積雲
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積雲
顕著な垂直方向の発達と明確な縁を持つ、小さな積雲。
略語銅
シンボル
属積雲（山）
種
バラエティ
  • 放射状
高度200～2,000メートル（1,000～6,600フィート）
分類ファミリーC（低レベル）
外観低高度の、綿のような外観を持つふわふわした雲の塊。
降水量珍しい雨、雪、または雪粒

積雲は、底が平らで、ふわふわした、綿毛のような、あるいは綿毛のような外観を持つ雲です。その名称は、ラテン語で「山」や「堆積物」を意味する「cumulus 」に由来しています。 [ 1 ]積雲は低層の雲で、垂直に近い「cumulus congestus 」を除き、通常高度2,000メートル（6,600フィート）未満です。積雲は単独で現れる場合もあれば、線状、あるいは群生して現れる場合もあります。

積雲は、不安定性、湿度、温度勾配などの気象要因の影響を受けると、積乱雲などの他の種類の雲の前駆現象となることがよくあります。通常、積雲はほとんど降水をもたらしませんが、降水を伴う鬱積雲または積乱雲へと成長することがあります。積雲は、周囲の温度に応じて、水蒸気、過冷却した水滴、または氷晶から形成されます。積雲には多くの異なる形態があり、一般的に入射する太陽放射を反射することで地球を冷却します。

積雲は、積乱雲を含む、自由対流性積雲という大きなカテゴリーに属します。後者の属型は、巻状雲や金床雲といった複雑な構造を持つことが多いため、積乱雲として別個に分類されることもあります。[ 2 ]また、対流が限定的な積雲には、層積雲（低層）、高積雲（中層）、巻積雲（高層）があります。[ 3 ]これらの最後の3つの属型は、層積雲として別個に分類されることもあります。[ 2 ]

形成

コンゴ川流域に積雲が形成される

積雲は、地表で温められた空気が上昇し始めると、大気対流によって形成されます。空気が上昇するにつれて、気温は（減率に従って）低下し、相対湿度（RH）が上昇します。対流が一定レベルに達すると、RHは100%に達し、「湿潤断熱」状態が始まります。この時点で、正のフィードバックが発生します。RHが100%を超えると、水蒸気が凝結し、潜熱が放出されます。これにより空気が暖められ、さらなる対流が促進されます。

この段階では、水蒸気が空気中に存在する様々な核に凝結し、積雲を形成する。これにより、積雲に特徴的な平底のふくらんだ形状が形成される。[ 4 ] [ 5 ]雲の高さ（底から頂上まで）は、大気の温度プロファイルと逆転層の存在によって決まる。[ 6 ]対流の間、周囲の空気は熱に巻き込まれ（混合され）、上昇気流の総質量が増加する。[ 7 ] 積雲の中で雨が形成される過程は、2 つの非離散的な段階を経て行われる。第 1 段階は、水滴が様々な核に凝集した後に起こる。ラングミュアは、水滴の表面張力によって水滴にかかる圧力がわずかに高くなり、蒸気圧がわずかに上昇すると記している。圧力の上昇によってそれらの水滴が蒸発し、生じた水蒸気がより大きな水滴に凝結する。蒸発する水滴は非常に小さいため、大きな水滴が20～30 マイクロメートル程度に成長すると、このプロセスはほぼ無意味になり、第二段階に移行します。[ 7 ]集積段階では、雨滴が落下し始め、他の水滴が衝突して結合し、雨滴のサイズが大きくなります。ラングミュアは、水滴の半径が一定時間内に無限に大きくなることを予測する式[注1 ]を開発しました。 [ 8 ]

説明

フランス、ブルターニュ地方の積雲の列

積雲内の液体の水の密度は、雲全体でほぼ一定ではなく、雲底からの高度に応じて変化することが判明しています。ある研究では、雲底での濃度はゼロであることが確認されました。高度が上昇するにつれて濃度は急速に増加し、雲の中央付近で最大濃度に達しました。最大濃度は、空気1キログラムあたり1.25グラムの水に達することが確認されました。高度が上昇し雲頂に達するにつれて濃度は徐々に低下し、雲頂ですぐに再びゼロになりました。[ 9 ]

