3.6 大気の温度分布の理解

3.6 大気の温度分布の理解

さて、対流圏がなぜ典型的な温度分布を示すのか、その理由が分かってきたと思います。 大気は入ってくる太陽の可視光線に対してほとんど透明なので、地球の表面が温まり、その上空の空気を暖め湿らせる。 この暖かく湿った空気は、最初は乾燥した断熱状態で上昇し、雲が形成されると湿った断熱状態で上昇する。

もし大気の温度分布が大気の水分だけで決まるとしたら、より乾燥した気団は乾燥断熱経過率に近い経過率を持ち、その場合、空にはより少ない、薄い雲があることが予想されるでしょう。 湿った空気塊の経過速度は湿潤断熱経過速度に近く、その結果、多くの高度で雲に覆われる。

しかし、時には成層圏からの空気塊の混合、雨や雨の蒸発など、多くの過程が異なる高度の空気の温度に影響を与える。 大気放射のレッスンで示すように、地表、雲、赤外線吸収ガス（水蒸気や二酸化炭素）の間の赤外線放射の交換も、大気の温度分布を決める上で大きな役割を果たします。結果として生じる大気のプロファイルは、乾燥断熱経過率より小さいものから湿潤断熱経過率より大きいものまで、さまざまな局所経過率になる可能性があります。 下の温度プロファイルをよく見てほしい。 あなたは、温度プロファイルをそれが何であるかを作るために結合するこれらのプロセスの多くの証拠を見るでしょう。

Skew T diagram at Edmonton, AB, Canada, on April 28, 0000 UTC. Diagram from NOAA public data.

Credit: NCAR

これらのプロファイルを年間を通して、地球全体で平均化すると、典型的な対流圏の温度プロファイルを思いつくことができます。 国際民間航空機関（Doc 7488-CD、1993）によると、標準大気は、地表の温度が15 oC、0 kmから11 kmまでの経過率が6.5 oC km-1、11 kmから20 kmまでの経過率がゼロ、20 kmから32 kmまでの経過率が-1 oC km-1で成層圏（つまり高度になるほど温度が上昇）であるという。 この標準プロファイルが全球平均のプロファイルをよく表しているとしても、このような温度プロファイルがラジオゾンデで見られたことはまずありません。

安定性に関する知識と湿潤プロセスの知識を組み合わせることで、大気中の雲の挙動を理解することができます。 次の写真は、ペンシルベニア州ハリスバーグの近くにあるスリーマイル島原子炉の冷却塔から放出された水蒸気が、すぐに凝縮して雲を形成している様子を示しています。 雲は上昇し、その密度が周囲の空気の密度と一致するレベルまで到達します。

Water vapor plume rising from the Three-Mile Island nuclear power plant near Harrisburg, PA. キノコ型をしているのは対流圏最下部の温度分布によるもの。

Credit: W. Brune