フェーン現象

台風に伴って、南風が吹き込んだり前線に向かって暖かく湿った空気が吹き込むなどの現象により、フェーン現象が起こります。
このフェーン現象という言葉ですが、良く耳にする、皆さんにもお馴染みの気象用語だと思います。しかし誰もが解っているつもりのこのフェーン現象ですが、果たしてどうして起こるのか、99%の人が「暖かく湿った空気が山を越えて乾いた暑い空気となる」と答えると思います。なかなか優秀な答えで、間違ってはおりません。しかしこれだけでは60点です。それでは何故山を越えたら暑い空気になると思いますか?そこら辺を勉強してみましょう!!


その前に大気中の断熱変化について覚えておきましょう。大気中にあっては大部分の気塊の変化は非常に短い間に発生するので外から熱が加えられたり、また熱を奪われたりする事は全くないと仮定する事が出来ます。実際、乾燥した気塊はその空気よりも暖かいまたは冷たい地表と接触していない限り非常にゆっくり熱を放出し、また吸収するので、地表から離れた大気においては、その気塊は周囲から熱的に絶縁していると考えられます。しかし、気塊が大気中を垂直に移動する時は気塊の上の圧力は変化します。もし気塊が下方に移動する時は気圧は増大し気塊は小さな容積の中に圧縮されます。この圧縮によって外力のする仕事は気塊の内部エネルギーの増加、すなわち熱として現れますが、気塊は周囲と熱的に絶縁されているため、圧縮による熱は気塊の温度を高めます。同様にもし気塊が上昇するのならば気圧は下がり、気塊は膨張し、周囲の空気を押す仕事をします。この仕事のエネルギーは気塊自身の熱エネルギーが供給されるので、結果、気塊の温度は下がります。
このように気塊の移動にさいして外部との熱の出入りが全く無いような変化を断熱変化と言います。このような空気の圧縮膨張によって空気の温度が高くなったり低くなったりすることは、空気入れでタイヤに空気を入れたり出したりする時に経験できますね!

以上をふまえて、大気中の断熱減率には大きく分けて、乾燥断熱減率と湿潤断熱減率に分ける事が出来ます。この二つがフェーン現象という手品の種なのです。それでは種明かしに行きましょう。


乾燥断熱減率

気圧が高度とともに減じる事は周知の事です。ある乾燥した気塊が上昇すると、その気圧は減じ、膨張のためその温度も低下します。
簡単に説明しますと、減率は
100m上昇するごとに1℃(5.5°F/1000ft)低下します逆に吹き降ろす風は100m下降する事に1℃上昇すると言う事です。このように大気が上昇して飽和に達する直前までの段階の気温減率を乾燥断熱減率と言います。


湿潤断熱減率

空気塊が上昇する時、その気塊が未飽和である限りはいくら湿度が増加しても実際は1℃/100m(5.5°F/1000ft)の一定の気温減率は不変です。これは相対湿度100%以下の空気はいつでも乾燥空気として取り扱う事が出来るためです。この時もとの水蒸気がその気塊とともに上昇するならば、それは飽和温度にまで冷却され、ついには相対湿度が100%となってしまいます。そしてもしそれ以上少しでも冷却すると水蒸気は凝結をはじめます。この時発生する潜熱は大気に吸収されてしまいます。そのため遊離熱は気塊の温度を高めるので飽和気塊が上昇する場合は、乾燥空気より急激に冷却する事はありません。
この凝結熱が冷却の割合を変えるという仮定でいうと、
00m上昇するごとに0.3〜0.9℃(2〜5°F/1000ft)低下します

これらの事から、まず、暖かく湿った空気は(仮に25℃の空気とします)中央山脈(例えば2000mの山)などを越えるときには湿潤断熱減率(間をとって0.5℃としましょう)によって、山頂では0.5℃×20=10℃まで下がります。しかし山を越えるときは乾燥断熱減率によって逆に1℃×20=20℃まで上昇するわけです。これが地上に達する頃には10℃+20℃で30℃まで上昇するという理屈です。これがフェーン現象と呼ばれるものです。
アメリカのロッキー山脈の東側は山脈を越える西風が卓越する時著しいフェーン現象がおきます。俗に言うチヌーク(chinook)とよばれるものですね!

ちょっと難しかったでしょうか?上の能書きは全部忘れて、小学生にでも解るように話すと、山を越える前は100m上昇する事に、0.5℃づつ気温が下がって、山を越えるときには100m降下する事に1℃づつ気温が上がると覚えたら簡単かな?読むのが面倒な人は↑の最後の四行だけ覚えておくといいですよ!


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