屋根に大雨が降る

雨は、大気中の水蒸気が凝縮した水滴が重力によって落下する降水の一種です。雨は水循環の主要な構成要素であり、地球上の淡水の大部分を降らせる役割を果たしています。雨は水力発電所、農作物の灌漑、そして様々な生態系に適した条件を供給しています。

雨が降る主な原因は、気象前線と呼ばれる温度と湿度のコントラストのある三次元ゾーンに沿って移動する水分です。十分な水分と上昇気流がある場合、積乱雲（雷雲）などの対流雲（強い垂直上昇運動をする雲）から雨が降り、狭い降水帯を形成します。山岳地帯では、風上の高度で地形の風上側で上昇流が最大になり、湿った空気が凝結して山の斜面に沿って雨として降り注ぐため、大雨になることがあります。山の風下側では、下降流によって乾燥した空気が生じ、気団が加熱されて乾燥するため、砂漠気候になることがあります。モンスーンの谷、または熱帯収束帯の動きにより、サバンナ気候に雨季がもたらされます。

ヒートアイランド現象は、都市の風下で降雨量と降雨強度の増加を引き起こします。地球温暖化も降水パターンの変化を引き起こし、北米東部ではより湿潤な気候となり、熱帯地方ではより乾燥した気候となります。南極は最も乾燥した大陸です。陸上の世界平均年間降水量は715 mm（28.1インチ）ですが、地球全体ではそれよりはるかに高く、990 mm（39インチ）です。[1] ケッペンの気候区分などの気候区分システムでは、平均年間降雨量を使用して、異なる気候レジームを区別しています。降雨量は雨量計を使用して測定されます。降雨量は気象レーダーによって推定できます。

形成

水飽和空気

空気は水蒸気を含んでおり、与えられた乾燥空気の質量に含まれる水の量は混合比として知られ、乾燥空気1キログラムあたりの水のグラム数（g/kg）で測定されます。[2] [3]空気中の水分量は一般的に相対湿度としても報告されます。これは、特定の気温で空気が含むことができる総水蒸気量の割合です。[4]空気塊が飽和状態（相対湿度100%）になって雲（地表より上に浮遊する目に見える小さな水または氷の粒子の集まり） [5]を形成するまでに含めることができる水蒸気の量は、空気の温度に依存します。暖かい空気は冷たい空気よりも飽和するまでに多くの水蒸気を含むことができます。したがって、空気塊を飽和させる1つの方法は、それを冷却することです。露点とは、空気塊が飽和するために冷却されなければならない温度です。[6]

空気を露点まで冷却する主なメカニズムは、断熱冷却、伝導冷却、放射冷却、蒸発冷却の 4 つがあります。断熱冷却は、空気が上昇して膨張するときに発生します。[7]空気は、対流、大規模な大気の動き、または山などの物理的な障壁 (地形による上昇) によって上昇することがあります。伝導冷却は、空気がより冷たい表面に接触したときに発生します。[8]通常、たとえば液体の水面からより冷たい陸地へ吹き飛ばされることによって発生します。放射冷却は、空気またはその下の地表からの赤外線放射によって発生します。 [9]蒸発冷却は、蒸発によって空気に水分が追加されたときに発生し、空気の温度が湿球温度まで、または飽和に達するまで冷却されます。[10]

水蒸気が空気中に加えられる主な方法は、上昇気流の領域への風の収束、[11]上から降り注ぐ降水または virga、[12]海、水域または湿地の表面からの日中の加熱による水分の蒸発、[13]植物からの蒸散、[14]暖かい水面上を移動する冷たいまたは乾燥した空気、[15]山の上の上昇気流[16]です。通常、水蒸気は雲を形成するために、塵、氷、塩などの凝結核上で凝結し始めます。気象前線（本質的には3次元）の上昇した部分[17]は、地球の大気圏内に広い上昇気流を強制し、高層雲や巻層雲などの雲層を形成します。[18] 層雲は安定した雲層で、冷たく安定した気団が暖かい気団の下に閉じ込められた場合に形成される傾向があります。また、風の強い状況で移流霧が上昇することによっても形成されることがあります。 [19]

融合と分裂

非常に小さな雨滴はほぼ球形であることを示す図。雨滴が大きくなるにつれて、ハンバーガーのバンズのように底が平らになります。非常に大きな雨滴は空気抵抗によって小さな粒に分割され、ますます不安定になります。
雨滴の大きさによって形が変わります。
  1. 一般に信じられていることとは反対に、雨滴は決して涙の形にはなりません。
  2. 非常に小さな雨滴はほぼ球形です。
  3. 大きな雨滴は空気抵抗により底で平らになります。
  4. 大きな雨粒は空気抵抗が大きく、不安定になり始めます。
  5. 非常に大きな雨滴は空気抵抗により小さな雨滴に分裂します。

合体とは、水滴が融合してより大きな水滴を形成することです。[20]雲の中の水滴は通常、空気抵抗によって静止したままになります。乱気流が発生すると、水滴は衝突してより大きな水滴を形成します。[21] [22]

これらの大きな水滴が下降するにつれて、合体が進み、水滴は空気抵抗を克服できるほど重くなり、雨となって降り注ぎます。合体は一般的に氷点より上の雲（雲頂）で最も頻繁に起こり、温雨現象としても知られています。[23]氷点下の雲では、氷晶が十分な質量を得ると降下し始めます。これは通常、氷晶と隣接する水滴の間で合体が起こる場合よりも多くの質量を必要とします。この過程は温度に依存し、過冷却水滴は氷点下の雲にのみ存在します。さらに、雲と地表との間の温度差が大きいため、これらの氷晶は降下する際に溶けて雨となる可能性があります。[24]

