものです。黄色い雲は二酸化窒素の存在によって発生し、大気汚染レベルの高い都市部で時々見られます。[122]

  • 日の出でオレンジ色に染まった層積雲と小さなカステラヌス
    日の出でオレンジ色に染まった層積雲と小さなカステラヌス
  • 高積雲渦状雲と層状巻積雲を伴う虹彩雲の発生
    高積雲渦状雲と層状巻積雲を伴う虹彩雲の発生
  • 灰色の層積雲（背景では透光性雲になる）にピンクの色合いを映す夕焼け
    灰色の層積雲（背景では透光性雲になる）にピンクの色合いを映す夕焼け
  • インド、バンガロールの日没前の層積雲 stratiformis perlucidus
    インド、バンガロールの日没前の層積雲 stratiformis perlucidus
  • デンマークの晩夏の嵐。ベース部分のほぼ黒色は、前景の主な雲がおそらく積乱雲であることを示しています。
    デンマークの晩夏の暴風雨。ベースのほぼ黒色は、前景の主な雲がおそらく積乱雲であることを示しています。
  • 大気中の粒子と太陽の角度により、夕暮れ時の層積雲の色が鮮やかになります。
    大気中の粒子と太陽の角度により、夕暮れ時の層積雲の色彩が鮮やかになります。

効果

オーストラリア、スウィフトクリークの積雲

対流圏雲は地球の対流圏と気候に様々な影響を及ぼします。まず第一に、雲は降水源であり、降水分布と降水量に大きな影響を与えます。周囲の雲のない空気との浮力差により、雲は対流、前線、または低気圧性の鉛直運動を伴うことがあります。雲の密度が低い場合、水蒸気の凝結によって熱が放出され、空気が暖められて密度が低下するため、運動は上向きになります。一方、空気の上昇によって冷却が起こり、密度が上昇するため、下向きの動きにつながることもあります。これらの影響はすべて、大気の鉛直温度と水分構造に微妙に依存しており、地球の気候に影響を与える熱の大きな再分配をもたらします。[123]

対流圏における雲の複雑さと多様性は、雲が気候や気候変動に与える影響を定量化するのを困難にする主な理由である。一方で、白い雲頂は太陽からの短波放射（可視光線と近赤外線）を反射することで地球表面の冷却を促進し、地表で吸収される太陽放射の量を減らし、地球のアルベドを高める。地表に到達する太陽​​光の大部分は吸収され、地表はより長い波長の赤外線を上向きに放射して暖める。しかし、これらの波長では、雲中の水が効率的な吸収体として機能する。水は赤外線を上向きと下向きに放射することで反応し、下向きの長波放射は地表の温暖化を促進する。これは、温室効果ガスと水蒸気の温室効果に類似している。[123]

特に高層の属型雲は、短波アルベド冷却効果と長波温室効果による温暖化効果の両方において、この二重性を示す。全体として、上層対流圏（巻雲）の氷晶雲は、正味の温暖化を促進する傾向がある。 [124] [125]しかし、冷却効果は中層雲と低層雲、特にそれらが広範囲にシート状に形成される場合に支配的となる。[124] NASAの測定によると、全体として、冷却を促進する傾向のある低層雲と中層雲の効果は、高層雲の温暖化効果や垂直に発達した雲に伴う変動的な結果を上回ることが示唆されている。[124]