積雲は、雲列と呼ばれる480キロメートル（300マイル）以上に及ぶ線状に形成されることがあります。これらの雲列は広大な面積を覆い、断続的である場合もあれば、連続している場合もあります。これらの雲列は、風のせん断によって大気の水平循環が生じ、長く管状の雲列が形成されることで形成されます。[ 10 ]一般的に、寒冷前線の後など、高気圧の発達時に形成されます。 [ 11 ]

雲が形成される高度は、雲を形成する熱気流中の水分量に依存します。湿った空気は一般的に雲底を低くします。温帯地域では、積雲の雲底は通常、地表から550メートル（1,800フィート）以下ですが、高度2,400メートル（7,900フィート）に達することもあります。乾燥地帯や山岳地帯では、雲底は6,100メートル（20,000フィート）を超えることもあります。[ 12 ]

積雲は氷晶、水滴、過冷却水滴、またはそれらの混合物から構成されます。[ 1 ]

ある研究によると、温帯地域では、研究対象の雲底は地上から 500 ～ 1,500 メートル (1,600 ～ 4,900 フィート) の高さに及んでいました。これらの雲は通常 25 °C (77 °F) 以上で、水滴の濃度は 1 立方センチメートルあたり 23 ～ 1,300 個 (1 立方インチあたり 380 ～ 21,300 個) でした。このデータは、降水のない成長中の孤立した積雲から取得されました。[ 13 ]水滴は非常に小さく、直径約 5 マイクロメートルに及びました。これより小さな水滴も存在していた可能性がありますが、測定感度が低かったため検出できませんでした。[ 14 ]最も小さな水滴は雲の下部で見つかり、大きな水滴 (約 20 ～ 30 マイクロメートル) の割合は雲の上部で劇的に増加しました。液滴サイズ分布はわずかに二峰性を示し、小液滴サイズと大液滴サイズでピークを示し、中間サイズの範囲でわずかに谷を形成した。偏りはほぼ中立であった。[ 15 ]さらに、大液滴サイズは単位体積あたりの空気中の液滴濃度にほぼ反比例する。[ 16 ]

積雲には場所によっては水滴のない「穴」があいていることがあります。これは、風によって雲が裂けて周囲の空気が巻き込まれたり、強い下降気流によって水が蒸発したりすることで発生します。[ 17 ] [ 18 ]

サブフォーム

スウェーデン上空の積雲平凡雲

積雲には、cumulus humilis、mediocris、congestus、およびfractus の4 つの異なる種があります。これらの種は、 cumulus radiatus という品種に分類され、最大 7 つの補足特徴、cumuluspileus、velum、virga、praecipitatio、arcus、pannus、およびtubaを伴う場合があります。[ 19 ] [ 20 ]

積雲（Cumulus fractus）は、外観が不規則で、晴天時には雲状雲（cumulus humilis）や大型積雲（cumulus fractus）の前駆現象として形成される。また、降水時にはパンヌス（スカッドとも呼ばれる）の補足的な形態として形成される。パンヌスには悪天候時に形成される層状積雲（stratus fractus）も含まれる。[ 21 ] [ 22 ]積雲（cumulus humilis）は、ふっくらと平らな形状をしている。積雲（cumulus mediocris）は、垂直方向に発達している点を除けば、これに似ている。積雲（cumulus congestus）はカリフラワーのような構造をしており、大気圏に高くそびえるため、「そびえ立つ積雲」とも呼ばれる。[ 23 ]変種（cumulus radiatus）は、雲列と呼ばれる放射状の帯状に形成され、4種類の積雲のいずれかを構成する。[ 24 ]

