中学校理科 第2分野/天気とその変化
天気とその変化

雲の正体は、水である。太陽の熱や光のエネルギーによって、海や川・湖などから蒸発した水蒸気が、やがて上空で冷えて、水蒸気を含んだ空気が露点で凝結して水ができて、雲になる。
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雲も霧(きり)も、成分は同じ水であり、空気中に水滴が浮かんでいるのである。
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雲と霧との違いは、標高(「ひょうこう」・・・高さのこと)である。
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そして、雲の一部は雨を降らし、その雨水が川や海や湖に流れ込む。
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このように、地球上で水は循環している。
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蒸発を起こすための熱は、もとは、太陽の光による熱である。つまり、太陽のエネルギーが、水の循環のエネルギー源である。
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なお、標高が高くなるほど、気温も低くなるのが普通である。
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湿度の測定は 乾湿計(かんしつけい) で、はかります。 普通の温度計である 乾球温度計(かんきゅうおんどけい) と、液だめの部分を水で濡らしているガーゼでつつんでいる 湿球温度計(しっきゅうおんどけい) が、乾湿計の中身です。
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乾球温度計と湿球温度計との温度差から、湿度表(しつどひょう)を用いて、湿度が求められます。
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温度というと、どちらの温度計の温度なのか分からないので、乾湿計の温度計の目盛りの数値は、それぞれ示度(しど)といいます。 乾球温度計の示度(しど)、あるいは、湿球温度計の 示度(しど) というふうに呼びます。
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たとえば乾球温度計の示す温度が17°Cであって、湿球温度計の示す温度が14.5°Cの場合、乾球と湿球の温度差が2.5°Cとなり、湿度は表から75%になる。
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湿度は、晴れの日では、通常、温度が高いほど、湿度は低くなる。したがって昼ごろに湿度が最も低くなる。
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晴れの日の場合、温度の変化と、湿度の変化とは、逆の変化をするのが普通である (気温は昼ごろに最も高くなるのが普通。)。
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雨やくもりの場合、湿度の変化は小さい。
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空気にも、実はおもさがある。地球の地表を取りまく空気を大気という。大気にも重さがあるので、重さにより、大気中のものにも力がかかる。(水中のものには、水から、押しつぶすような力が、かかってるのと、同じような現象。) 大気がおよぼす、押しつぶす方向の空気の力を 大気圧 という。気体がおよぼす、押しつぶす方向の力を 気圧 という。気象や天気で「気圧」といった場合、大気圧のことを言う場合が多い。
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なお、上空では、地上よりも、その高さより上の空気の量が少ないので、上空に行くほど、気圧は低くなる。
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大気圧の単位は、ふつう、hPa(ヘクト パスカル)という単位で表す。または「気圧」という単位で表す。 「気圧」という言葉には、「大気圧」という意味の場合と、圧力の単位の一つの場合の、2つの意味がある。
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大気圧の測定器には、アネロイド気圧計などが用いられる。
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高気圧や低気圧の気圧とは、地表付近での気圧のことである。
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高気圧・低気圧の高低の基準は、まわりの気圧であり、1気圧=1013hPaが基準では無い。このため、1000hPaの高気圧も、ありうる。
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高気圧の場所の地表からは、風が吹き出す。低気圧の場所の地表には、風が吹き込む。 したがって、高気圧から低気圧に向かって、地表に、風は吹く。
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上空では、風の向きは逆方向である。こうして、空気は循環している。
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実際の地表での風の向きは、高気圧から低気圧に向かって真っ直ぐでは無く、地球の自転のため、じゃっかん、斜めになる。北半球では風は右にそれる。南半球では左にそれる。
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吹き出すときの風向きは、上空からの天気図で見た場合、右回り(時計回り)で吹き出す。この「右」や「時計回り」とは、北を上としてみた場合の視点である。まっすぐ吹き出すのではなく、このように渦をまいて吹き出す理由は、地球が自転していることが理由であり、詳しくは中学理科で習うが転向力(てんこうりょく)という力により、圧力の傾きに対して右側に風がそれる。
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中学校では、「北半球では、高気圧は右回り。」という結果だけを知っていれば良いだろう。 なお、高気圧が「右回り」であるのは、北半球の場合であり、南半球ではちがった結果になるので注意。
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温度が高い場所では、大気が膨張し、上昇気流が発生するため、地表は低気圧になりやすい。逆に、温度が低いと、高気圧になりやすい。
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したがって、地表での風の向きは、温度の低い場所から、温度の高い場所に向かって、風が吹くことが多い。 上空では、逆向きである。温度の高い場所から低い場所へ向かって、上空では風が吹きやすい。
