中学受験理科｜雨雲があるのに地面は乾いたまま？｜尾流雲と途中の蒸発

雲から雨粒が落ち始めても、全部が地面まで届くとは限りません。雲の下の空気が乾いていると、落下中に蒸発してしまうことがあります。雲から下へ伸びる筋が途中で消える尾流雲は、そのような現象を考える手掛かりです。空の雨と地上の雨を同じ場所の量として扱わないことが大切です。

中学入試で雨量の資料を読むとき、どの高さで何を測ったかを確認します。地上の雨量計が0mmでも、上空で雨粒が一切できなかったという意味ではありません。レーダーの記録と地上の観測が違うときも、どちらかが必ず故障しているとは限らないのです。

落ちる間にも水の状態が変わる

雨粒は落下しながら周囲の空気に接しています。水蒸気の少ない空気へ液体の水が蒸発すれば、雨粒は小さくなります。十分長い時間や距離の間に全部蒸発すれば、液体の雨として地面へ届きません。水そのものが消えたのではなく、空気中の水蒸気へ移っています。

同じ雲から出た雨でも、下の空気の湿り具合、雨粒の大きさ、落下する距離などで残り方が変わります。雲があるかどうかだけで地面の雨量を決められない理由です。ここでは雲から出た液体の雨を考え、雪や氷の昇華などを混ぜずに模型を作ります。

例題1の水収支。横からの出入りを無視する模型。

ある面積の上空を通過した水が100gで、地上までに30g蒸発したなら、ほかの出入りがなければ地上へ届くのは70gです。途中で風に流されて別の面積へ移る場合は、同じ柱の中の量として単純に引けません。例題では横からの出入りをなくし、状態変化だけを比べます。

水の量をmmで表すときも意味は同じです。一定の面積へ均等にたまった深さに換算した値であり、雨粒の直径ではありません。上空の値と地上の値を比べる際には、対象の面積と時間がそろっていることが必要です。

模型の雲から、同じ面積に水深換算で毎時3mmの雨が落ち始めています。地面までの乾いた層では、通過する雨の40％が蒸発します。横方向の出入りはなく、この条件が2時間続くとき、地面に届く雨量は何mmですか。

答え・解説： 地面まで残るのは60％なので、毎時3×0.6＝1.8mmです。2時間では1.8×2＝3.6mm。上空で出た6mmのうち2.4mm分が途中で水蒸気へ移りました。40％を2時間だから80％と足すのではなく、各時間に来る雨へ同じ割合を適用します。

レーダーでは雨粒に対応する反射が上空に見られ、地上の雨量計は0mmでした。現地では雲の下から伸びる筋が途中で消えています。「レーダーに映ったものは全部誤り」と断定できますか。考えられる説明を一つ挙げてください。

答え・解説： 断定できません。上空から落ちた雨が、地面へ届く前に蒸発したという説明が考えられます。ただし、示された資料だけで唯一の原因と確定するわけではありません。下層の湿度、反射の高さ、観測時刻の対応などを調べると、その説明を確かめる手掛かりが増えます。

液体の水が蒸発するにはエネルギーが必要で、周囲から熱を受け取ると空気が冷えることがあります。したがって、雨が地面へ届かないから大気に影響もない、とは言えません。ただし、冷え方や風の強さを、蒸発した割合だけから数値で決めることはできません。

落下する雨が周囲の空気へ水蒸気を加えれば、後から来る雨が通る環境も変わり得ます。例題1の40％は、一定と指定した模型の条件です。実際の時間変化を読む問題なら、最初と後半で同じ割合を使ってよいかを確認します。

また、雨量計には小さな量を記録する限界があるため、表示の0が必ず完全な無降水を意味するとは限らない場合があります。装置の記録単位と、目で見た地面の状態も別の資料です。空、落下する途中、地面の三段に分けて読むことで、雨雲の画像からすぐ地上の状況を断定しない考え方が身に付きます。

雲から落ちる雨が途中で蒸発した場合、地上の雨量は少なくなりますが、地域全体からその水が消失したわけではありません。水蒸気として空気に含まれ、さらに移動する可能性があります。雲の水、落下する水、空気の水蒸気を別の欄にすると、水の循環のどの過程を見ているかが明確になります。

粒が細かい雨と大きな雨粒では、同じ水の量でも空気に接する表面の広さが異なります。小さな粒へ分かれるほど総表面積が大きくなるという考えは、途中の蒸発を考える手掛かりです。ただし落下速度や周囲の湿度も違い得るので、表面積だけで地上へ残る割合を正確に予測することはできません。

尾流雲を見た地点と、真下の地面の観測地点が同じとは限らないこともあります。斜めから見た雲の筋の位置を、目の前の地面へそのまま下ろさないでください。上空の高さと水平位置が分かる資料を合わせて初めて、どの雨量計と比べるかを決められます。見える範囲と測っている範囲をそろえることが重要です。

雲の下に線が見えても、それが地面へ届いているかは線の下端を確かめます。手前の山で見えなくなった場合と、空中で薄れて消えた場合では根拠が違います。見えない部分を蒸発と決めず、観察できる範囲を言葉に残してください。