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お天気豆知識
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空気中の水の振る舞い
 
  晴れたり曇ったり雨が降ったりと毎日の天気の変化は、空気中の「水」が大きな役割をしています。雲や雨は空気中の水蒸気が変化してできたものですし、蒸し暑いのは空気中に水蒸気がたくさん含まれているからです。「水」は自然界の中で温度が変わることにより、液体(水)・気体(水蒸気)・固体(氷)と状態を変えます。水は状態が変わるとき、様々な振る舞いをします。

水が凍るときは、体積が約1割増加します。厳寒のとき、水道管が破裂するのはこのためです。その他にも、栓をしたままジュースやビールを冷凍庫の中に入れておくと、栓が取れて中身が吹き出して凍っています。湖が凍ると、諏訪湖の「御神渡り」のように氷が割れて、その割れ目が湖を横断します。

水は比熱(熱容量)が大きく、土(陸地)に比べると、暖まりづらく冷えにくい物質です。このために海岸地方は内陸に比べて冬は温暖であり、夏は涼しくなります。陸地は1日の温度変化がありますが、湖や海はほぼ一定となります。日中は陸上が海上よりも温度が高いため、陸上で上昇気流ができて海から陸に向かって風が吹きます。夜は陸上の方が海上に比べて温度が低いため、海上で上昇気流ができ陸から海に向かって風が吹きます。(バックナンバー「窓際の冷たい風と地球規模の空気に流れ」参照)

気象現象で「水」の最も重要な性質は、水蒸気になったり氷になったりするときに、周囲(自然界では空気)と熱のやりとりをすることです(図1)。水が蒸発するとき、周りから熱(気化熱)を奪います。反対に水蒸気が水(水滴)になることを凝結といい、凝結の熱(潜熱)を出し周りを暖めます。

水の変化と熱量
(図1)水の変化と熱量

夏、地面の打ち水が涼しく感じるのは、その水が蒸発するときに周りから熱を奪うからです。冷たい飲み物をコップに入れて暖かい部屋に置いておくと、コップの周りに水滴が付き、コップの中身はぬるくなります。これは冷たいコップに水蒸気が着き、水蒸気が冷やされて水滴に変わったからです。「水蒸気が冷やされて」と書きましたが、見方を変えると、水蒸気の「熱」がコップに伝わっています。

台風付近では、熱帯海域の高温多湿な空気が上昇して凝結(水蒸気が水滴に変わる)して雲粒になります。このときに出す多量の潜熱(1グラムの水蒸気が凝結すると約600calの熱を放出する)は、その周りの空気を暖めて軽くし上昇気流を強めるため、台風をますます発達させるエネルギー源となっています。夏、入道雲(積乱雲)の急激な発達でも、水蒸気が雲粒に変わるときに放出される「熱」が大きな役割を担っています。

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