霧の中から天気を見てみよう

制作：中国科学普及協会

著者: 気象科学チーム

プロデューサー: 中国科学博覧会

霧は常に変化し、複雑です。霧の現象の中には私たちにとってはありふれたものもあるかもしれませんが、そこには多くの自然法則が関わっています。しかし同時に、霧は将来の天候の変化と密接に関係しています。霧を観察することで、晴れの日になるか雨が降るかを大まかに予測することができます。では、具体的にどのような知識が必要なのでしょうか?

1. 冬の朝はなぜ霧がよく発生するのでしょうか?

空気が保持できる水蒸気の量には限界があります。最大限度に達すると、水蒸気飽和と呼ばれます。気温が高ければ高いほど、空気が保持できる水蒸気の量が多くなります。たとえば、1 立方メートルの空気中、温度が 4°C の場合、含まれる水蒸気の最大量は 6.36 グラムです。気温が 20°C の場合、1 立方メートルの空気には最大 17.30 グラムの水蒸気を含めることができます。

特定の温度条件下で空気中に飽和水蒸気量を超える水蒸気が含まれる場合、余分な水蒸気は凝縮して小さな水滴または氷の結晶に変わります。 4°C で 1 立方メートルの空気に 7.36 グラムの水蒸気が含まれている場合、余分な 1 グラムの水蒸気は水滴に凝縮します。そのため、空気中の水蒸気が飽和量を超えると、主に温度の低下によって水滴に凝縮します。地面からの熱の損失により地表温度が下がり、同時に地面近くの空気層にも影響を与え、気温も下がります。地面近くの空気層が非常に湿っている場合、ある程度まで冷えると、空気中の水蒸気の一部が凝縮し、地面近くの空気層に浮遊する多数の小さな水滴になります。地面近くの空気層に小さな水滴が多すぎて視界を遮ると霧が発生します。

霧や雲は主に気温の低下によって発生するため、霧は実際には地面に近い雲であると言えます。

一般的に日中は気温が高くなり、空気はより多くの水蒸気を保持できるようになります。しかし、夜間に気温が下がると、空気中に保持できる水蒸気の量は少なくなります。その時空気中に水蒸気が多く存在する場合、その一部は凝縮して霧になります。特に冬は夜が長く、風がほとんどなく晴れの日が多くなるため、夏よりも地面の熱が早く放散され、地面近くの気温が急激に下がります。その結果、夜後半から朝にかけて、地表付近の空気層中の水蒸気が飽和状態になりやすく、小さな水滴となって凝縮し、地表付近の空気中に浮遊して霧が発生します。そのため、冬の晴れた朝でも霧が出ることが多いのです。この霧は「放射霧」と呼ばれます。

2. 朝は霧が出ているのに、なぜ晴れていることが多いのでしょうか?

時々、朝起きたときに濃い霧しか見えません。ドアや窓を開けると、霧が薄い煙のように漂ってきます。しかし、すぐに窓の外の景色がぼんやりと見え、やがて霧が晴れて空気が澄み、空には太陽が明るく輝きます。 「朝、地面が霧で覆われていても、稲を乾かすことはできる」ということわざがあります。まさにその通りです。

朝は霧が出ていて、空気も湿っていましたが、晴れた日でした。理由は何でしたか？

日中は太陽が地面を照らし、地面にはたくさんの熱が蓄積されます。水の蒸発により、温度が高い空気はより多くの水蒸気を保持できるため、空気中の水蒸気の量も多くなります。太陽が沈むと、熱が空気中に放散し始め、地面近くの空気の温度も下がります。天気が良く、空の雲が少ないほど、地面からの熱は妨げられず、より速く放散され、空気の湿度は低下します。夜の後半から朝にかけて、地上の気温は非常に低くなりました。この時間になると、屋内にいても、夜の前半よりもずっと涼しく感じられます。地表付近の気温が下がると、空気中の水蒸気が飽和状態を超え、余分な水蒸気が小さな水滴となって低高度に分布します。これは気象学では「放射霧」と呼ばれています。この霧は通常、高気圧の中心付近で発生し、高気圧の中心付近では晴れていることが多いです。したがって、このような霧が発生した場合、たとえ午前中に濃くても、太陽が出てきて霧が蒸発すれば、その日は晴れる可能性が高くなります。

3. 霧が消えないと雨が降るのはなぜですか?

日中に消えない霧は、主に前線の通過に関係しています。前線霧は、温暖前線が通過する前によく発生します。この霧の上には厚い雨雲があります。雨雲の底から降った雨は雲底の下で蒸発し、地表近くで再び凝結します。これが前頭葉の霧が形成される理由です。この霧の上には厚い雨雲があり、太陽光が大量に差し込むことができず、霧が発生する条件が継続しているため、このような霧は確実に消えることはありません。やがて、雨雲が厚くなり、雲底の下の水蒸気がますます豊富になると、雨滴は雲の下の空間で蒸発できなくなり、直接落ちて雨が降り始めました。

温暖前線が通過するときに、冷たい空気と暖かい空気が混ざると前線霧が発生することがあります。温暖前線が通過した後の温帯では、暖かく湿った空気が冷たい地面の上を流れるため、温帯霧が発生します。この霧は湿度が非常に高く、霧雨を伴うこともよくあります。その背後には、南下する寒冷前線があり、寒冷前線による降水を引き起こすことが多い。沿岸地域では、夜間に海霧が陸地に侵入することがあります。この霧が朝または午前中までに消えない場合は、層状の雲に変わり、雨が降り始めます。したがって、「霧が晴れると雨が降る」という諺は正しいのです。

霧と天気の関係は非常に密接で、霧を観察することで天気の変化を知ることができます。ただし、上記の説明はあくまで一般的な状況に限ったものです。霧と天気の関係はそれほど単純ではありません。複雑な側面が多く含まれているため、単純に機械的に適用することはできません。つまり、霧から天気を正確に予測するには、多角的な観察、分析、総合的な判断が必要になります。