雨滴の平均直径は0.1～9mm（0.0039～0.3543インチ）だが、大きくなると分裂する傾向がある。より小さな水滴は雲滴と呼ばれ、球形である。雨滴が大きくなるにつれ、その形状は扁平化し、その最大断面が接近する気流に面する。大きな雨滴はハンバーガーのバンズのように底が次第に平らになり、非常に大きなものはパラシュートのような形になる。[25] [26]一般に考えられているのとは異なり、その形状は涙滴には似ていない。[27]地球上で最大の雨滴は2004年にブラジルとマーシャル諸島で記録され、そのうちのいくつかは10mm（0.39インチ）の大きさだった。サイズが大きい理由は、大きな煙の粒子の凝結、または特に液体の水の含有量が多い狭い領域での雨滴間の衝突によるものと説明される。 [28]

雹が溶けると雨滴は他の雨滴よりも大きくなる傾向がある。[29]

降雨の強さと継続時間は通常は反比例関係にあり、すなわち、高強度の嵐は継続時間が短く、低強度の嵐は継続時間が長くなる傾向がある。[30] [31]

液滴サイズ分布

最終的な液滴サイズ分布は指数分布となる。単位体積あたり、直径が から の間である液滴の数はである。これは、この法則を最初に特徴づけた研究者にちなんで、マーシャル・パーマーの法則と呼ばれることが多い。[26] [32]パラメータは温度に多少依存し、[33]傾きは降雨量（dはセンチメートル、Rはミリメートル/時）にも比例する。[26]

小さな液滴の場合や降雨条件が異なる場合、偏差が​​生じる可能性があります。分布は平均降雨量に一致する傾向がありますが、瞬間的な粒径スペクトルはしばしば偏差を示し、ガンマ分布としてモデル化されています。[34]分布には、液滴の断片化により上限があります。[26]

雨滴の衝撃

雨
典型的な雨の音
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雨滴は終端速度で衝突しますが、大きな雨滴は質量抗力比が大きいため、終端速度は大きくなります。海面かつ無風状態では、0.5 mm（0.020インチ）の霧雨は2 m/s（6.6 ft/s）または7.2 km/h（4.5 mph）で衝突しますが、5 mm（0.20インチ）の大きな雨滴は約9 m/s（30 ft/s）または32 km/h（20 mph）で衝突します。[35]

新しく降った灰のような緩く詰まった物質に雨が降ると、雨滴痕と呼ばれる化石化できる窪みができる。[36]最大雨滴直径の空気密度依存性と化石雨滴痕は、27億年前の空気の密度を制限するために使われてきた。[37]雨滴が水に当たる音は、水中で振動する空気の泡によって発生する。[38] [39]

雨のMETARコードはRA、にわか雨のMETARコードはSHRAです。[40]

ヴィルガ

特定の条件下では、降水は雲から降り注ぎ、地表に到達する前に蒸発または昇華することがあります。これは「ヴィルガ」と呼ばれ、「フォールストリーク」または「降水トレイル」とも呼ばれます[41]。また、雲の下で降水の明るさが急激に変化するように見える光学現象も指します[42] 。ヴィルガは高温乾燥気候でよく見られますが[43] 、北極[44]や南極[45]でも記録されており、火星[46]や金星[ 47]など、地球以外の惑星でも発生することが知られています。

原因

前頭活動

層状降水（比較的強度が同程度で、広い範囲に及ぶ降水域）と動的降水（短距離で強度が大きく変化する、にわか雨のような性質の対流性降水）は、寒冷前線付近や地表温暖前線付近および極側など、総観システムにおける空気の緩やかな上昇（cm/sオーダー）の結果として発生する。同様の上昇は、熱帯低気圧の眼壁の外側や、中緯度低気圧周辺のコンマヘッド型降水パターンにも見られる。[48]

閉塞前線沿いでは多様な天候が見られ、雷雨が発生する可能性もあるが、通常、閉塞前線は気団の乾燥を伴って通過する。閉塞前線は通常、成熟した低気圧の周囲に形成される。[49]雨を氷粒や雪などの他の降水と区別する特徴は、上空に水の融点を超える厚い空気層が存在することであり、この層によって凍った降水は地表に到達するずっと前に融解する。地表付近の浅い層が氷点下であれば、氷結雨（氷点下の環境で地表と接触すると凍結する雨）が発生する。[50]大気中の氷点が地表から3,400メートル（11,000フィート）を超えると、 雹はますます稀にしか発生しなくなる。[51]

対流

湿った空気が周囲よりも熱せられて上昇し、短時間の雨をもたらす様子を示す図。
対流性降水
海上の湿った空気が上昇して陸地を流れ、山の尾根にぶつかると冷却されて雨が降る様子を示す図。
地形性降水

対流性雨、またはにわか雨は、対流雲（積乱雲や鬱積雲など）から発生します。にわか雨のように降り、その強さは急速に変化します。対流性降水は、対流雲の水平方向の広がりが限られているため、比較的短時間に特定の領域に降ります。熱帯地方の降水のほとんどは対流性降水ですが、層状降水も発生する可能性が示唆されています。[ 48] [52] あられや雹は​​対流を示しています。[53]中緯度では、対流性降水は断続的で、寒冷前線、スコールライン、温暖前線などの傾圧境界と関連することがよくあります。 [54]

