山越え気流の凝結高度とフェーン現象
宮崎県の海岸で、暖かく湿った空気が山脈を越えて内陸へ吹く日がある。海面の気温は24.0℃、露点は20.0℃であった。空気塊が風上側の斜面を上昇するとき、乾燥断熱減率を10℃/km、湿潤断熱減率を5℃/kmとする。空気塊は露点に達するまで乾燥断熱的に上昇し、凝結が始まると湿潤断熱的に上昇する。山頂の標高は1400 mで、風下側の海面は0 mである。空気塊は山頂を越えた後、風下側を下降する。下降の際は、凝結した水がすべて降水として失われ、残った水蒸気は未飽和であるため、乾燥断熱的に下降すると仮定する。生徒Aは「山頂で気温が最も低くなるので、風下でも気温は上がらない」と主張し、生徒Bは「風下では乾燥断熱で下降するため、海面付近では風上より気温が高くなる」と主張した。山脈の幅は十分に広く、空気塊は山頂で十分に凝結するものとする。どちらの主張が正しいか、凝結高度と気温を計算して判断する必要がある。
1. 空気塊が凝結を始める高度（LCL）を求めよ。
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空気塊が露点に達するまでに冷える温度差は 24.0 − 20.0 = 4.0℃。乾燥断熱減率が10℃/kmなので、凝結高度は 4.0 / 10 = 0.40 km = 400 m である。したがって、空気塊は標高400 mで凝結を始め、雲ができ始める。
2. 山頂1400 mの気温と、風下海面0 mの気温を求めよ。
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400 mから山頂1400 mまでは1.0 kmである。凝結後は湿潤断熱減率5℃/kmで冷えるので、気温は 20.0 − 5 × 1.0 = 15.0℃ になる。山頂の気温は15.0℃。次に、風下側を0 mまで1.4 km下降する。未飽和の空気塊は乾燥断熱減率10℃/kmで昇温するので、15.0 + 10 × 1.4 = 29.0℃ となる。風下の海面気温は29.0℃で、風上の24.0℃より5℃高い。
3. 生徒AとBの主張を評価し、風下で乾燥する理由を述べよ。
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生徒Bが正しい。山頂は確かに最も気温が低いが、風下側では空気塊が下降して圧縮され、乾燥断熱的に昇温する。その結果、海面まで降りると29.0℃になり、風上より高温になる。これがフェーン現象である。さらに、上昇中に凝結した水蒸気は降水として失われるので、風下の空気は水蒸気量そのものが減っている。気温が高いうえに水蒸気量が少ないため、相対湿度は大きく下がり、乾燥した風になる。生徒Aは山頂の気温だけを見て、下降時の昇温を無視している点が誤りである。