積雲の補足的特徴は、最も一般的には congestus 種で見られる。cumulus virga雲はvirga (上空で蒸発する降水) を生成する積雲であり、cumulus praecipitatio は地表に達する降水を生成する。[ 25 ]積雲パンヌスは、通常、降水時に親積雲の下に現れる細切れの雲である。積雲アークス雲には突風前線があり、[ 26 ]積雲チューバ雲には漏斗雲または竜巻がある。[ 27 ]積雲傘雲は、雲の上部に傘の形成を強いるほど急速に成長した積雲を指す。 [ 28 ]積雲ベラム雲は、成長する雲の上部に氷晶ベールがある。[ 19 ] 滝によって形成される cumulus cataractagenitus もある。[ 29 ]

予報

低積雲は通常、晴天を示します。[ 23 ]中積雲も低積雲に似ていますが、垂直方向に発達する点が異なります。そのため、低積雲は密集雲や積乱雲に成長し、大雨、雷、強風、雹、さらには竜巻を引き起こす可能性があります。[ 4 ] [ 23 ] [ 30 ]塔のように見える高積雲は、しばしば積乱雲の嵐の雲に成長します。これらの雲は降水を引き起こす可能性があります。[ 23 ]グライダーのパイロットは、積雲が上昇気流やその下の上昇気流の兆候となり、飛行機を空高く吸い上げるクラウドサックと呼ばれる現象の兆候となる可能性があるため、積雲に細心の注意を払っています。[ 31 ]

気候への影響

背景の積乱雲と比較した積雲の混雑雲

雲は反射率により地球を約12℃（22℉）冷やしますが、これは主に層積雲によるものです。しかし同時に、雲は放射された放射を反射することで地球を約7℃（13℉）温めますが、これは主に巻雲によるものです。平均すると純損失は5℃（9.0℉）になります。[ 32 ]一方、積雲は地球表面の加熱にさまざまな影響を与えます。[ 33 ]より垂直な積雲密集種と積乱雲属の雲は大気圏上空まで成長し、水分を運びます。これが巻雲の形成につながります。研究者たちは、これが正のフィードバックを生み出す可能性さえあると推測しました。つまり、上層大気の水分の増加が地球をさらに温め、結果として上層大気に水分を運ぶ積雲密集雲の数が増えることになるのです。 [ 34 ]

他のクラウドとの関係

積雲は、関連する限定対流雲である層積雲とともに、自由対流性の低層雲の一種です。これらの雲は、あらゆる緯度において、地表から高度2,000メートル（6,600フィート）まで形成されます。層雲も低層雲です。中層には高雲があり、限定対流性の層積雲である高積雲と層状雲である高層雲で構成されています。中層雲は、極地では高度2,000メートル（6,600フィート）から7,000メートル（23,000フィート）、温帯では7,000メートル（23,000フィート）、熱帯では7,600メートル（24,900フィート）まで形成されます。高層の雲である巻積雲は、限定対流性の層積雲です。この層には、巻雲と巻層雲という雲があります。高層雲は、高緯度地域では3,000～7,600メートル（9,800～24,900フィート）、温帯地域では5,000～12,000メートル（16,000～39,000フィート）、低緯度地域（熱帯地域）では6,100～18,000メートル（20,000～59,100フィート）の高度で形成されます。[ 12 ]積乱雲は、密集積雲と同様に、一面に留まらず、垂直方向に広がります。[ 35 ]

巻積雲

青い空に広がる大きな巻積雲が、左上付近で融合し始めています。
広大な巻積雲の雲域

巻積雲はまばらに形成され[ 36 ]影を落とすことはできません。通常、規則的な波模様[ 37 ]または雲の列として現れ、その間に晴れた領域があります。[ 38 ]巻積雲は、積雲や層積雲の他のメンバーと同様に、対流プロセスによって形成されます。[ 39 ]これらのパッチの顕著な成長は、高高度の不安定性を示し、悪天候の接近を知らせる場合があります。[ 40 ] [ 41 ]巻積雲の底部の氷晶は、六角形の円筒形になる傾向があります。それらは固体ではなく、代わりに端から入ってくる階段状の漏斗がある傾向があります。雲の上部に向かって、これらの結晶は一緒に凝集する傾向があります。[ 42 ]これらの雲は長くは続かず、巻雲へと変化する傾向があります。これは、水蒸気が氷晶に付着し続けると、最終的に氷晶が落下し、上昇対流が破壊されるためです。その後、雲は巻雲へと消散します。[ 43 ]巻積雲には、限定対流または層積雲状の特徴を持つ3つの属型すべてに共通する4つの種類があります。それらは、層状雲、レンズ状雲、カステラヌス雲、およびフロッカス雲です。[ 40 ]構成する過冷却水滴がすべてほぼ同じ大きさの場合、それらは虹彩色を呈します。 [ 41 ]

