積乱雲

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積乱雲
略記号	Cb
類	積乱雲
高度	地上付近～12,000 m
階級	D族対流雲
特徴	非常に大きい、上に向かって成長する
降水の有無	あり（激しい雨や雪に雷を伴うことが多い）

積乱雲（せきらんうん）とは何らかの原因で発生した強い上昇気流によって雲頂が時には成層圏下部にも達することがあるような巨大な雲の一種である。略号は、英語のCumulonimbusからCb。雲の記事に載っている雲の分布概念図からも分かるように積乱雲の鉛直方向の大きさは雲の種類の中でも最大なものであろう。また、積乱雲は他にも雷雲（らいうん）、入道雲（にゅうどうぐも）などの言い方がある。

[編集] 概要

積乱雲の発生原因は様々であるが、多くの場合は地上付近と上空の温度差がもたらす大気の不安定によって生じる（すなわち不安定を解消しようとして生じる）対流性の上昇気流によるものであるが、地形の影響を受けることもある。よって、積乱雲は多くの場合、地上と上空の温度差が大きくなる夏場に見られるが、日本海側では冬に強い季節風によって生じる積乱雲もある。積乱雲は通常積雲及び雄大積雲（積雲が発達したもの）がさらに発達したものである。また、一般用語としては雄大積雲を積乱雲といったりもするが、気象学では雲の頂点が対流圏界面まで達して、その付近で水平に広がり始めたものを積乱雲としている。また、この後には、雨（夕立ち）が起こるときが多い

積乱雲は対流圏界面の高さまで達するほど鉛直方向のスケールが大きいが、通常の場合は積乱雲の雲頂が成層圏に突入しそこからさらに発達し続けることはない。したがって、対流圏界面が天井のような形で、そこから雲はどんどん水平に広がっていく。全体的に見るとかなとこのような形をしていることから、この雲をかなとこ雲（anvil cloud）という。かなとこ雲は、その付近の低温によって氷の結晶で構成されている。雲が圏界面付近で成層圏に突入せず、水平に広がる理由は対流圏上部と成層圏下部の温度の違いによる。すなわち、対流圏上部では気温が-70℃前後であるのに対して成層圏下部はオゾン層の影響で相対的に気温が高い。この気温差によって雲頂は成層圏に突入することができず、圏界面を境に水平に広がる。かなとこ雲が発生しているということは、その積乱雲の活動が非常に活発であり、地上では激しい雷雨を伴う場合が多い。すなわち、かなとこ雲が発生している積乱雲は後に述べる積乱雲の成熟期の姿である。また、積乱雲の多くはその雲頂あたりに、強いジェット気流の影響を受けて氷晶でできた巻雲などを伴う場合がある。

[編集] 積乱雲の一生

積乱雲の一生は約数時間から台風を伴うような巨大なものでは数日間に及ぶことがある。したがって、積乱雲は気象学では通常メソスケールの気象擾乱として区分されていることが多い。

積乱雲は地上から見ると一つの大きな雲の塊のように見える。しかし実際、積乱雲がかかっている付近では雨が弱まったり強まったりしている。すなわち、積乱雲という大きな雲の塊の中にいくつもの小さな積乱雲が存在していることが知られている。人間の体を構成しているのが細胞なので、積乱雲を構成している小さな積乱雲を細胞に例えて降水セル（precipitation cell）と呼んでいる。積乱雲の寿命が数時間なのに対してこれらの降水セルはスケールが相対的に小さいので寿命は約30分から60分である。降水セルの一生は次の三過程に分けられている。すなわち（1）成長期、（2）成熟期、（3）減衰期の三つである。

[編集] 成長期

成長期は名前のとおり、降水セルが上昇気流によって発達していく過程である。すなわち、雲頂が上昇気流によってどんどん上昇していく。この段階では降水セルは上昇気流だけを伴い、雨粒などが発生しても上昇気流によって上方に運ばれるので、地上付近での降水はない。

