雷雨はどのように形成されますか?

01/07

雷雨

アンビルトップの成熟した雷雨。 NOAA 国立気象局

あなたが見物人であろうと「幽霊」であろうと、近づいてくる音や音を見間違えたことはないでしょう。 雷雨 .その理由も不思議ではありません。世界中で毎日 40,000 件以上発生しています。その合計のうち、米国だけで毎日 10,000 件発生しています。

02/07

雷雨気候学

米国の年間平均雷雨日数を示す地図 (2010 年)。 NOAA 国立気象局

春と夏には、雷雨が時計仕掛けのように発生するようです。しかし、だまされてはいけません！雷雨は、1 年中いつでも発生する可能性があります (午後や夕方だけでなく)。大気条件が正しいことだけが必要です。

では、これらの条件はどのようなもので、どのように嵐の発生につながるのでしょうか?

03/07

雷雨の材料

雷雨が発生するには、揚力、不安定性、湿気の 3 つの大気成分が必要です。

リフト

揚力は、雷雨雲 (積乱雲) を生成するために必要な上昇気流 (空気が大気中に上向きに移動すること) を開始する役割を果たします。

リフトはさまざまな方法で達成されますが、最も一般的な方法は 示差加熱 、 また 対流 .太陽が地面を温めると、地表の暖められた空気の密度が低くなり、上昇します。 （沸騰した鍋の底から気泡が浮き上がる様子を想像してください。）

その他の揚力メカニズムには、寒冷前線を覆う暖気、温暖前線をアンダーカットする寒気が含まれます (これらは両方ともとして知られています)。 正面リフト )、山の側面に沿って上向きに空気が押し上げられます (として知られています 地形リフト )、および中心点 (として知られている) で集まる空気 収束 .

不安定

空気に上向きのナッジが与えられた後、上昇運動を継続するのに役立つ何かが必要です。この「何か」が不安定です。

大気安定性は、空気の浮力の尺度です。空気が不安定な場合、それは非常に浮力があることを意味し、一度動き出すと元の位置に戻るのではなく、その動きに追従します。不安定な気団は、力で押し上げられれば上向きに進みます（押し下げられれば下向きに進みます）。

暖かい空気は、力に関係なく上昇する傾向があるため、一般的に不安定であると考えられています (一方、冷たい空気はより密度が高く、沈みます)。

水分

揚力と不安定性により空気が上昇しますが、雲が形成されるためには十分な水分が必要です 内部 空気が凝縮して水滴になる なので それは上昇します。水分源には、海や湖などの大きな水域が含まれます。暖かい空気の温度が揚力と不安定性を助長するように、暖かい水は水分の分配を助長します。彼らはより高い 蒸発 つまり、冷たい水よりも湿気を大気中に放出しやすいということです。

米国では、 メキシコ湾 そして大西洋は、激しい嵐を助長する主要な水分源です。

04/07

3つの段階

個々のストーム セルで構成されるマルチセル サンダーストームの図 - それぞれが異なる発達段階にあります。矢印は、雷雨のダイナミクスを特徴付ける強い上下運動 (上昇気流と下降気流) を表します。 NOAA 国立気象局

すべての雷雨、両方 ひどい 重症でない場合は、次の 3 段階の発達段階を経ます。

1. そびえ立つ積雲のステージ、
2. 成熟期、そして
3. 散逸段階。

05/07

1. そびえ立つ積雲ステージ

雷雨の発達の初期段階は、上昇気流の存在によって支配されます。これらは、雲を積雲からそびえ立つ積乱雲に成長させます。 NOAA 国立気象局

はい、そうです 積雲 のように 晴天積雲 .雷雨は、実際にはこの脅威のない雲の種類から発生します。

最初はこれは矛盾しているように思えるかもしれませんが、これを考慮してください: 熱不安定性 (雷雨の発生を引き起こす) は、まさに積雲が形成されるプロセスでもあります。太陽が地球の表面を加熱するにつれて、一部の地域は他の地域よりも早く暖まります。これらの暖かい空気のポケットは、周囲の空気よりも密度が低くなり、上昇、凝縮、雲の形成を引き起こします。しかし、形成されてから数分以内に、これらの雲は上層大気の乾燥した空気に蒸発します。これが十分に長い時間続くと、その空気は最終的に湿り、その時点から、 続く クラウドの成長を抑圧するのではなく、

この雲の垂直方向の成長は、 上昇気流 、発達の積雲段階を特徴付けるものです。それはに働きます 建てる 嵐。 (積雲をよく見たことがある人なら、実際にこれが起こるのを見ることができます。(雲は空に向かってどんどん高く上昇し始めます。)

積雲の段階では、通常の積雲が高さ約 20,000 フィート (6 km) の積乱雲に成長することがあります。この高さで、雲は 0°C (32°F) の凍結レベルを通過し、降水量が形成され始めます。降水量が雲の中に蓄積すると、上昇気流を支えるには重くなりすぎます。雲の中に落ちて、空気を引きずります。これにより、下向きの空気の領域が作成されます。 下降気流 .

06/07

2.成熟期

「成熟した」雷雨では、上昇気流と下降気流が共存します。 NOAA 国立気象局

雷雨を経験したことがある人なら誰でも、雷雨の成熟段階、つまり突風と大雨が地表で感じられる時期をよく知っています。しかし、なじみのないことかもしれませんが、嵐の下降気流がこれら 2 つの古典的な雷雨気象条件の根本的な原因であるという事実です。

積乱雲の中で降水量が増えると、最終的に下降気流が発生することを思い出してください。さて、下降気流が下向きに移動して雲の底を出ると、降水が解放されます。雨で冷やされた乾いた空気が押し寄せてきます。この空気が地表に到達すると、雷雲の前に広がります。 突風前線 .突風前線は、雨が降り始めたときに涼しくそよ風が吹くことが多い理由です。

嵐の上昇気流が下降気流と並行して発生するため、 嵐雲 拡大し続けています。時には不安定な領域が底まで達します。 成層圏 .上昇気流がその高さまで上昇すると、横方向に広がり始めます。このアクションは、特徴的なアンビル トップを作成します。 (アンビルは大気中の非常に高い位置にあるため、巻雲/氷の結晶で構成されています。)

その間ずっと、雲の外側からのより冷たく、より乾燥した (したがってより重い) 空気は、単にその成長という行為によって雲環境に取り込まれます。

07/07

3.散逸段階

散逸する雷雨の図 - その第 3 および最終段階。 NOAA 国立気象局

やがて、雲環境の外のより冷たい空気が成長する嵐の雲にますます浸透するにつれて、嵐の下降気流が最終的に上昇気流を追い越します。その構造を維持するための暖かく湿った空気の供給がなくなると、嵐は弱まり始めます。雲は明るくくっきりとした輪郭を失い始め、代わりによりぼろぼろで汚れたように見えます。これは、雲が老化していることを示しています。

完全なライフ サイクル プロセスが完了するまでに約 30 分かかります。雷雨のタイプに応じて、嵐は 1 回だけ (単一セル) または複数回 (マルチセル) 通過する場合があります。 (突風前線は、近隣の湿った不安定な空気の揚力源として機能することで、新しい雷雨の成長を引き起こすことがよくあります。)