なぜ雲は水のトンを持っているときに浮かぶのですか?

大学大気研究機構の運用気象教育訓練協力プログラム(COMET)の上級気象学者であるDouglas Wesleyは、次のように説明しています:

私たちが見る雲の中の水と氷の粒子は、重力の影響を感じるには小さすぎます

画像:Ron HOLE、イリノイ大学雲カタログ
浮遊する雲。私たちが見る雲の中の水と氷の粒子は、重力の影響を感じるには小さすぎます。 その結果、雲が空中に浮かんでいるように見えます。

雲は主に小さな水滴で構成されており、十分に寒い場合は氷の結晶で構成されています。 あなたが見る雲の大部分には、かなりの落下速度を持つには小さすぎる液滴および/または結晶が含まれています。 そのため、粒子は周囲の空気と一緒に浮遊し続けます。 地面に近い類推のために、太陽光のシャフトに対して見たときに、空気中に浮遊するように見える小さな塵粒子を考えてください。

確かに、典型的な水滴の中心からその端までの距離-その半径-は数ミクロン(ミリメートルの千分の一)から数十ミクロン(氷の結晶はしばしば少し大き そして、任意のオブジェクトが落ちる速度は、その質量と表面積に関連しています-それが羽が同じ重量の小石よりもゆっくりと落ちる理由です。 ほぼ球形の粒子の場合、質量は半径3乗(r3)に比例し、そのような粒子の下向きの表面積は半径2乗(r2)に比例します。 したがって、小さな水滴が成長するにつれて、その質量はその形状よりも重要になり、液滴はより速く落ちる。 半径100ミクロンの大きな液滴であっても、落下速度は毎秒約27センチメートル(cm/s)である。 そして、氷の結晶はより不規則な形をしているので、それらの落下速度は比較的小さい。

大気中の上向きの垂直運動、すなわち上昇気流は、それらの構成粒子の小さな落下速度を相殺することによって雲の浮遊外観にも寄与する。 雲は一般的に形成され、生き残り、上向きに動いている空気中で成長する。 上昇する空気は、その圧力が低下するにつれて膨張し、その膨張がより薄い高高度の空気になると冷却が引き起こされます。 十分に冷却すると、最終的に水蒸気が凝縮し、雲の生存と成長に寄与します。 層状雲(安定した雨を生成するもの)は、典型的には、広範ではあるが弱い上向きの動き(例えば、数cm/s)を有する環境で形成され、対流雲(シャワーと雷雨を引き起こ しかし、どちらの場合も、大気の上昇は、雲粒子の小さな落下速度を無効にするのに十分である。

雲の相対的な明るさを説明する別の方法は、雲の総質量をそれが存在する空気の質量と比較することです。 標高10,000フィートの架空の典型的な小さな雲を考えてみましょう。 雲の粒子の総質量は約1万キログラムであり、これは自動車の500分の1の重量にほぼ相当する。 しかし、その同じ立方キロメートルの空気の総質量は約1億キロです-液体よりも1,000倍重いです!

だから、典型的な雲には多くの水が含まれているにもかかわらず、この水は小さな水滴や結晶の形で数マイルにわたって広がり、重力の影響は無視 したがって、地上での私たちの視点から、雲が空に浮かんでいるように見えます。

最初に投稿された回答1999年5月31日



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