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高気圧の中心近くでは、上空から地表へと風が流れる 下降気流 が発生する。また、下降気流のため、雲ができにくく、天気は晴れることが多い。
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低気圧の場所では、風が吹き込む。 風向きは、上空からの天気図で見た場合、左回りの反時計回りで、吹きこむ。この「左」とか「反時計回り」とは、北を上としてみた場合の視点である。 低気圧の中心近くでは、地表から上空へと風が流れる上昇気流のため、雲ができやすく、天気は悪いことが多い。
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等圧線を描くときは、 1000hPa を基準にして 4hPa ごとに線を書く。また、 20hPa ごとに太線にする。
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気象観測で、風のようすを表す時は、風がふいてくる向きと、風の強さとで表す。
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風のふいてくる向きを 風向 と言う。 風の方向は、 16方位(じゅうろく ほうい) で、あらわす。
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風向は、吹き流しで調べられる。吹き流しの上流の方角が、風向である。支柱に近い口の広い側が上流で、支柱から遠い狭い側が下流である。
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風の強さは、風による、空気の動く速さで表し、これを 風速(ふうそく) という。風速の単位はメートル毎秒(メートルまいびょう)である。
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風のつよさを表す際に、風速ではなく、風が物におよぼす力を段階的にあらわした 風力(ふうりょく) で表す場合もある。 風力の階級は、もっとも弱い階級0から、もっとも強い12までの、13階級で表される。この風力の階級を 風力階級(ふうりょくかいきゅう) という。
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地球上の雲は、気象衛星(きしょうえいせい)という、人工衛星(じんこうえいせい)によって撮影されている。
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日本では気象衛星は、「ひまわり」という気象衛星が(2023年の時点)運用されている。
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日本での天気予報は、気象衛星からの情報も参考にするが、それだけではなく、日本各地の地上からの観測所からの情報も元にして、決められている。
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日本には、地域気象観測システム(通称アメダス ; AMeDAS -- Automated Meteorological Data Acquisition System)という気象観測システムがあり、観測装置が日本国内各地の約1300ヶ所の気象観測所にある。
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気象観測の情報には、気象衛星やアメダスのほか、気象レーダーや海洋・海上気象観測や、などの情報がある。
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これらの、情報を元にして、気象庁は天気図や予報天気図を作成し、気象庁は天気予報を発表する。
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空をおおう雲の量が、9割以上のばあいを くもり という。空をおおう雲の量の割り合いを、 雲量 と言い、0から10の11段階で表す。
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雲量が1割以下の状態で、雨や雪などの降ってない状態を 快晴(かいせい) という。
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雲量が2割から8割のときを、晴れ(はれ) という。
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つまり、 :雲量=0~1:快晴 :雲量=2~8:晴れ :雲量=9~10:くもり
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雨の量のことを雨量と言い、雨量はmm(ミリメートル)単位で表す。 雨以外にも、雪や ひょう や あられ などをまとめて、降水(こうすい)という。 雪やひょうなど、雨以外の場合の降水の量は、雪や氷を融かして水にしてから、測る。
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そして、降水の量をまとめて、降水量と言い、単位は一般にmm(ミリメートル)で測る。 雨量は、雨量計などで測る。
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大規模な空気のかたまりであり、広い範囲にわたって、気温や湿度が、ほぼ一様である物。
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大陸の上では、広い範囲にわたって地上の特徴が似通っているので、気温や湿度の一様な大きな空気のかたまりが出来やすい。
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同様に、太平洋上やオホーツク海などの大洋上でも、周囲が同じような温度の海ばかりなので、海上でも気温や湿度の一様な大きな空気のかたまりが出来やすい。
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一般に、海で出来る気団は湿っており、大陸で出来る気団は乾いている。
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温度のちがう二つの気団が、ぶつかっている場所の、境目の面や線のこと。空気のかたまりは体積をもつので、実際には、二つの気団の境い目(さかいめ)は面になるが、地図上に表すときは線になるので、「前線」と言われる。
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気団の境い目としての面と線を区別するとき、境い目の面のほうを「前線面」(ぜんせんめん)と言って、線である「前線」(ぜんせん)と区別する場合もある。前線面という用語を用いれば、線としての「前線」とは、前線面と地表との交線とも言える。
天気とその変化