地形の影響

地形性降水は、山脈の風上側で発生し、大規模な湿潤空気の流れによる上昇気流によって山脈の尾根を横切ることで断熱冷却と凝結を引き起こします。世界の山岳地帯では、比較的安定した風（例えば貿易風）が吹いているため、風下側よりも風上側の方が湿潤な気候となる傾向があります。地形性揚水によって水分が除去され、雨陰が見られる下降気流で一般的に温暖な風下側には乾燥した空気（カタバティック風参照）が残ります。 [16]

ハワイでは、カウアイ島のワイアレアレ山がその極端な降雨量で知られ、世界でも有​​数の降雨量を誇る。その降雨量は9,500 mm（373インチ）に達する。[55]コナ・ストームと呼ばれる嵐は、10月から4月にかけて大雨をもたらし、ハワイ州を襲う。[56]各島の気候は地形により大きく異なり、高山からの相対的な位置によって風上（コオラウ）と風下（コナ）に分けられる。風上側は東から北東の貿易風に面し、降雨量が非常に多い。一方、風下側は乾燥していて日当たりが良く、雨量も雲量も少ない。[57]

南アメリカでは、アンデス山脈が太平洋からの湿気を遮り、アルゼンチン西部の風下で砂漠のような気候を作り出しています。[58]シエラネバダ山脈は北アメリカでも同様の効果を生み出し、グレートベースン砂漠とモハーベ砂漠を形成しています。[ 59 ] [ 60 ]

熱帯地方

冬季には降雨量が 450 mm に達し、夏季には降雨量が 50 mm 未満となるオーストラリアの都市を示すグラフ。
オーストラリアのケアンズにおける月ごとの降水量分布。その場所の雨季の範囲を示しています。

雨季は、1年のうち1か月以上にわたり、ある地域の年間平均降水量のほとんどが降る時期である。[61]グリーンシーズンという用語は、観光当局によって婉曲表現として使用されることもある。 [62]雨季のある地域は、熱帯および亜熱帯の一部に散在している。[63] サバンナ気候およびモンスーン気候の地域では、夏は雨が多く、冬は乾燥している。熱帯雨林には、降水量が年間を通じて均等に分布しているため、厳密には乾季も雨季もない。[64]雨季が顕著な一部の地域では、温暖な季節の中頃に熱帯収束帯またはモンスーンの谷がその場所の極方向へ移動するため、季節の半ばに降雨量が途絶える。 [30]雨季が温暖な季節、つまり夏に起こる場合、雨は主に午後遅くから夕方の早い時間帯に降る。雨季は空気の質[65]と淡水の質の両方が改善される時期です。[66] [67]

熱帯低気圧は、数百マイルにわたる巨大な気団で構成され、中心には低気圧があり、風は中心に向かって時計回り（南半球）または反時計回り（北半球）に吹きます。[68]サイクロンは人命や財産に多大な被害をもたらす可能性がありますが、乾燥した地域に必要な降水量をもたらす可能性があるため、影響を受ける地域の降水パターンに重要な要因となる可能性があります。[69]熱帯低気圧の進路上にある地域では、1年分の降雨量が発生する可能性があります。[70]

人間の影響

気温分布の世界地図を見ると、比較対象期間中、北半球は南半球よりも暖かかったことがわかります。
過去50年間の地表気温の変化[71]

車の排気ガスやその他の人為的な汚染源によって生成される微粒子物質は、雲凝結核を形成して雲の生成を促し、雨が降る可能性を高めます。通勤者や商業交通が1週間にわたって汚染を蓄積させるので、雨が降る可能性が高まり、平日5日間の汚染が蓄積された土曜日にピークを迎えます。米国東海岸などの海岸近くの人口密集地域では、その影響は劇的です。土曜日は月曜日よりも雨が降る可能性が22％高くなります。[72]都市ヒートアイランド現象により、都市部は周辺の郊外や田園地帯よりも0.6～5.6°C（33.1～42.1°F）温まります。この余分な熱によって上昇気流が大きくなり、にわか雨や雷雨の活動が活発になります。都市の風下では降雨量が48％～116％増加します。この温暖化の影響もあって、都市の風下32～64km（20～40マイル）では風上と比較して月間降水量が約28％増加しています。[73]一部の都市では総降水量が51％増加しています。[74]

気温の上昇は蒸発量の増加につながる傾向があり、降水量の増加につながる可能性があります。1900年から2005年にかけて、北緯30度以北の陸地では降水量が概ね増加しましたが、1970年代以降、熱帯地方では減少しています。世界全体では、過去1世紀にわたる降水量に統計的に有意な全体的な傾向は見られませんが、地域や時期によって傾向は大きく異なります。北米、南米の東部、北ヨーロッパ、北アジアおよび中央アジアでは雨量が増加しています。サヘル、地中海、南アフリカ、南アジアの一部では乾燥化が進んでいます。過去1世紀の間に多くの地域で豪雨の発生件数が増加しており、1970年代以降は特に熱帯地方と亜熱帯地方で干ばつの発生頻度が増加しています。海洋における降水量と蒸発量の変化は、中緯度および高緯度の海水の塩分濃度の低下（降水量の増加を示唆）と、低緯度における塩分濃度の上昇（降水量の減少および／または蒸発量の増加を示唆）によって示唆されている。アメリカ合衆国本土全体では、1900年以降、年間降水量は平均6.1%増加しており、増加率が最も高かったのは東北地方（1世紀あたり11.6%）と南部（11.1%）であった。減少が見られた地域はハワイのみ（-9.25%）であった。[75]

