地上の温度と上空の温度 - 気温減率

前回は日射によって暖められた空気塊が上昇するときの温度変化について学びました。今回は上昇する空気塊ではなく、周りの大気の温度が高度と共にどのように変化しているか考えてみたいと思います。

まとめ

  • 高度と共に大気温度もある割合によって下がっていく。この温度の下がり具合の割合を気温減率(または気温逓減率)とよび、対流層と呼ばれる高度11,000mまでの気温減率の平均値は約6.5℃/1000mである。(つまり高度が1000m上がるごとに温度が6.5℃下がる)
  • ただし6.5℃/1000mという値は平均値であり、常に一定ではないし高度が上がっても温度も上昇するような温度分布も存在する。(前回学んだ乾燥/湿潤断熱源率は断熱変化を現る数式に則って変化するので日によって異なることはない)
  • 実際の温度変化はラジオゾンデによって観測されていて、インターネット上から入手可能である

詳細説明

山登りをすると分かりますが、高いところに昇るほど周りの温度が下がります。軽井沢などの避暑地は高度が高いから都心より気温が低いのです。高度が変化すると気温も変わり、一般的には高度が上がると温度が下がります。この温度変化の割合を気温減率(気温逓減率)といい、国際標準大気では、海面から高度 11000m までは約6.5℃/1,000 m 、高度 11000mから 20000mまでは、気温は-56.5℃で一定としています。我々のようなサーマルなどの上昇風を用いるスカイスポーツは対流圏内の気象が重要なので、高度 11000m までは約6.5℃/1,000 mと覚えておけばよいでしょう。

ただしこの6.5℃という数字は平均値であり、実際の温度変化は日々異なります。上空に寒気がはいっていればもっと大きな割合で温度は下がるでしょうし、詳しくは後日紹介しますが、高度が上がるにつれ温度が上昇することもあります(逆転層)。

実際にどのように温度が高度変化と共に変化しているかはラジオゾンデと呼ばれる気象観測機器で測定されます。ラジオゾンデはゴム気球などにのせた気温、湿度、気圧などを測定する観測機器のことで、毎日決まった時刻に決まった地点で測定されており、日本では高層気象台として有名な館野などで測定しています。この測定結果はテレビや新聞の天気予報では取り上げられることはほとんどないですが、インターネット上に公開されており我々も入手可能です。
(なおインターネットが普及し簡単にデータが入手できるようになるまでは天気図で富士山山頂の気温と平地での気温差から大体の気温減率を簡易的に計算していました。今でも目安としては使える考え方だと思います)

なおラジオゾンデによる観測結果ですが私はマレーシアにいるので海外の観測データも乗っているこちらのページを良く使っています。日本のデータももちろんあるので使えますが、日本のデータだけを見たいなら、他にもたくさんあるとありますので気に入ったところを探してみるのもいいでしょう。
リンクをはったサイトでは入手できるのは観測値そのものなのでグラフにするには人手間かける必要がある一方、色々加工して使いやすくすることも出来るので私は気に入っていますが、エマグラムそのものが表示されるサイトもあるので手間をかけたくない人にはそのようなサイトのほうがよいと思います。

では寒気が入り込んで大気が不安定になった2015年6月23日と特に寒気が入ったわけではない7月1日を例にとって説明していきましょう。下のグラフをみてください。横軸は温度(右に行くほど温度が高い)、縦軸は高度(上に行くほど高度が高い)を示しています。
2日分の観測値に加えて、それぞれの日の地表の気温(23.4度と19.6度)を通り6.5℃/1000mの気温減率で変化する温度変化の直線も合わせて並べてみます。

気温減率2

グラフを見ると6月23日観測値の折れ線は6.5℃/1000mの直線とほぼ同じような変化をしていることが分かります。一方の7月1日の観測値は6.5℃/1000mの直線と比べると温度変化が少なく、地上の温度は6月23日より低いのに、上空では逆転し高くなっています。特に上空6500m以上に着目すると観測値の折れ線は6.5℃/1000mの線の傾きよりさらに寝て(緩やか)、高度の上昇と共により大きな温度変化(減少)をしていることが分かります。このようにみると大気が不安定になり雷雨となった6月23日には強い寒気が入っていたことが分かります。

6月23日の高度4200m付近および6300m付近や、7月1日の高度1200m付近では高度の上昇と共に温度が上がる観測結果も見られます。このように日によって実際に気温減率は大きく変わることが良く分かります。

次回は本題である大気の安定性について説明したいと思います。

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