中学理科では、前線面と前線とを区別する。
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これらの前線のどれも、寒気と暖気のぶつかっている状態である。寒気と暖気のぶつかりは天気に影響を与えるので、関心があるから、その前線の位置が調べられるのである。
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一般に前線の付近では、雨が多く、天気が悪い。
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どの前線でも、暖気は上昇しやすいため、寒気は暖気の下にある。寒冷前線では、寒気が暖気の下にもぐりこむ。温暖前線では、暖気が寒気の上に、はいあがる。
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寒冷前線では、強い上昇気流が発生し、前線面の傾きが急であり、そのため、積雲状の雲が発生しやすい。そのため寒冷前線では、強い「にわか雨」が短時間で降ることが多い。雷や突風なども、ともなう事があり、天気は激しい。 寒冷前線の通過後は、天気は回復し晴れ、寒気のため、気温が下がる。
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温暖前線では、前線面はゆるやかである。発生する雲は層雲などの薄くて広い雲である。雨はふるが、弱い雨が、長時間にわたって降る。 温暖前線の通過後は、天気は回復し晴れ、暖気のため、気温が上がる。
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停滞前線では、層雲が出来やすく、雨などの天気の悪い日が長く続く。日本の梅雨(つゆ)や秋雨(あきさめ)の期間は、停滞前線によるものである。
天気とその変化

閉塞前線というのは、寒冷前線に温暖前線が追いついた状態である。地表付近にある2つの寒気は、寒冷前線に由来する寒気と、温暖前線に由来する寒気である。閉塞前線の暖気は、その2つの寒気の上に押し上げられる。 閉そく前線では、二つの寒気に挟まれた暖気が押し上げられるので、上昇気流が強く、そのため積乱雲などが発生しやすく、雨は強く、風も強くなりやすい。
天気とその変化

6月ごろに、雨の日が多くなる。また、雨の降る量も多い。これを梅雨という。 この理由は、北側の冷たく湿った オホーツク海気団と、南側のあたたかく湿った太平洋側の 小笠原気団 が日本付近でぶつかりあい、そこで気団が動きにくくなるからである。
天気とその変化

気団の境界線のことを 前線(ぜんせん) というが、梅雨をもたらす両気団の境界線上の前線を 梅雨前線 という。
天気とその変化

衛星画像などの上空から雲の様子を見ると、東西にのびる雲で、雲に切れ目のなく、つながった雲が、日本をおおう。
天気とその変化

6月も終わりに近づき、夏が近づくにつれて、南側の小笠原気団が優勢になり、北側のオホーツク海気団が北へ押し戻されていく。俗に言う「梅雨明け」である。その結果、夏が近づく。
日本式天気記号

風力記号は0~12の13段階で表されます。風力記号の形は、右の図を参考にしてください。矢羽の向きは風向の向きを表しています。右の図の下の風力記号の場合、北北西から観測者の位置に向かって風が吹いていることになります。つまり、「観測者から北北西の方向には風が吹いている」と誤解しないように注意してください。
日本式天気記号

風力記号には、天気も天気記号で記入する必要があります。また、気温と気圧も併記することが望ましいです。風力記号の風向は16方位で表されます。
日本近くでの天気の仕組み

偏西風は、中緯度の地域で起こる大気循環のひとつであり、地球の自転によって発生するコリオリの力によって発生します。地球が自転することによって、地表から大気中に向かって上がる空気が東側に、下がる空気が西側に逸れることで、高気圧から低気圧へ向かう風が西から東に吹くという大気循環が生じます。この偏西風は、太平洋上を中心に周囲に向かって吹いており、日本の上空でも西から東に向かって吹いています。
日本近くでの天気の仕組み

