雲があると気温はいつも下がる、あるいはいつも上がる、という単純な関係ではありません。雲は昼には太陽光を反射・遮蔽して地表の昇温を抑える一方、夜には地表から出る赤外放射を吸収して地表側へ戻し、冷え込みを弱める働きがあります。どちらの効果が強く現れるかは、季節、昼夜、雲の高さや厚さ、雲量、風、湿度、地表面の状態などによって変わります。
そのため、「曇ると涼しい」「曇ると暖かい」という一見反対の現象は、どちらも起こり得ます。夏の昼に厚い雲が広がれば日射が弱まって気温上昇が抑えられやすく、晴れた冬の夜には地表から熱が逃げやすいため強く冷え込むことがあります。雲による気温への影響を理解するには、短波の日射と長波の赤外放射を分けて考えることが大切です。
雲は気温をどう変えるの？
地球の気温は、太陽から受け取るエネルギーと、地表や大気から外へ出ていくエネルギーのバランスによって変わります。気象庁によると、太陽から届く日射の一部は雲や大気中の粒子によって反射され、残りが地表や大気に吸収されて暖めます。また、暖められた地表や大気は赤外線として熱を放出します。
雲はこの両方に関わります。昼間は太陽光の一部を宇宙側へ反射し、地表に届く日射を減らします。一方、地表から上向きに出る赤外放射の一部を雲が吸収すると、雲はそのエネルギーを上下方向へ再び放射します。下向きに戻る赤外放射は、地表の冷却を弱める方向に働きます。
つまり雲には、日射を減らす「冷やす側の作用」と、赤外放射を戻す「冷えにくくする側の作用」が同時にあります。実際の気温変化は、この二つの作用と、そのほかの天気条件が組み合わさった結果です。
なぜ昼の雲は気温上昇を抑えやすいの？
昼間は太陽からの短波放射が地表を暖める主なエネルギー源です。厚い雲が広がると、雲粒や氷晶によって太陽光の一部が反射・散乱されるため、地表に届く日射が減ります。その結果、地面や建物、海面などの温度が上がりにくくなり、地表付近の空気の昇温も抑えられやすくなります。
NASAも、低く厚い雲は多くの太陽放射を反射するため、地表を冷やす方向の効果が比較的大きいと説明しています。特に日射の強い時間帯に雲が広がれば、晴天時との気温差が大きくなることがあります。
同じ曇りでも気温への影響が違う
雲の厚さや雲量によって、地表へ届く日射の量は変わります。空を薄い雲が覆っていても日射がかなり届くことがありますが、厚い雨雲が広く覆えば日射は大きく減ります。
また、雲の切れ間から日が差せば、短時間で地表面が暖まることもあります。したがって、天気予報上は同じ「曇り」でも、雲の種類や厚さ、雲の切れ方によって気温の上がり方は違います。
なぜ夜は雲がある方が冷えにくいの？
夜になると太陽からの日射がなくなり、地表は主に赤外線を放出して熱を失います。晴れて雲が少ない夜は、この熱が上空へ逃げやすく、地表面が強く冷えることがあります。これが放射冷却です。
雲があると、地表から出た赤外線の一部を雲が吸収し、その一部を再び地表側へ放射します。気象庁は、下向き赤外放射が雲や水蒸気などから地表に向かって放射されると説明しています。このため曇った夜は、晴れた夜ほど地表の熱が失われにくく、最低気温が下がりにくいことがあります。
気象庁の放射冷却の解説でも、風が弱く晴れた夜は、地面の熱が雲に遮られず外へ出ていくため冷え込みやすいとされています。反対に考えると、雲は夜間の冷え込みを和らげる一因になります。
季節によって雲の影響が変わるのはなぜ？
雲が気温へ与える影響は、一年中同じ強さではありません。大きな理由は、季節によって日射の強さ、昼夜の長さ、地表や大気の温度、水蒸気量などが変わるからです。
夏は昼の日射を遮る効果が大きくなりやすい
夏は太陽高度が高く、昼の時間も長いため、晴れていれば強い日射が地表へ届きます。その時間帯に厚い雲が広がると、遮られる太陽エネルギーの量も大きくなりやすく、日中の最高気温が上がりにくくなることがあります。
ただし、雲が増える前に晴れて地面が十分に暖まっていた場合や、南から非常に暖かい空気が流れ込んでいる場合などは、曇っても気温が高いままになることがあります。雲の影響は、その時点までに蓄えられた熱や空気の流れと切り離して考えることはできません。
冬は夜の冷え込みを抑える効果が目立つことがある
冬は夜が長く、晴天・弱風なら地表が長時間にわたって熱を失います。そのため、雲がある夜と晴れた夜で最低気温に差が出ることがあります。曇りの夜は下向き赤外放射が増え、強い放射冷却が起こりにくくなるためです。
一方、冬の日中は夏より日射が弱いため、雲によって遮られる太陽エネルギーも季節条件によって違います。このため、昼の冷却効果と夜の保温的な効果のバランスが季節で変わります。
