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雨と雪の気象学 （雲物理） Cloudphysics 0.1 mm以上が雨粒 一般気象学第2版（小倉）より Dendritic crystal Crystal with broad branch hexagonal plate solid column http://yukipro.sap.hokkyodai.ac.jp/snowwatch/gallery/gallery.html 暖かい雨（Warm rain） 未飽和空気が上昇すると、飽和に達しさらに過飽和になる。過飽和は水蒸気の凝結によっ て解消されるが、まずは小さな水滴が形成される。しかし小さな水滴は均一過程ではできに くい。 An unsaturated air reaches its saturation as the air rises and it becomes super-saturation because the saturated water vapor for small cloud drop is lager than that for flat water surface due to surface tension. • 表面張力(surface tension)の ために、半径rの水滴と平衡の 飽和蒸気圧es(r)は、水面の飽 和蒸気圧es(∞)より増加する。 es(r)= es(∞)exp[2σ/(rRvρwT)] • 過飽和度(super saturation) １％ -- 0.12μm 一般気象学第2版（小倉）より 凝結核(condensation nuclei) 雲粒の生成のためには凝結核が必要 • 大気中にはエーロゾルがある。 ＊エイトケン粒子 （0.001～0.1μm) ＊大粒子（0.1～１μm） ＊巨大粒子（1～１00μm） • 土壌粒子、煙、海塩、硫酸アン モニウム など • エーロゾルは大陸上で多い。 雲と雨の気象学（水野）より 溶液の平衡蒸気圧は低い Saturated water vapor for a (sodium-) solution is low compared with pure water • 吸湿性の微粒子は低い相対湿度でも成長できる。 雲と雨の気象学（水野）より 水滴の凝結成長 condensation growth of cloud droplet • 水滴半径が小さいときは早い が、大きくなると遅くなる。 • このプロセスのみでは雨滴に 成長するのには時間がかかり すぎる。 By this process alone, it takes quite long time for the growth to rain-drop. 雲と雨の気象学（水野）より 水滴は重力落下する（終端速度:terminal velocity） 落下速度は半径（の２乗[小さいとき],ルート[大きいとき]）に比例。 • 10 μm – 1.2 cm/s • 100μm – 72 cm/s • 1 mm -- 6.5 m/s 雲粒はほとんど落下しない。 Cloud droplet hardly falls. 雨粒は３mmが限界。 雨の科学（武田喬男）より 雲と雨の気象学（水野）より 水滴の衝突併合成長 collision growth of water droplets • 大きな水滴は落下速度が大き いため、小さな水滴に追いつき 衝突して併合し成長する。 • 衝突併合プロセスが 暖かい雨の主な過程。 雨の科学（武田喬男）より 雲と雨の気象学（水野）より 暖かい雨のシミュレーション simulation of “warm rain” 一般気象学第2版（小倉）より Warm rain process ニューステージ 新訂 地学図表 浜島書店 冷たい雨（cold rain） －氷粒子（氷晶）が関係した過程による降水－ rain process associated with ice crystal • 日本における降水の大部分は冷たい雨である。 熱帯においても背の高い積乱雲による降水は冷た い雨である。 • －40℃まで過冷却水滴が存在する。Supersaturated water droplets exist above -40C. －２０℃で50%は過冷却水滴。 Half of droplets are supersaturated at -20C. • 氷晶核が氷晶形成を助ける。 ice nucleus (pl: nuclei) 雲と雨の気象学（水野）より 氷晶核数濃度の温度依存性・湿度依存性 • 氷晶核の多くは粘土鉱物粒子 • 数は温度が下がると増す。 • ヨウ化銀(AgI)は低い温度で活 性化 雲と雨の気象学（水野）より 氷粒子の成長過程 • 水蒸気の昇華凝結による成長 氷晶は水滴より早く成長 （氷の飽和蒸気圧は 水の飽和蒸気圧より低い） －１５℃付近で成長最大 • 過冷却雲粒の捕捉による成長 ライミング、あられ、ひょう • 凝集による成長 雪片、ぼたん雪 • 氷粒子の融解 地上気温が 0 – 4 ℃ 以下で 雪となる。 相対湿度にもよる （乾燥していれば高い温度で雪） ブライト・バンド 雨の科学（武田喬男）より Cold rain (ice crystal rain) ニューステージ 新訂 地学図表 浜島書店 角柱 骸晶角柱 針 厚角板 扇形角板 樹枝状 一般気象学第2版（小倉）より 中谷（ナカヤ）ダイヤグラム Nakaya diagram 「雪は天から送られた手紙である」（中谷宇吉郎） 中谷のダイアグラム • Snow crystals are the hieroglyphs sent from the sky. U. Nakaya 雪の結晶は6角形 雪と雷の世界（菊地勝弘）より 中谷（ナカヤ）ダイヤグラム 「雪は天から送られた手紙である」（中谷宇吉郎） 小林のダイアグラム • Snow crystals are the hieroglyphs sent from the sky. U. Nakaya 雪の結晶は6角形 雲と雨の気象学（水野）より [最新] 気象の事典 [ 積乱雲の生涯 ] 冷たい雨のシミュレーション 一般気象学第2版（小倉）より 雲のいろいろ • １０種雲形 上層雲 巻（絹）雲、 巻層雲、 巻積雲 雲積 中層雲 高層雲、 高積雲 下層雲 乱層雲、 層雲、 層積雲 積 雲 乱 ニューステージ 新訂 地学図表 浜島書店 ニューステージ 新訂 地学図表 浜島書店 ニューステージ 新訂 地学図表 浜島書店 温帯低気圧と熱帯低気圧 温帯低気圧 extratropical cyclone ノルウェー学派による古典的な温帯低気圧の一生 （例えば、Bjerknes and Solberg, 1922） ニューステージ 新訂 地学図表 浜島書店 ノルウェー学派による古典的な温帯低気圧の一生 （例えば、Bjerknes and Solberg, 1922） 小倉義光著「総観気象学入門」より 温帯低気圧の新しいモデル （特に大陸東岸で発達する温帯低気圧に見られる構造） • ノルウェー学派による古典的な温帯低気圧 ｖｓ • 低気圧の発達過程のシャピロモデル （Shapiro and Keyser, 1990) その特徴 ＊前線の断裂 ＊後屈（温暖）前線と前線のＴボーン ＊暖気核の隔離 ＊閉塞前線はない • ノルウェー学派に • nd Keyser, 1990) ＊前線の断裂 ＊後屈（温暖）前線と前線のＴボーン ＊暖気核の隔離 ＊閉塞前線はない 小倉義光著「総観気象学入門」より 爆弾低気圧 (Bomb) • 急激に発達する温帯低気圧 (Sanders and Gyakum, 1980) ２４時間で２４hPa 低下 緯度６０度基準：sinΦ で補正： ４５度では 19.6 hPa 大陸の東海上で多い。 爆弾低気圧 (Bomb) 小倉義光著「総観気象学入門」より 熱帯低気圧 Tropical cyclone: 北西大西洋で発生し最大風速 が17.2m/s以上のものを台風 という。 ニューステージ 新訂 地学図表 浜島書店 ニューステージ 新訂 地学図表 浜島書店