高積雲

高積雲

高積雲は、極地では高度2,000メートル（6,600フィート）から4,000メートル（13,000フィート）、温帯では7,000メートル（23,000フィート）、熱帯では7,600メートル（24,900フィート）の高さで形成される中層の雲です。[ 12 ]高積雲は降水を伴うこともあり、温帯では氷晶、過冷却水滴、水滴の混合物で構成されているのが一般的です。しかし、液体の水の濃度は氷晶の濃度よりもほぼ常に大幅に高く、液体の水の濃度は雲の上部で最大になり、氷は雲の下部で集中する傾向がありました。[ 44 ] [ 45 ]高積雲の基部と下層雲の氷晶は樹枝状または樹枝状結晶の集合体であることが判明しましたが、針状や板状のものはより上部に存在していました。[ 45 ]高積雲は対流によって、または温暖前線による強制的な上昇によって形成されます。[ 46 ]

層積雲

層積雲

層積雲は層積雲の一種です。積雲と同様に、低高度[ 38 ]で対流によって形成されます。しかし、積雲とは異なり、強い逆転層によって成長がほぼ完全に阻害されます。その結果、層雲のように平らになり、層状の外観になります。これらの雲は非常に一般的で、平均して地球の海洋の約23％、地球の大陸の約12％を覆っています。熱帯地域ではそれほど一般的ではなく、通常、寒冷前線の後に形成されます。さらに、層積雲は入射する太陽光を大量に反射するため、正味の冷却効果を生み出します。[ 47 ]層積雲は霧雨を生み出すことがあり、霧雨は雲を温めて乱流混合を減らすことで雲を安定させます。[ 48 ]

積乱雲

積乱雲は、発達する積雲の最終形態です。積乱雲は、積雲が強い上昇気流を発達させ、その頂部が大気圏上空へと押し上げられ、高度18,000メートル（59,000フィート）の対流圏界面に達することで形成されます。積乱雲は一般に雷雲と呼ばれ、強風、豪雨、雷、突風前線、水上竜巻、漏斗雲、竜巻などを引き起こすことがあります。また、金床雲を伴うこともよくあります。[ 23 ] [ 35 ] [ 49 ]

馬蹄形の雲

馬蹄形渦が積雲を変形させると、短命の馬蹄形雲が発生することがあります。 [ 50 ]

地球外生命体

太陽系の他のほとんどの惑星では、積雲と層積雲が発見されています。火星では、バイキング探査機が、主に極地の氷冠付近で対流によって形成される巻積雲と層積雲を検出しました。[ 51 ]ガリレオ宇宙探査機は、木星の大赤斑付近で巨大な積乱雲を検出しました。[ 52 ]積雲は土星でも検出されています。2008年、カッシーニ宇宙船は、土星の南極付近の積雲が直径4,000キロメートル（2,500マイル）を超えるサイクロンの一部であると判定しました。[ 53 ]ケック天文台は、天王星で白っぽい積雲を検出しました。[ 54 ]天王星と同様に、海王星にもメタンの積雲があります。[ 55 ]しかし、金星には積雲がないようです。 [ 56 ]

参照

注記

  1. ^式は、 は無限半径までの時間、は空気の粘度、は水滴が落下する空気の単位体積あたりに付着する水滴の割合、は雲内の水濃度（グラム/立方メートル）、 は水滴の初期半径です。t＝18ηEグラムわr0{\displaystyle t={18\eta \over Egwr_{0}}}t{\displaystyle t}η{\displaystyle \eta}E{\displaystyle E}わ{\displaystyle w}r0{\displaystyle r_{0}}

参考文献

脚注

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参考文献

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