気象のパターン

暇なのでテキトーに書きまーす。それと気象学者等に怒られないことを（私は）祈ろう。いや皆はそう祈らなくていい、むしろ不幸を願おう。不幸は一種の芸術なのだ。まぁどうするかどうかは自由だが。

　流体が熱せられると、冷たい流体より密度が減るので上昇する。では浅い液体層を下から均一に加熱したらどうなるだろうか。一度に全部が上昇することはできない。液体が空中に跳び出すことになってしまうからだ。そのかわり、ある一定の温度を超えると液体がいくつかの領域に分かれ、その領域内で上向きの流れと下向きの流れが生じる。上昇した液体が液面まで達すると、冷やされて下降する。下降した液体は再び暖められて上昇する。このサイクルが繰り返される。この現象を発見したのはフランス人物理学者のアンリ・ベナールである。ベナールの実験からは、個々の領域が平行な帯状に並んで縞模様をつくったり、市松模様や蜂の巣模様になったりすることもわかっている。

液体が熱せられたときにこのような運動をすることを「対流」と呼ぶ。また、液体が分かれてできる領域を「対流セル」という。対流は気象システムの大きな特徴でもある。この場合、熱を加えるのは太陽だ。

　小さい規模であれば私達は地球が平らだというふりをすることができる。大気は比較的薄い層だ。地球は自転しているので、太陽が昇ったり沈んだりする。それにつれて気温が上昇と低下を繰り返し、風が起きる。空気は日中は太陽に暖められるが、夜間はそうはいかないので、熱が大気圏外に放射される。大気は気体と水蒸気が混ざりあって出来ており、汚染物質もふんだんに入り込んでいる。気象とは、この大気が物理の法則に従った結果として生じるものだ。

この法則からは色々な現象が生まれるようである。

　実際の地球の表面は平らではないので、気象は地形の影響を受ける。風が山脈を越えて吹いていく時、風下側で連続した波をつくることが多い。空気が上下して正弦曲線を描くのだ。曲線の頂点の部分に雲ができるので、山脈と平行に何列も雲の帯が並ぶ。これを波状雲という。

対流セルは大気中にもできる。この対流セルが原因で、私達にもおなじみの雲がつくられる。積雲だ。地表近くの温かい空気は、植物や川や湖から水蒸気を集めて上昇する。だが、大気の上層は気温が低い。空気が冷えると暖かい空気ほど水蒸気を抱えられないので、水蒸気の一部が凝結して綿のような白い雲になる。空気は十分に冷えると上昇をやめる。この現象を「逆転」と呼ぶ。逆転が高度1500mくらいで起きれば、積雲はあまり盛り上がらずに横に広がる。夏にはよく見られる状態だ。これは晴天時の積雲である。逆転が起きないと雲は2倍の高さにまで成長し、雲の頂上部分は氷の結晶ができる高度にまで達する。これがときににわか雨の引き金を引く。氷は対流の渦にとらえて下降し、暖かな層にまで降りてくると溶けて地面に落ちてくる。もっと、極端な場合、雲はさらに高く上昇して積乱雲に発達する。典型的な雷雲だ。雲の頂上部は外に向かって広がり、氷が密に詰まった巻雲になる。巻雲は天井部分が水平に広がって金床型になるのだが、それは雲がもう上昇できないうえ、強風によって広げられるせいだ。頂上部では水蒸気が氷の結晶に付着して凝結し、やがて氷の塊へと成長する。この塊は雹となって落ちる場合もあれば、途中で溶けて雨になる場合もある。雹の粒は玉ねぎのような層状になっているものが多い。恐らく、落ちてくる間に何個か雲を通り抜け、その度に新しい層をまとったのだろう。

　嵐雲のなかを循環しているのは水蒸気と氷だけではない。一番劇的な現象を引き起こすのは電気だ。雲の頂上部は強い正の電荷を帯びているのに対し、低層部は殆どが負の電荷を帯び、所々に正の電荷を帯びた部分が散らばっている。一番激しい雨をもたらすのはその部分だ。上層と下層の電位差が限界まで高まると、ついに何かが崩れて稲妻となって放電される。稲妻は雲から雲へ、もしくは雲から地面へとすばやく走る。稲妻の発生によって大気が引き惹かれると、衝撃波が発生する。これが雷鳴だ。大気の温度がかなり低ければ雲は雨のかわりに雪を降らせる。叉、雪の結晶は複数のパターン形成プロセスが複数のスケールに作用している。