雲の発生 ＜　occurrence 　of　 clouds　＞ 　吉田　真帆　

動機 動機 普段から何気なく目にしている雲が上昇気流による気圧の変化によってできているということを知り、その気圧の変化がどれほどの大きさで雲を発生させられるのかに興味を持ったので調べてみることにした。  

要旨 真空ポンプを用い、気圧の下げ方を変えて実験を行った。そこで気圧変化が緩やかなものは雲を発生させることができなかったので、雲は気圧が急激に下がると発生することが分かった。 気圧の下げ方の違いによる雲の発生を調べた。 より正確に雲の発生を見るためにレーザーポインターを用い、チンダル現象を利用して実験をした。

雲の発生の仕組み ΔU=Q+ΔW 断熱膨張 上昇気流によって空気が持ち上がると、周りの圧力が下がり空気が膨らむ。 その際に周りの空気との熱の出入りがないので空気が自ら持っているエネルギーを使って膨らむため温度が下がる。 熱力学的状態変化に伴う内部エネルギーの変化量ΔU(J)は，熱Q（J）によるエネルギーの移動と，力学的仕事W(J)によるエネルギーの移動の総和になる。 ΔU=Q+ΔW

雲の出来る場所 ※上昇気流の発生場所 ⑴ ⑶ 雲 太陽 雲 暖かい空気 陽射し 蒸発 冷たい空気 ⑵ ⑷ 雲 雲 斜面を上昇 低気圧

実験１ 用意したもの 方法 エコログ(株式会社テックジャム) 雲発生器(島津理化器械株式会社) 真空ポンプ➀(佐藤真空株式会社） 真空ポンプ②（アルバックテクノ株式会社） 方法 真空ポンプを使い、容器から空気を抜いていき、気圧を下げて雲を発生させた。そして、雲が発生するときとしないときの気圧の下がり方の違いを見る。実際の空気に含まれているチリの代わりに線香の煙を入れるものと、入れないものに分けて実験を行った。 　　→二つの異なる真空ポンプを使い二度の実験を行った。

結果 1秒当たり 約２０．０hPa 減 1秒当たり 約１９６．２hPa 減 ※初めの気温は、 約１５℃です 真空ポンプ① 煙あり　雲は発生した 煙なし　雲は発生しない 真空ポンプ① 1秒当たり 約１９６．２hPa 減 煙あり　雲は発生した 煙なし　雲は発生した 真空ポンプ② ※初めの気温は、 　 約１５℃です

結果①・② ①１秒当たり 約１９９．８ｍ上昇 煙なし 雲は発生しない 煙あり 雲は発生した ②１秒当たり １９６２．０ｍ上昇 ２ ※高度に対する平均的な気圧は、 　 １００ｍ上がるごとに約１１ｈPa 　　下がるといわれている。 4500m　　　　５７７ｈPa 4000m　　　　６１６ｈPa 3500ｍ　　　　６５８ｈPa 3000ｍ　　　　７０１ｈPa 2500ｍ　　　　７４７ｈPa 2000ｍ　　　　７９５ｈPa 1500ｍ　　　　８４６ｈPa 1000ｍ　　　　８９９ｈPa 500ｍ　　　　 ９５５ｈPa 0ｍ　　　　　 １０１３ｈPa ①１秒当たり　約１９９．８ｍ上昇 煙なし　雲は発生しない 煙あり　雲は発生した ②１秒当たり　１９６２．０ｍ上昇 煙なし　雲は発生した ２ １

考察 どちらも気圧を７９５ｈPa以下まで下げた。その気圧の平均高度が２０００ｍである。 このように、煙を入れなかった場合でも凝結高度には達しているが、空気の抜く速度が遅いものは雲の発生を確認できなかった。 そこで抜く速度が遅いとき（気圧の変化率が小さいとき）、目に見えないほど小さな雲粒になる？！ ｈ＝１２５（温度―露点） ｈ＝１２５（１５．０－１０．１） ｈ≒６１５ ※ｈ＝凝結高度

仮説 地上の気温で煙を入れない場合、雲を発生させるには1秒に約1962ｍほどの上昇気流が必要になる。 →実際にはありえないほどの上昇気流 　地上の気温で煙を入れない場合、雲を発生させるには1秒に約1962ｍほどの上昇気流が必要になる。 　　→実際にはありえないほどの上昇気流 すべて凝結高度に達しているも関わらず1秒に約200ｍの上昇気流では煙ありでは雲が発生し、なしでは発生しなかった。 　　→気圧の変化率が雲の発生に関係している。 凝結高度に達しているのに雲の発生を確認できないのは、目に見えないほど小さな雲粒ができているのでは？！