アメリカ合衆国の65年間の降雨記録を分析したところ、1950年以降、アメリカ本土48州で豪雨が増加していることが分かりました。最も増加が著しいのは北東部と中西部で、過去10年間で1950年代と比較して豪雨がそれぞれ31%と16%増加しています。ロードアイランド州は104%の増加と最も大きく、テキサス州マッカレンは700%の増加と最も大きくなっています。この分析における豪雨とは、1950年から2014年までの降雨日と降雪日の総降水量のうち上位1%を超えた日を指します。[76] [77]

気象に影響を与える最も成功した試みは雲の種まきで、これは山岳地帯の冬季降水量を増やし、雹を抑制するために使用される技術を含む。[78]

特徴

パターン

気象レーダーに映った雷雨帯

レインバンドとは、雲と降水が著しく伸長した領域です。レインバンドは層状性または対流性であり[79]、気温差によって発生します。気象レーダー画像で確認された場合、この降水伸長は帯状構造と呼ばれます[80] 。温暖閉塞前線や温暖前線に先行するレインバンドは弱い上昇気流と関連しており[81]、幅が広く層状になる傾向があります[82] 。

寒冷前線の近くやその前方に発生する雨帯は、竜巻を発生させる可能性のあるスコールラインとなることがある。[83]寒冷前線に伴う雨帯は、低層バリアジェットの形成により、前線と垂直な山岳障壁によって歪められることがある。[84]十分な水分が存在する場合、海風と陸風の境界で雷雨帯が形成されることがある。海風雨帯が寒冷前線の直前で十分に活発になると、寒冷前線自体の位置が隠されることがある。[85]

サイクロンが閉塞すると、東側の縁で強い南風が北東、最終的には北西の縁（暖気のコンベアベルトとも呼ばれる）の周りを回転することで閉塞前線（上空の暖かい空気の谷）が発生し、地表の谷が閉塞前線と同様の曲線を描いて寒冷部まで続く。前線は閉塞サイクロンの一部を形成し、この部分はコンマヘッドと呼ばれる。これは、この特徴に伴う中層対流圏の雲がコンマのような形をしているからである。また、前線沿いの大気が対流できるほど不安定であれば、局地的に激しい降水の中心となることもあり、雷雨が発生することもある。[86]温帯低気圧のコンマヘッドの降水パターンが帯状に形成されると、多量の雨が降ることがある。[87]秋から冬にかけて、温帯低気圧の背後には、五大湖などの比較的暖かい水域の風下に降水帯が形成されることがあります。島の風下では、島の端の風下で低層の風向収束により、帯状のにわか雨や雷雨が発生することがあります。カリフォルニア沖では、寒冷前線の後にこの現象が観測されています。[88]

熱帯低気圧内のレインバンドは、その方向が湾曲しています。熱帯低気圧のレインバンドには、にわか雨や雷雨が含まれており、これらが眼壁と眼と相まってハリケーンまたは熱帯低気圧を形成します。熱帯低気圧の周囲のレインバンドの範囲は、サイクロンの強度を決定するのに役立ちます。[89]

酸度

酸性雨の発生源

酸性雨という言葉は、1852年にスコットランドの化学者ロバート・オーガス・スミスによって初めて使用されました。[90]雨のpHは、特にその発生源によって変化します。アメリカ東海岸では、大西洋由来の雨は通常pH 5.0〜5.6です。西から大陸を渡って来る雨はpH 3.8〜4.8です。また、局地的な雷雨ではpHが2.0まで下がることもあります。[91]雨が酸性になるのは、主に硫酸（H 2 SO 4）と硝酸（HNO 3 ）という2つの強酸の存在によるものです。硫酸は、火山や湿地（硫酸塩還元細菌）などの自然発生源と、化石燃料の燃焼やH 2 Sが存在する鉱山などの人為的発生源に由来します。硝酸は、雷、土壌細菌、自然火災などの自然発生源によって生成されます。一方、化石燃料の燃焼や発電所からの人為的な発生も見られます。過去20年間、雨水中の硝酸と硫酸の濃度は低下していますが、これは酸性雨の緩衝剤として働き、 pHを上昇させるアンモニウム（おそらく畜産由来のアンモニア）の大幅な増加によるものと考えられます。[92]

ケッペンの気候分類

ケッペン～ガイガーの気候地図を更新[93]

ケッペンの気候区分は、月平均気温と降水量に基づいている。最も一般的に用いられるケッペンの気候区分は、AからEまでの5つの主要な気候区分に分類される。具体的には、Aは熱帯性気候、Bは乾燥気候、Cは中緯度温暖気候、Dは中緯度寒冷気候、Eは極性気候である。この5つの主要な気候区分は、さらに熱帯雨林気候、モンスーン気候、熱帯サバンナ気候、湿潤亜熱帯気候、湿潤大陸性気候、海洋性気候、地中海性気候、ステップ気候、亜寒帯気候、ツンドラ気候、極地氷床気候、砂漠気候といった二次的な気候区分に分類される。[94]

熱帯雨林は降雨量が多いことが特徴で、定義では年間降雨量の最小値が 1,750 〜 2,000 mm (69 〜 79 インチ) とされています。[95]熱帯サバンナは、亜熱帯および熱帯の緯度の半乾燥から半湿潤気候地域に位置する草原 バイオームで、年間降雨量は 750 〜 1,270 mm (30 〜 50 インチ) です。アフリカに広く分布しており、インド、南アメリカ北部、マレーシア、オーストラリアにも見られます。[96]湿潤亜熱帯気候帯では、冬の降雨は偏西風が西から東に吹き付ける大規模な嵐を伴います。夏の降雨のほとんどは雷雨や時折発生する熱帯低気圧によって発生します。[97]湿潤亜熱帯気候は大陸の東側、赤道からおおよそ緯度20 度から 40 度の間にあります。[98]

