昨日は、周りから熱収支が無い場合、乾いた空気は1,000m上がる毎に10℃気温が下がる理由が乾燥断熱減率(上図左側のモデル図)によることを説明しました。今日は、その空気が乾いていない場合を考えてみます。夏は太平洋高気圧からの湿った南風が日本列島に吹きますので、日本の夏には日本の各地によく見られる現象です。もし、このような湿った風が上図右側のモデル図に示すように山を駆け上がる場合を考えてみます。
高度が上がると気圧が低下して空気塊が膨張するために自らの温度を下げて下がった分を膨張のためのエネルギー源にすることは、乾燥断熱減率の場合と同じですので山を駆け上がっていくにつれて温度は下がっていきます。温度が下がっていくと水蒸気が空気中で存在できる最大許容量(飽和水蒸気量)が減っていきます。その様子はこの図に示すとおりで、例えば35℃で40g/m3の飽和水蒸気量は30℃になると30g/m3に減りますので、差し引き10g/m3の水蒸気は凝固して水滴になります。その場合、水蒸気の状態の方がエネルギーレベルが高いのでその差が熱(潜熱)として放出されます。
すると、その熱が膨張のため必要なエネルギー源のほぼ半分を補って相殺されることになりますので、乾燥断熱減率では1,000m上がる毎に10℃気温が下がったのですが、この相殺により1,000m上がる毎に5℃気温が下がることになります。この現象を湿潤断熱減率と言っており、上のモデル図に示すように湿った風が山を駆け上がっていく場合はこの湿潤断熱減率によるため、山を駆け上がる前の湿った空気の気温35℃は山頂では乾いた空気の30℃になり、次にこの山を駆け下りていく場合は、乾燥断熱減率により1,000m上がる毎に10℃気温上がることから山頂の気温35℃は40℃となり、結局山を越す前の気温35℃が5℃上昇することになります。これが、フェーン現象のメカニズムです。
フェーン現象の発生には、湿った風が山を駆け上がることが必須条件となります。猛暑を引き起こすフェーン現象は夏場、太平洋高気圧からの湿った南寄りの風がある程度高い山(1,000m前後)を越えてから降りていく場合に限定されることになります。1933年7月25日、山形県山形市の気象台で日本の気温の当時における最高記録40.8℃を記録した際も、2007年8月16日の岐阜県多治見市および埼玉県熊谷市で40.9℃を記録して山形市の記録を塗り替えた際もフェーン現象が原因とされております。