現在の雲が現在の気候に与える影響を評価することは困難ですが、将来の温暖化における雲のパターンと特性の変化、そしてその結果として生じる雲が将来の気候に与える影響を予測することは、さらに困難です。温暖化が進むと、地表での蒸発によって大気中に取り込まれる水の量が増えます。雲は水蒸気から形成されるため、雲量が増えると予想されます。しかし、温暖化が進むと、気温の上昇によって雲が蒸発する傾向があります。[126]これらの記述はどちらも正確であると考えられており、雲のフィードバックとして知られるこれらの現象は、気候モデルの計算で確認されています。一般的に言えば、温暖化によって雲、特に下層雲が増加すると、その結果生じる冷却効果は、温室効果ガスの増加に対する気候応答において負のフィードバックをもたらします。しかし、下層雲が減少するか、上層雲が増加すると、フィードバックは正になります。これらのフィードバックの量の違いが、現在の全球気候モデルの気候感度の違いの主な理由です。その結果、多くの研究は、変化する気候に対する下層雲と垂直雲の応答に焦点を当ててきました。しかしながら、主要な地球モデルはそれぞれ全く異なる結果を示しており、低層雲の増加を示すものもあれば、減少を示すものもある。[127] [128]これらの理由から、対流圏雲が気象や気候を制御する役割は、地球温暖化予測における不確実性の主な要因であり続けている。[129] [130]

成層圏の分類と分布

南極上空のレンズ状真珠層雲

極成層圏雲（PSC）は成層圏の最下部に存在します。対流圏より上層では水分が乏しいため、この高度域における真珠層雲および非真珠層雲は、空気が最も冷たくなる冬季の極地に限られます。[8]

PSCは、その化学組成や大気条件によって構造に多少のバリエーションを示すものの、高度約15,000～25,000メートル（49,200～82,000フィート）という非常に高い高度範囲に限定されています。したがって、高度レベル、属型、種、変種によって区別されることなく、単一のタイプとして分類されます。対流圏雲のようなラテン語の命名法はなく、一般的な英語を用いていくつかの一般的な形態を記述的に命名しています。[8]

過冷却硝酸および水PSC（タイプ1と呼ばれることもあります）は、典型的には巻層雲や霞に似た層状の外観を呈しますが、結晶に凍結していないため、真珠層型のようなパステルカラーは呈しません。このタイプのPSCは、成層圏におけるオゾン層の破壊の原因として特定されています。[131]凍結した真珠層型PSCは、典型的には非常に薄く、真珠層のような色合いで、波打つ巻状またはレンズ状（層積雲状）の外観を呈します。これらはタイプ2と呼ばれることもあります。[132] [133]

中間圏の分類と分布

エストニア上空の夜光雲

夜光雲は大気圏で最も高く、中間圏の上層付近、高度約80～85km（50～53マイル）、または対流圏の高層雲の約10倍の高度で見られる。[134] 日没後から日の出前まで明るく輝くことから、ラテン語由来のこの名前が付けられた。夜光雲は通常、青みがかったまたは銀白色で、明るく輝く巻雲に似ている。夜光雲は時折、赤やオレンジ色を帯びることもある。[8]夜光雲は気候に大きな影響を与えるほど一般的でも広範囲に分布しているわけでもない。[135]しかし、19世紀以降、夜光雲の発生頻度が増加している理由は、気候変動によるものと考えられる。[136]

進行中の研究によると、極地の夏季には中間圏の対流上昇が十分に強く、少量の水蒸気を飽和点まで断熱冷却する。このため、中間圏界面直下において大気全体の中で最も低い気温が生じる傾向がある。[135]燃え尽きた流星の煙粒子が、夜光雲の形成に必要な凝結核の大部分を供給しているという証拠がある。[137]

夜光雲は、物理的構造と外観に基づいて4つの主要なタイプに分類されます。タイプIのベールは非常に薄く、明確な構造を欠き、やや巻層雲や輪郭のはっきりしない巻雲に似ています。[138]タイプIIの帯状雲は、長い筋状の雲で、しばしば互いにほぼ平行に並んで形成されます。通常、巻積雲に見られる帯状雲や雲片よりも間隔が広くなっています。[139]タイプIIIの渦状雲は、互いにほぼ平行に並ぶ短い筋状の雲が密集したもので、主に巻雲に似ています。[140]タイプIVの渦状雲は、中心が暗い部分的な雲の輪状、あるいは稀に完全な輪状雲です。[141]

中間圏の分布は成層圏と似ていますが、高度がはるかに高い点が異なります。夜光雲を生成するには水蒸気を最大限に冷却する必要があるため、その分布は地球の極域に限定される傾向があります。北極から南に45度以上、または南極から北に45度以上離れた場所では、目撃されることは稀です。[8]