海洋性気候は、世界の大陸の中緯度、冷たい海に接する西海岸沿い、およびオーストラリア南東部に典型的に見られ、年間を通じて降水量が多い。[99]地中海性気候は、地中海盆地、北アメリカ西部の一部、オーストラリア西部と南の一部、南アフリカ南西部、チリ中央部の一部の地域の気候に似ている。この気候は、暑く乾燥した夏と涼しく湿った冬が特徴です。[100]ステップは乾燥した草原です。[101]亜北極気候は寒く、永久凍土が続き、降水量が少ない。[102]

汚染と構成

酸性雨の原因となる硫酸や一酸化窒素 による雨水汚染に加え、産業廃棄物や家庭廃棄物由来の様々な汚染物質が雨水に混入し、水生生物や人間の生活に有害な影響を及ぼす可能性があります。固形廃棄物、漏水した車両や機械、肥料、その他の潜在的に有害な物質からの汚染物質は、投棄物や大雨後の地表流出によって直接水源に流入します。 [103]特に注目すべき汚染物質の分類の一つに、様々な消費財に使用されている合成化合物であるパー​​フルオロアルキル化合物があります。 [104]雨は、前述の有毒物質を含む様々な化合物を溶解・輸送する可能性があり、カルシウムや重炭酸イオンなどの特定のイオンは、酸性度の高い雨水によく見られます。[105]しかし、雨水の組成は、製造、農業、廃棄物処理などの活動状況によって、特定の時間と場所において大きく変化します。[106]

2022年、世界中の雨水中の少なくとも4種類のパーフルオロアルキル酸（PFAA）の濃度は、EPA（環境保護庁）の生涯飲料水健康勧告、ならびにデンマーク、オランダ、欧州連合（EU）の同等の安全基準を大幅に上回り、「これら4種類のPFAAが大気中に世界的に拡散したことにより、化学汚染の地球限界を超えた」という結論に至りました。 [107]環境中で最も一般的に見られるPFASはトリフルオロ酢酸（TFA）です。[108] TFAは環境中に遍在しており、特に水生生態系において濃度が世界的に増加しています。[109]

PFAAは最終的に海に流れ込み、数十年かけて希釈されると考えられてきたが、2021年にストックホルム大学の研究者らが発表した現地調査によると、PFAAは波が陸地に到達した際に水から空気中へ移行し、大気汚染の大きな原因となり、最終的には雨に混入することが明らかになった。研究者らは、汚染が広範囲に影響を及ぼす可能性があると結論付けた。[110] [111] [112]土壌も汚染されており、南極などの遠隔地でもPFASが見つかっている。[113] 土壌汚染は、白米、コーヒーなどの食品や、汚染された土壌で飼育された動物に含まれるPFAS濃度の上昇につながる可能性がある。[114] [115] [116] 2024年には、世界規模で行われた45,000の地下水サンプルの調査で、サンプルの31%に人体健康に有害なレベルのPFASが含まれていることが判明した。これらのサンプルは、明らかな汚染源の近くではない地域から採取されたものである。[117]

測定

ゲージ

標準雨量計

降雨量は単位時間あたりの長さで測定され、通常はミリメートル/時[118] 、またはヤードポンド法がより一般的な国ではインチ/時[119]で表されます。ここで測定される「長さ」、より正確には「深さ」とは、平坦で水平な不浸透性の表面に、一定時間（通常は1時間）に溜まる雨水の深さです。[120]これは単位面積あたりの水の量と寸法的に等しく、1ミリメートルの降雨量は1平方メートルあたり1リットルの水に相当します。[121]この測定はゲージを用いて行われます。直線の側面を持つ円筒形の缶は、最も安価で簡単に作ることができ、屋外に置いておくことができますが、その精度は雨量を測定するのに使用する定規によって異なります。[122]気象学者は、降雨量と降雪量の両方について、内筒と外筒からなる標準的なゲージを使用しています。外筒は内筒の容積を増加させます。[123] その他のタイプの雨量計としては、一般的なウェッジ雨量計（最も安価で壊れやすい）、転倒ます雨量計、重量雨量計などがあります。[124]

降水量測定が行われると、 CoCoRAHSやGLOBEなど、インターネットを通じて降水量測定結果を送信できるネットワークが米国内外に数多く存在する。 [125] [126]居住地域でネットワークが利用できない場合は、最寄りの地方気象台や気象庁が測定結果に関心を示す可能性が高い。[127]

リモートセンシング

カナダ東部のヴァル・ディレーヌレーダーにおける24時間降水量累積データ。東部と南西部でデータが記録されていない地域は、山岳地帯によるレーダービームの遮蔽によるものです（出典：カナダ環境省）。

気象レーダーの主な用途の 1 つは、水文学的な目的で大規模な流域に降った降水量を評価できるようにすることです。[128]たとえば、河川の洪水制御、下水道管理、ダム建設はすべて、計画者が降雨量累積データを使用する分野です。レーダーから得られる降雨量推定値は、較正に使用できる地上観測所のデータを補完します。レーダー累積値を生成するために、ある地点の降雨量は、個々のグリッド ポイントでの反射率データの値を使用して推定されます。次に、レーダー方程式が使用されます。ここで、 Z はレーダー反射率、R は降雨量、A および b は定数です。[129] 衛星から得られる降雨量推定値は、極軌道気象衛星と静止気象衛星に搭載された受動マイクロ波機器を使用して、降雨量を間接的に測定します。[130]ある期間の累積降雨量が必要な場合は、その期間の画像内にある各グリッド ボックスのすべての累積降雨量を合計する必要があります。

