フェーン現象
ここに、高さ1,000mの山があるとする。その麓を地点A、さらにその山を越えた麓を地点Bとする。地点Aの気温を15°Cとし、ここで地点AからBの方向に向けて風が吹いているとする。もちろんその風は、山肌にぶつかり行き場を失って上昇気流として山を登り始める。気温は高度とともに低下するので、この風が空気を飽和させるのに十分な水蒸気を含んでいる場合、上昇中のどこかで空気が飽和して雲が発生し、最終的には山に雨を降らせる。湿った空気の温度減率(これを湿潤断熱減率という)は、空気中に含まれる水蒸気が凝縮する際に熱を放出させる凝縮熱から、平均の温度減率(0.6°C/100m)よりも小さい。すなわち湿潤断熱減率は約0.5°C/100mである。その割合で温度が低下していくならば、山の頂上(1,000m)付近では温度が10°Cとなるはずである。また、吹き降ろすときには水蒸気の凝結がないので温度減率(これを乾燥断熱減率という)は湿潤温度減率よりも大きい約1°C/100mである。そうするとB地点での温度は20°Cとなる。よってB地点ではA地点よりも気温が高く、乾燥した風が吹くということになる。このフェーン現象は、湿った空気を前に伴ったものという意味で湿ったフェーン現象と呼ぶ。水蒸気と分離した結果、温位が上昇した空気が力学的に下降する現象と言える。その性質により山地の前後で相当温位はほぼ保存する。
熱力学メカニズム
空気中に含まれる水蒸気が凝縮する際に熱を放出させる(凝縮熱)。山の斜面を風が吹きあがるとき空気は冷やされるが、このとき水蒸気を多く含んでいると、露点に達したときに凝縮熱が放出されるので温度が下がりにくい。上昇につれて、含んでいた水蒸気を雨などとして失い、山を越えるまでに乾燥した空気は下降に伴い加熱されるが、与えられた凝縮熱を戻す先がないのでもとの気温よりも高くなる。フェーン現象が起こると冬季であっても気温が暖かくなることがある。
力学メカニズム
比較的温かく乾いた(温位の高い)空気の塊が、山を越えて地表に降りてくる場合にもフェーン現象が起こる。この場合には山を越える際に雲と雨は発生しない。
日本の富山平野で発生するフェーン現象の8割が力学メカニズムによって発生していることが、2021年の筑波大学の研究によって明らかになった。