地球外生命体

火星の表面を覆う巻雲を写した白黒合成写真
ボイジャー2号のフライバイ中に撮影された海王星の巻雲

太陽系の他のほとんどの惑星では雲が観測されている。金星の厚い雲は（火山活動による）二酸化硫黄で構成されており、ほぼ完全に層状の雲であると思われる。 [142]高度45～65 kmで3つの主な層に配置され、金星の表面を覆い、渦巻雲を生み出すことがある。埋め込まれた積雲型は確認されていないが、最上層で断続的な層積雲の波状構造が見られることがあり、その下のより連続した層の雲が明らかになる。[143]火星では、水氷で構成される夜光雲、巻雲、巻積雲、層積雲が主に極付近で検出されている。[144] [145]水氷の霧も火星で検出されている。[146]

木星と土星の両方には、アンモニアからなる外側の巻状雲層、[147] [148] 、硫化アンモニウムからなる中間の層状のもや雲層、および積雲の水雲からなる内側の層があります。[149] [150]木星の大赤斑の近くには、埋め込まれた積乱雲が存在することが知られています。[151] [152]同じカテゴリの型が天王星と海王星を覆っていますが、すべてメタンで構成されています。[153] [154] [155] [156]土星の衛星タイタンには、主にメタンで構成されていると考えられている巻雲があります。[157] [158]カッシーニ-ホイヘンス土星ミッションは、極成層圏雲の証拠を発見しました。[159]

太陽系外惑星の中には、大気雲が存在することが知られています。2013年には、太陽系外惑星ケプラー7bの大気中に高高度の光学的に厚い雲が検出されました[160] [161]。また、2013年12月には、 GJ 436 bとGJ 1214 bの大気中にも、光学的に厚い雲が検出されました[162] [163] [164] [165]。

文化と宗教において

ベンジャミン・ウェスト作「契約の箱を携えてヨルダン川を渡るヨシュア」（1800年）。ヤハウェが雲の柱となってイスラエル人を砂漠に導く様子が描かれている。

雲は、様々な文化や宗教的伝統において、神話的あるいは非科学的な意味で重要な役割を果たしています。古代アッカド人は、雲（気象学ではおそらく補足的な意味を持つ「ママ」）は天空の女神アントゥの乳房であると信じていました[166]。そして雨は彼女の乳房から出る乳であると信じていました[166] 。出エジプト記では、ヤハウェは昼は「雲の柱」、夜は「火の柱」の形でイスラエル人を砂漠を導いたと描写されています[167] 。マンダ教では、ウトラ（天界の存在）がアナナ（「雲」）の中にいると時折言及されており、これは女性の配偶者とも解釈できます[168] 。

アリストパネス作で、紀元前423年に都市ディオニュシア祭で初演された古代ギリシャ喜劇 『雲』の中で、哲学者ソクラテスは雲こそが唯一の真の神であると宣言し[169]、主人公ストレプシアデスに雲以外の神々を崇拝せず、雲だけに敬意を払うように命じます[169] 。劇中で雲は形を変え、それを見ている者の本性を明らかにします[170] [169] [171]。雲は喜劇詩人や哲学者にとってインスピレーションの源とされ[169]、雄弁と詭弁を共に「友」とみなす修辞術の達人です[169] 。

シェイクスピアの『ハムレット』では、王子は廷臣ポローニアスの追従ぶりを嘲笑し、同じ雲の中に相容れない様々な形があることを指摘するが、ポローニアスは毎回快く同意する。[172]

中国では、雲は幸運と幸福の象徴です。[173]重なり合う雲は永遠の幸福を意味すると考えられており[173]、異なる色の雲は「祝福が倍増する」ことを意味すると言われています。[173]

非公式の雲観察または雲凝視は、雲を観察し、その中にある形を探すというパレイドリアの一種である人気のアクティビティです。[174] [175]

参照

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