強度

サポパンで大雨
ペンシルベニア州グレンショーで大雨
郊外の住宅街で聞こえる激しい雨の音
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降雨強度は降水量に応じて分類され、降雨量は考慮される時間に依存する。[131]降雨強度の分類には以下のカテゴリーが用いられる。

  • 小雨 – 降水量が1時間あたり2.5 mm（0.098インチ）未満のとき
  • 中程度の雨 – 降水量が2.5～7.6 mm（0.098～0.299インチ）または1時間あたり10 mm（0.39インチ）の場合[132] [133]
  • 大雨 – 降水量が1時間あたり7.6mm（0.30インチ）を超える場合[132]、または1時間あたり10～50mm（0.39～1.97インチ）の場合[133]
  • 激しい雨 – 降水量が1時間あたり50mm（2.0インチ）を超える場合[133]

強度は降雨侵食R係数[134]や降雨時間構造n指数[131]でも表すことができます。

返品期間

特定の強度と継続時間を持つイベントの発生間隔の平均は、再現期間と呼ばれます。[135]嵐の強度は、その場所の履歴データに基づくチャートから、任意の再現期間と嵐の継続時間に対して予測できます。[136]再現期間は、多くの場合、n年のイベントとして表現されます。たとえば、10 年に 1 度の嵐は、平均して 10 年に 1 度の頻度で発生するまれな降雨イベントです。降雨量は、どの年でも予想される最悪の嵐よりも多く、洪水は深刻になります。100 年に 1 度の嵐は、平均して 1 世紀に 1 度の頻度で発生する極めてまれな降雨イベントです。降雨量は極端で、洪水は 10 年に 1 度のイベントよりも深刻です。どの年でもイベントが発生する確率は、再現期間の逆数です (確率が毎年同じであると仮定)。[135]例えば、10年に一度発生する嵐は、どの年にも10%の確率で発生しますが、100年に一度発生する嵐は、1年に1%の確率で発生します。あらゆる確率事象と同様に、100年に一度発生する嵐が、1年に複数回発生する可能性はありますが、低い確率です。[137]

予測

水文気象予報センターによる5日間の降雨量予報の例

定量降水量予報（QPF）とは、特定の期間に特定の地域に降る雨量の予想積算量です。[138] QPFは、QPFの有効期間中の任意の時間に、測定可能な降水量の種類が最小閾値に達すると予測された場合に指定されます。降水予報は、通常、0000、0600、1200、1800  GMTなどの概観時間によって制限されます。QPFでは、地形や詳細な観測データから得られる気候学的降水パターンに基づいて地形が考慮されます。[139] 1990年代半ばから後半にかけて、QPFは米国全土の河川への影響をシミュレートするための水文予報モデルで使用されました。[140]

予報モデルは、高度とともに減少する大気の最下層、すなわち惑星境界層内の湿度レベルに顕著な感度を示す。 [141] QPFは、定量的な予測量、あるいは定性的な予測量に基づいて生成することができる。[142]レーダー画像による予報技術は、レーダー画像から6～7時間以内の予測精度がモデル予測よりも高い。予報は、雨量計の測定値、気象レーダーの推定値、あるいはその両方を用いて検証することができる。降雨予報の価値を測定するために、様々な予測精度スコアを決定できる。[143]

インパクト

農業

2009年7月20日から27日までの南日本とその周辺地域の降水量予測

降水量、特に雨は農業に大きな影響を与えます。すべての植物は生存のために少なくともある程度の水分を必要とするため、雨（最も効果的な灌水手段）は農業にとって重要です。規則的な降雨パターンは通常、健全な植物にとって不可欠ですが、降雨量が多すぎたり少なすぎたりすると、作物に有害となり、壊滅的な被害をもたらす可能性があります。干ばつは作物を枯らし、浸食を促進する可能性があります[144] 。一方、過度の雨は有害な菌類の繁殖を引き起こす可能性があります[145]。植物は生存するためにさまざまな降雨量を必要とします[146] 。例えば、ある種のサボテンは少量の水で済みますが[147] 、米などの作物は良好な収量を得るために数千リットルの水を必要とし、通常の降雨による灌水に加えて継続的な灌漑が必要です[148] 。乾燥した気候で生育する植物は、まれにしか降雨のない条件で生育しますが、湿潤な生態系に生育する植物は、その逆、つまり頻繁に少量の降雨を好みます[149] 。

雨季と乾季のある地域では、雨季には土壌養分が減少し、浸食が増加する。 [30]動物はより雨の多い環境に適応し、生存戦略を立てている。作物がまだ成熟していないため、前回の乾季は雨季にかけて食糧不足につながる。[150]発展途上国では、雨季の終わりに最初の収穫期を迎える前に食糧不足が見られるため、人口の体重が季節的に変動していることが指摘されている。[151]雨水は雨水タンクを利用して貯めることができ、飲料水として利用したり、屋内や灌漑用に非飲料水として利用したりすることができる。[152]短時間に過度の雨が降ると、鉄砲水を引き起こす可能性がある。 [ 153]

