[Q&A広場#024]成層圏で雲ができない理由は？

ちーがくん

はかせ！今日はこんな質問をいただきました！

質問内容

質問No.24 質問者：教員サンサン

成層圏で雲ができない理由はどうしてですか？

ちーがくん

確かに、成層圏で雲ができたって話はあまり聞きませんね。
これってどうしてなんでしょうか？

はかせ

面白い視点じゃな！成層圏は対流圏とは異なる特性があるんじゃよ。
今回は成層圏で雲ができにくい理由について説明するぞ。

Contents

成層圏って？
成層圏で雲が形成されにくい理由
例外：極成層圏雲（PSCs）
積乱雲は成層圏に入れないの？
まとめ

成層圏って？

はかせ

まずは成層圏とはどんな層か？というところから説明していくぞ。
成層圏は、地球の大気圏の一部で、対流圏の上空に位置するんじゃ。

ちーがくん

この図を見ると、高度約10kmから50kmまでの層を指すんですね！

はかせ

そうじゃな。成層圏にはオゾン層が存在していて、このオゾン層が紫外線を吸収することで、上空ほど温度が上昇する特徴があるんじゃよ。
大気圏のより詳しい解説は、以下の記事でしているので、気になる人はぜひ読んでみてくれ！

【地球の大気構造はどうなっている？】対流圏・成層圏・中間圏・熱圏を図解でわかりやすく解説！大気が存在する領域である「大気圏」この大気圏は一体どのような構造をしているがご存知ですか？大気圏は上空ま...

成層圏で雲が形成されにくい理由

ちーがくん

じゃあ、どうして成層圏では雲が形成されにくいんですか？

はかせ

ここからはその要因を3つ説明するぞ！

1. 極端な乾燥

はかせ

まずは極端な乾燥がその要因としてあるぞ。
成層圏は非常に乾燥していて、水蒸気の量が非常に少ないんじゃ。

ちーがくん

そうなんですか！「【図解まとめ】雲ができる仕組み&雲ができやすい条件3選を簡単に解説！」でもやったとおり、雲ができるプロセスには水蒸気が必要になりますね！

はかせ

そうじゃな。雲が形成されるためには水蒸気が凝結して水滴や氷の結晶になる必要があるんじゃが、成層圏ではその水蒸気が不足しているんじゃ。

ちーがくん

だから成層圏では雲ができにくいんですね！

2. 温度の逆転層

はかせ

また、温度分布の違いも影響しているんじゃ。先ほども説明したが、成層圏では高度が上がるにつれて気温が上昇するんじゃが、これは対流圏とは逆の現象なんじゃよ。

ちーがくん

確かに、僕たちが住む対流圏では基本的に上空ほど気温が低いですね。
山の上の方が気温が低いわけですし！

はかせ

そうじゃな。成層圏のように上空ほど気温が高いという状態では、空気の垂直混合が抑制され、上昇気流が発生しにくくなるんじゃ。
上昇気流がなければ、水蒸気を含む空気が冷却されて雲を形成することが難しくなるんじゃよ。

ちーがくん

あっ！「【図解まとめ】雲ができる仕組み&雲ができやすい条件3選を簡単に解説！」でやった雲が発生する場所に共通するキーワードは「上昇気流の発生」でしたね！
でも、成層圏では上昇気流が発生しにくいから雲が発生しないんだ！繋がってきました！

3. 安定した層構造

はかせ

先ほどの温度の逆転層とも関係しているんじゃが、このような特徴により、空気の層が非常に安定しているんじゃ。
それは成層圏という名前にも表れていて、層を成すから成層圏なんじゃ。

ちーがくん

そういう意味だったんですね！
確かに層を成していたら、大気は安定していそうです！

はかせ

この安定した層構造により、縦方向の混合がほとんどなく、地表からの湿った空気が成層圏に到達することは稀なんじゃ。

ちーがくん

層構造が安定しているから、湿った空気が成層圏まで届かないんですね！

例外：極成層圏雲（PSCs）

はかせ

ただし、成層圏で唯一見られる特殊な雲として「極成層圏雲（PSCs）」と呼ばれるものがあるんじゃ。

ちーがくん

これが極成層圏雲ですか！
オーロラみたいにキラキラしていてきれいですね！

はかせ

そうじゃな。これらの雲は-78°C以下という非常に低温の条件下で、北極や南極などの極地域の冬季に形成されるんじゃよ。
成層圏での特殊な条件下でのみ発生し、氷結晶で構成されているんじゃ。

ちーがくん

極成層圏雲って、そんな特別な条件でしかできないすごい雲なんですね！
雲といえど、厳密には一般的な雲のでき方とは大きく異なりますね！

積乱雲は成層圏に入れないの？

ちーがくん

ここまでの説明で、成層圏内で雲が発生しないのは分かったんですが、まだ納得がいってないところがあります。
例えば対流圏で発生した積乱雲のような背の高い雲なら、発達して上昇していたら、気がついたらそこは成層圏だった！みたいなことってないんですか？

はかせ

いい観点じゃな！結論からいうとそのようなことは起こらず、積乱雲はおよそ10kmの対流圏界面に到達すると、それ以上上昇することができないんじゃよ。

ちーがくん

えっ！何でですか？

はかせ

理由を以下にまとめたぞ！

ー積乱雲は成層圏に入れないの？ー

積乱雲が成層圏に入れない理由

温度差:
- 対流圏では高度が上がるほど気温が下がる。
- 成層圏では高度が上がるほど気温が上がる。
- 冷たい空気は暖かい空気より重いため、成層圏の温暖な空気に入れない。
オゾン層の影響:
- 成層圏の温度が高いのはオゾン層が紫外線を吸収して発熱するため。
- これにより積乱雲は成層圏に達せず、対流圏界面で止まる。