偏西風は、日本に限らず、世界中の中緯度地域で吹いており、冬季には強くなります。偏西風は、大気の移動に伴って様々な天候の変化をもたらします。たとえば、日本においては、偏西風が季節風のような役割を果たし、冬季には温暖化傾向にあり、春先には乾燥した晴天が続く傾向があります。
日本近くでの天気の仕組み

また、偏西風は、台風が発生する熱帯地域にも影響を与えています。偏西風が強く吹くと、台風は西から東に移動しやすくなります。逆に、偏西風が弱いと、台風は日本に向かって進みやすくなります。
日本近くでの天気の仕組み

季節風とは、季節によって一定の方向から吹いてくる風のことを指します。これは、地球の自転と太陽からの放射エネルギーの影響によるもので、主に赤道から中緯度地域にかけて発生します。
日本近くでの天気の仕組み

夏季には、赤道付近の海上に高気圧が発生するため、南側の海から北側の大陸に向けて風が吹きます。このため、日本でも夏季には南から風が吹いてきます。
日本近くでの天気の仕組み

冬季には、この状況が逆転し、北側の大陸が高気圧となり、南側の海から風が吹いてきます。このため、日本では 冬季には北から風が吹いてきます。
日本近くでの天気の仕組み

また、季節風はアジアを中心に世界各地に影響を与え、農業や漁業、航海などに大きな影響を与える重要な気象現象の一つです。
日本近くでの天気の仕組み

湿度については、海で発生する気団については湿度が高い。一方、大陸で発生する気団は乾燥しているのが普通であります。 日本付近の場合、一般に北の地域にある気団は低温であり、南の地域にある気団は高温であります。
日本近くでの天気の仕組み

このため、日本の周囲の地域の気団の特徴は以下のようになります。
日本近くでの天気の仕組み

これらの気団は、日本の気象に大きな影響を与えることがあり、天気予報などでも頻繁に取り上げられます。また、気象災害などを予防する上でも、これらの気団の動向を把握することが重要です。
日本の各季節での天気の特徴

春には、日本付近を高気圧と低気圧が交互に西から東へ通過し、天気が数日周期で変化します。 気温の変化も大きく、低気圧の東側では南からの暖かい空気が流れ込むため、気温は上昇しますが、低気圧の西側では北からの冷たい空気が流れ込むため、気温は下降します。 春の後半は高気圧が多く覆い、日照時間が徐々に増えますが、沖縄・奄美では5月に梅雨の季節が始まります。
日本の各季節での天気の特徴

夏の前半は、梅雨前線の影響により北海道以外全国的に降水量が多くなります。 夏の後半には、太平洋高気圧が全国的に晴天と高温をもたらします。 多くの日で全国的に30°C以上の気温となり、北海道と沖縄の気温差は約5°C程度と小さくなります。 一方、オホーツク高気圧が現れると、北日本の太平洋側には冷たく湿った東風が吹き、曇りがちな日が多く、気温も下がります。 沖縄・奄美では、台風の接近が8月に増えます。
日本の各季節での天気の特徴

9月には、秋雨前線や台風の影響で降水量が増加しますが、特に西日本では残暑が続く年もあります。 10月には、移動性高気圧による晴天の日が多くなります。 11月には、低気圧が通過した後に冬型の気圧配置が一時的に現れ、日本海側を中心に雨の日が多くなり、北日本では雪が降り始めます。11月には、低気圧が通過した後に冬型の気圧配置が一時的に現れます。
日本の各季節での天気の特徴

冬になると、シベリア高気圧とアリューシャン低気圧が共に強まります。
日本の各季節での天気の特徴

日本周辺は等圧線に垂直なストライプ状の冬型気圧配置になり、北西の季節風が吹き込んでシベリアからの冷たい空気がもたらされます。この冷たい季節風は山脈にぶつかって上昇気流や雲を発生させ、日本海側では多くの雪の日があり、特に山岳地帯では3メートルを超える積雪が見られます。
日本の各季節での天気の特徴

一方、太平洋側では山から乾燥した風が吹き下ろされ、晴天の日が多くなります。
日本の各季節での天気の特徴

北海道では気温が氷点下に継続している一方、沖縄と奄美では気温が15°C以上になることがよくあります。北海道と沖縄の間には20°C以上の気温差があります。