文化と宗教

写真
エチオピアのハラルで行われているレインダンス

雨に対する文化的態度は世界中で異なります。温帯気候の地域では、天候が不安定または曇りのときに人々はよりストレスを感じる傾向があり、その影響は女性よりも男性により大きくなります。[154]雨はまた、心を落ち着かせたり、美的魅力を楽しんだりする人もいるため、喜びをもたらします。インドなどの乾燥した地域、[155]または干ばつの期間[156]には、雨は人々の気分を高めます。ボツワナでは、砂漠気候である同国における雨の経済的重要性を認識し、セツワナ語で雨を意味するpulaが国の通貨の名前に使用されています。 [157]いくつかの文化では、雨に対処する方法が発達しており、傘やレインコートなどの多くの保護装置、雨水を下水に導く側溝や雨水溝などの転流装置が開発されています。[158]多くの人々は、雨が降っている間や雨が降った直後の匂いを心地よい、または独特だと感じています。この香りの源はペトリコールという植物が生成した油で、岩や土壌に吸収され、雨が降ると空気中に放出されます。[159]

1493年のニュルンベルク年代記に描かれた雨

雨は多くの文化において重要な宗教的意味を持っている。[160]古代シュメール人は、雨は天空の神アンの精液であり、[161]天から落ちてアヌの配偶者である大地の女神キに受精させ、[161]大地のあらゆる植物を産ませると信じていた。[161]アッカド人は、雲はアヌの配偶者アントゥの乳房であり、 [161]雨は彼女の乳房から出る乳であると信じていた。[161]ユダヤの伝承によると、紀元前1世紀、ユダヤの奇跡を行う者ホニ・ハ・マゲルは砂に円を描いて雨乞いをし、祈りが叶うまでその場を離れることを拒否することで、ユダヤにおける3年間の干ばつを終わらせた。 [162]ローマ皇帝マルクス・アウレリウスは、著書『瞑想録』の中で、アテネ人がギリシャの天空の神ゼウスに捧げた雨乞いの祈りを保存している。[160]歴史的に、様々なネイティブアメリカンの部族が雨乞いのために雨乞いの踊りを行っていたことが知られています。 [160]雨乞いの儀式は多くのアフリカ文化でも重要です。[163]現在のアメリカ合衆国では、様々な州知事が雨乞いの祈りの日を開催しており、2011年にはテキサス州で雨乞いの祈りの日が開催されました。[160]

地球気候学

地球全体では毎年約505,000 km 3 (121,000 cu mi) の水が降水として降り注ぎ、そのうち398,000 km 3 (95,000 cu mi) が海上に流れ出ています。[164]地球の表面積を考慮すると、地球全体の平均年間降水量は990 mm (39 in) となります。砂漠とは、年間平均降水量が250 mm (10 in) 未満の地域、[165] [166] 、または蒸発散による損失が降水量を上回る地域と定義されます。[167]

砂漠

最大の砂漠
孤立してそびえ立つ垂直の砂漠のシャワー

アフリカの北半分は、世界で最も広大な暑く乾燥した地域であるサハラ砂漠で占められています。ナミブ砂漠やカラハリ砂漠など、南アフリカの大半も砂漠が広がっています。アジア全域では、主に砂漠からなる年間降水量最小値が、モンゴルのゴビ砂漠から西南西パキスタン（バロチスタン）およびイランを経てサウジアラビアのアラビア砂漠まで広がっています。オーストラリアの大部分は半乾燥地帯または砂漠で、[168]世界で最も乾燥した居住大陸となっています。南アメリカでは、アンデス山脈が太平洋からの湿気を遮り、アルゼンチン西部の風下で砂漠のような気候になっています。[58]米国のより乾燥した地域は、ソノラ砂漠が砂漠南西部、グレートベースン、ワイオミング州中央部に広がっている地域です。[169]

極地の砂漠

雨は液体としてしか降らないため、上空に暖かい空気の層がある場合を除いて、地表温度が氷点下のときにはめったに降らない。暖かい空気の層がある場合は、凍雨となる。大気全体が氷点下であるため、寒冷気候では通常、降雨量が非常に少なく、極地砂漠と呼ばれることが多い。この地域によく見られるバイオームはツンドラで、夏の雪解けは短く、冬は長く凍りつく。これらの極地砂漠の降雨量や降水量は通常非常に少ないが、短い生育期には土壌が予想通りに湿っており、空気湿度は比較的高く、蒸発率は非常に低いため、乾燥しているとは言えない。[170]その位置により、南極大陸は世界で最も乾燥した地域がある。[171]

熱帯雨林

熱帯雨林は、主に湿度の高い地域として特徴付けられます。熱帯雨林と温帯雨林が存在し、それほど一般的ではありませんが乾燥雨林も存在します。[172]熱帯雨林は地球上の広い範囲、主に赤道沿いに広がっており、熱帯雨林に関連する気候は赤道から緯度10度以内で最も多く見られます。他の多くの地域とは異なり、熱帯雨林には自然の季節がなく、平均日照時間と気温は年間を通じてほぼ一定です。[173]温帯雨林は赤道からはるかに離れた場所に位置することがよくありますが、それでも降雨量が多く、多くの場合、樹冠が閉じています。 [ 174]乾燥雨林は密な樹冠を維持していますが、干ばつの時期に直面することもあります。[175] [172]