[編集] 成熟期

時間がたってくると成長期にある降水セルの雲頂が対流圏上部に達し、氷晶や雨粒なども十分に成長する。よって、これらの雨粒などは上昇気流に逆らって落下運動を始めるのだが、その際に摩擦によって周辺の空気も一緒に引きずり落とす。これが結果的に下降気流を発生させ、この下降気流が発生したとき降水セルは成熟期になる。この段階では一つの降水セルの中で下降気流と上昇気流が共存している状態である。したがって、上昇気流によって下方から運ばれてくる氷晶などと落下中の氷晶が衝突してしまうことになる。この衝突時の摩擦によって静電気が発生し、これが何度も起こることにより積乱雲が電気を帯びる。積乱雲と地上の電荷の違いによって、電圧が高まると結果的に放電が起き、これが積乱雲による雷の始まりでもある。地上で激しい雷雨が起きるのは、この降水セルが成熟期にあることを表す。また、下降気流は雨粒などの摩擦によって生じるほか、氷が乾燥した層を通過する際に昇華熱によって周りの空気をいっそう冷やし、さらに下降気流が増す。これらが次々と起こることから下降気流がどんどん強まる

Cumulonimbus capillatus incus

[編集] 減衰期

このような過程を経て強まった下降気流は上空からやってきたことと、昇華によって回りの空気を冷やしているので非常に低温である。結果的にこの下降気流が雲の底に集まり、雲の底は低温なので部分的に高圧状態となる。このような下降気流によって部分的に気圧が高まった場所をメソ・ハイ（メソスケールの高気圧という意味）と呼んでいる。この空気が雲底から地上に向けて一気に流れ出す。最終的には上昇気流よりも下降気流のほうが強まって上昇気流がどんどん弱まってくる。これが減衰期の始まりである。したがって降水セルは収束に向かう。

また、メソ・ハイから空気が地上に向けて一気に流れ出すとき、周りの比較的暖かい空気と衝突して、冷たい空気が暖かい空気に入り込むような形をする。これは寒冷前線の発生のメカニズムに似ている。したがってこの部分では小型の寒冷前線のようなものが起き、この線に沿って突風が吹いたりもする。この線をガストフロントという。このとき、地上ではこのように下降気流が増すことによって、結果的には降水セルが死滅し、残っていた雨粒がしとしとと降るなどして最後に雲が消えるのである。こうして降水セルは一生を終える。

ガストフロントがある証拠に、実際激しい降水が数分続いてその後突風を伴い、降水が弱まるという気象現象は多く観測されている。しかし、今述べた降水セルの例はかなり活発な積乱雲において起こることで、降水セルによっては成長期からすぐに消滅に向かうこともある。降水セルがきれいに三段階を経て一生を終えるかはそのときの大気の状態による。

また、先ほど述べた原因によって起こる下降気流が極端に強くなり、地上に被害をもたらすこともある。この積乱雲を伴う強い下降気流が極端に強い場合、これをダウンバーストという。

降水セル及び積乱雲が一生を終えても、先ほど述べたガストフロントは残ることがある。ガストフロントはメソ・ハイが原因で起きたものなので、周りより冷たい空気からなることは明らかである。ガストフロントにさらに湿った暖かい空気が流れ込んだ場合、再びその部分だけ上昇気流が発生し、結果的には新たな積乱雲が発生してしまうこともある。すなわち、もとの積乱雲を原因に新たな積乱雲が発生するので、積乱雲の世代交代を行う。積乱雲の世代交代には次の様な場合もある。積乱雲と積乱雲が二つ並行してある場合、両者の積乱雲がメソ・ハイによって下降気流を伴う。下降気流と下降気流がぶつかると空気は上にいくしかなく、結果的に上昇気流が発生して積乱雲が発生することもある。

このような世代交代は衛星画像で見てみると良く分かる。一つの積乱雲の塊を先頭に、その後ろにいくつもの積乱雲が続いている。これは今述べたようなメカニズムによって発生することが多い積乱雲である。