実験２ 空気入れで、ペットボトルに空気を入れて気圧を上げ、空気の抜き方を変えて雲が発生した時の気圧の下がり方を調べた。空気を抜く時間はボイスレコーダーを用いて測定した。 目視で発生を見られなかったものに限り、より小さな雲粒の発生があるかどうかを調べた。 レーザーポインターを使いチンダル現象を用いて雲の有無を確認した。

チンダル現象とは 微小な粒子が分散している透明物質やコロイド溶液に光を入射させると，光が微小粒子によって散乱され，光の通路だけが濁って見える現象

用意した物 ５００mlペットボトル　　８本 線香 自転車用気圧計付空気入れ ボイスレコーダー 着火ライター レーザーポインター

タイヤの空気入れをつけて加工したペットボトルでゆっくり空気を抜いていき、 実験方法① タイヤの空気入れをつけて加工したペットボトルでゆっくり空気を抜いていき、 ボイスレコーダーを用いて測定 ？ 煙 煙 ※1011.6ｈPaから1009.1ｈPaまで下げた

実験方法② ？ 煙 煙 レーザー ポインター ※1011.6ｈPaから1009.1ｈPaまで下げた

結果①

結果① 100mごとに11ｈPa下がることから 1秒当たりの気圧変化（ｈPa) ０．１１ で上昇気流の速度が求められる。 抜く時間（秒） 1.94 2.5 1.2886 1.44 1.7361 1.69 1.4792 2.08 1.2019 1.36 1.8382 3.01 0.8305 2.41 1.0373 2.26 1.1061 2.49 1.0040 1.53 1.6339 1.22 2.0491 1.01 2.4752 1.07 2.3364 2.73 0.9157 4.54 0.5506 6.64 0.3765 抜く時間（秒） 前後の 気圧差（ｈPa) １秒当たりの 気圧変化（ｈPa） 4.55 2.5 0.5494 2.59 0.9652 2.51 0.9960 3.61 0.6925 2.54 0.9842 2.43 1.0288 2.64 0.9469 100mごとに11ｈPa下がることから 1秒当たりの気圧変化（ｈPa) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 　　　　　　０．１１ で上昇気流の速度が求められる。

結果① 目に見える雲も 見えない雲も 発生した！！ 上昇気流の速度（ｍ/ｓ） 8.84 m/s 目に見える雲は発生しなかった 8.69m/s ２０ １５ １０ ５ ０ 上昇気流の速度（ｍ/ｓ） 8.84 m/s 目に見える雲は発生しなかった 8.69m/s １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ 　　１６ １７ １８ １９ ２０ ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ 回数（回）

結果① ※平均的な4階建てのマンションは 高さが１２ｍ（1階あたり3m程度 天井高2.4m＋間隔0.6mと言われて いる） 8.69m/s 目に見える雲が発生しなかった。 8.84m/s 目に見える雲も見えない雲も発生した。

まとめ 上空のチリの代わりに煙を入れた場合、目に見える雲でも上昇気流の速度が1秒あたりに８．８４ｍ以上の上昇気流で発生させることができた。 　目に見える雲のほかに目に見えない雲が発生した。 　　　　 ➡目に見えない雲は最低で１秒あたり４．０ｍ以上の上 　　　　　　昇気流でできる。 お天気雨は、はるか遠いところにある雲から降った雨が上空の強い風によって流されてくると一般的に考えられているが、『目に見えない雲』も関係しているのではないかと考える。

今後の課題 気圧だけでなくいろいろな湿度と温度における雲の発生条件を調べていく。 目に見えない雲ができるときのデータの取り方を改善して調べていく。 雲ができる上空により近い環境を作り実験していく。

参考文献 人工降雨 -渇水対策から水資源まで‐ 雲のかたち立体的観察図鑑 人工降雨　　-渇水対策から水資源まで‐　 雲のかたち立体的観察図鑑 http://www.jma-net.go.jp/matsue/chisiki/column/cloud/cloud.html http://www.ebayama.jp/q-a/kumonamae/kumo.htm http://k-ichikawa.blog.enjoy.jp/etc/HP/js/humidity/hum1.html http://www.es.ris.ac.jp/~nakagawa/met_cal/satu_vapor.html http://sacn.cn.azbil.com/yangben/file/12-01%EF%BC%88FI%EF%BC%8919-1.%20%E9%A3%BD%E5%92%8C%E6%B0%B4%E8%92%B8%E6%B0%97%E5%9C%A7%E8%A1%A8.pdf  

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