モンスーン

赤道付近の熱帯収束帯（ITCZ）またはモンスーントラフは、世界の大陸で最も雨量の多い部分です。毎年、熱帯内の降水帯は8月までに北上し、2月から3月までに南下して南半球に戻ります。[176]アジア内では、モンスーンが主にインド洋から水分をこの地域に移送するため、インド東部および北東部からフィリピン、中国南部、日本にかけて、その南部で降雨量に恵まれています。[177]モンスーントラフは、8月には東アジアで北緯40度線まで北上することがあり、その後南下します。その極方向への移動は、夏のモンスーンの開始によって加速され、アジアの最も暖かい地域で低気圧（熱的低気圧）が発達するのが特徴です。[178] [179]北米とオーストラリアにも、同様だが弱いモンスーン循環が存在します。[180] [181]

夏の間、南西モンスーンが大西洋の亜熱帯高気圧の周りを移動するカリフォルニア湾とメキシコ湾の湿気と組み合わさり、午後と夕方にアメリカ南部やグレートプレーンズに雷雨をもたらす。[182] 98度子午線の東にあるアメリカ合衆国本土の東半分、太平洋岸北西部の山岳地帯、およびシエラネバダ山脈は、アメリカで最も雨の多い地域で、年間平均降水量は760 mm (30 インチ) を超える。[183]​​ 熱帯低気圧は、アメリカ南部の降水量を増加させる。[184]また、プエルトリコ、アメリカ領バージン諸島、[185]北マリアナ諸島、[186]グアム、[187]アメリカ領サモアでも降水量を増加させる。[188]

偏西風の影響

月別の長期平均降水量

穏やかな北大西洋からの偏西風は、西ヨーロッパ、特にアイルランドとイギリスに湿気をもたらし、西海岸では年間海面降水量1,000 mm、山岳地帯では2,500 mmの雨が降る。ノルウェーのベルゲンは、年間平均降水量が2,250 mmで、ヨーロッパで最も雨の多い都市の1つである。秋、冬、春には、太平洋の嵐がハワイの大半と米国西部に降水量の大部分をもたらす。[182]海嶺の頂上では、ジェット気流が五大湖に夏の降水量最大をもたらす。メソスケール対流複合体として知られる大規模な雷雨域は、温暖な季節に平原、中西部、五大湖を通過し、この地域の年間降水量の最大10％を占める。[189]

エルニーニョ・南方振動は、米国西部[190] 、中西部[191]、[ 192] 、南東部[193]、そして熱帯地方全域の降水パターンを変化させ、降水分布に影響を与えます。また、地球温暖化により北米東部では降水量が増加し、極端な降水現象の頻度が上昇する一方で、熱帯地方、亜熱帯地方、そして米国西部では降水頻度と降水量が減少するという証拠もあります。[194]

最も雨の多い場所

インド、シロンの東ヒマラヤ南斜面に位置するチェラプンジは、年間平均降水量が11,430 mm（450インチ）と、地球上で最も雨の多い場所として知られています。年間降水量としては、1861年の22,987 mm（905.0インチ）が最高記録です。近隣のインド、メガーラヤ州マウシンラムにおける38年間の平均降水量は11,873 mm（467.4インチ）です。[195]オーストラリアで最も雨の多い場所は、北東部のベレンデン・カー山で、年間平均8,000mm（310インチ）の降雨量を記録し、2000年には12,200mm（480.3インチ）を超える雨が記録されました。[196]マウイ島のビッグボグは、ハワイ諸島で最も高い年間平均降雨量を記録し、10,300mm（404インチ）に達します。 [197]カウアイ島のワイアレアレ山は、ハワイ諸島で同様の降雨量を記録し、10,300mm（404インチ）に達します。 過去32年間の年間降雨量はビッグボグよりわずかに少ないものの、年間9,500 mm（373インチ）[198]で、1982年には17,340 mm（683インチ）という記録的な降雨量を記録しました。山頂は地球上で最も雨の多い場所の一つと考えられており、年間360日も雨が降ると報告されています。[199]

コロンビアのチョコ県にある町、ロロは、おそらく世界で最も降雨量の多い場所で、年間平均13,300 mm（523.6インチ）です。[200]チョコ県は非常に湿度が高いです。同じ県にある小さな町、トゥトゥネンダオは、地球上で最も雨が多い場所の1つと推定されており、年間平均11,394 mm（448.6インチ）です。1974年には、この町で26,303 mm（1,035.6インチ）の年間降雨量が記録され、コロンビアで最大の年間降雨量となりました。4月から9月にほとんどの降雨量があるチェラプンジとは異なり、トゥトゥネンダオでは、年間を通じてほぼ均一に雨が降ります。[201]チョコ州の州都キブドは、人口10万人以上の都市の中では世界で最も雨が多く、年間9,000mm（354インチ）の雨が降ります。[200]

参照

注記

  • a b c測定方法、手順、記録期間の変動に応じて、 ここに示された値は大陸最高値、場合によっては世界最高値となります。
  • ^ 南米における公式の年間降水量最高記録は、コロンビアのキブドの900cm（354インチ）です。キブドよりも標高の高い南東23km（14マイル）に位置するロロの平均降水量1,330cm（523.6インチ）は推定値です。
  • ^ おおよその標高。
  • ^ギネス世界記録 に「地球上で最も雨の多い場所」として認定されている。[205]
  • ^ これは記録が残っている最高の数値です。グラスリンから約500ヤード（460メートル）離れたスノードン山の山頂では、年間少なくとも200.0インチ（5,080ミリメートル）の降水量があると推定されています。

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WikiquoteにRainに関する引用があります。
ウィキメディア・コモンズには、雨に関連するメディアがあります。
  • 週末の雨の影響に関するBBCの記事
  • 雨を降らせることについてのBBCの記事
  • 雨の中で走ることの数学に関するBBCの記事
  • 雲とは何ですか？そしてなぜ雨が降るのですか？