雲の高さによって影響が違うのはなぜ？
雲は高さによって温度が異なります。気象庁の衛星観測解説では、一般に高い雲ほど雲頂温度が低く、赤外線の放射強度も異なるため、その性質を利用して雲頂高度を推定しています。
高く薄い雲は、太陽光をある程度通しながら、地表や下層大気から出る赤外放射を吸収することがあります。NASAは、高い薄雲では温室効果側の働きが比較的大きくなる場合があると説明しています。
反対に、低く厚い雲は太陽光を強く反射しやすく、日中は地表を冷やす方向の効果が大きくなりやすいとされています。したがって「雲があるかないか」だけでなく、「どの高さにどのような雲があるか」も重要です。
雲の厚さや水分量でも変わる
雲が厚いほど、一般に太陽光は雲の内部でより多く散乱・反射されます。そのため、厚い層雲や発達した雨雲の下では、昼間の日射が大きく減ることがあります。
一方、非常に薄い巻雲などでは、太陽が透けて見えることもあります。このような雲は日射を完全に遮るわけではありません。雲粒や氷晶の大きさ、雲の厚さ、含まれる水や氷の量などによって、短波と長波への作用が変わります。
この違いが、同じ「雲あり」の状態でも地表の温度や気温への影響が一定にならない理由の一つです。
風が強いと雲の影響が分かりにくくなることがある
気温はその場所の日射や放射だけで決まるわけではありません。風によって暖かい空気や冷たい空気が流れ込めば、その影響が雲の放射効果より大きくなることがあります。
たとえば曇って日射が弱くても、暖かい南風が続けば気温が上がることがあります。反対に晴れていても、強い寒気が流れ込めば気温が低いままになることがあります。
さらに風は、地表付近の空気と上空の空気を混ぜます。夜に風が強ければ、晴れていても地面近くの冷たい空気だけが極端にたまりにくくなり、放射冷却による最低気温の低下が抑えられる場合があります。
湿度や水蒸気も雲と一緒に気温へ影響する
雲ができる場面では、空気中の水蒸気量も重要です。水蒸気は赤外放射を吸収・放出するため、下向き赤外放射にも関係します。湿った空気では、雲だけでなく水蒸気そのものも地表の放射収支に影響します。
また、雲から雨が降れば、蒸発による冷却や、雨粒による空気の混合などによって気温が下がることがあります。夏の夕立の後に急に涼しく感じることがあるのは、雲による日射遮蔽だけでなく、降水と冷たい下降気流なども関係しています。
このため、「雲が増えたから何度下がる」と一定の値で決めることはできません。雲ができる背景となった湿度や上昇気流、降水まで含めて見る必要があります。
雪や海、都市など地表の違いでも雲の効果は変わる
雲の放射効果は、その下にある地表面の性質にも左右されます。雪面は太陽光を強く反射するため、もともと地表が吸収する日射が少なくなります。一方、暗い地面や海面、都市の舗装面などは日射の吸収率が異なります。
また海は熱を多く蓄え、陸より温度変化が緩やかです。都市では建物や舗装が熱を蓄え、夜も熱を放出します。そのため、同じ雲量でも沿岸、内陸、積雪地、都市で最低気温や最高気温への影響の現れ方が異なることがあります。
「曇りの日は気温差が小さい」と言われるのはなぜ？
雲が多い日は、昼は日射を減らして最高気温の上昇を抑え、夜は赤外放射による地表の冷却を弱めることがあります。その結果、晴天日よりも昼と夜の気温差が小さくなる場合があります。
ただし、前線通過や寒気流入などで日中から夜にかけて空気そのものが大きく入れ替わる場合には、この単純な関係は崩れます。雲は日較差を調整する重要な要因ですが、風や気団の変化も同時に確認する必要があります。
天気予報を見るときは何に注目すればいい？
雲と気温の関係を考えるときは、単に晴れ・曇りだけを見るのではなく、次の条件を組み合わせると分かりやすくなります。
- 雲が多いのは昼か夜か
- 厚い雲か薄い雲か
- 低い雲か高い雲か
- 日射が強い季節・時間帯か
- 風が強いか弱いか
- 暖気や寒気が流れ込んでいるか
- 雨や雪を伴うか
- 地表が海、都市、積雪面などのどれに近いか
これらの条件を見ると、「今日は曇るから昼の気温が上がりにくい」「今夜は雲が残るので晴天時ほど冷え込まない」といった気温変化の理由を理解しやすくなります。
まとめ
雲による気温への影響が季節や環境によって変わるのは、雲が昼には日射を反射して地表の昇温を抑え、夜には地表からの赤外放射を吸収・再放射して冷え込みを弱めるという二つの作用を持つからです。
どちらの作用が目立つかは、昼夜、季節の日射量、雲の高さや厚さ、雲量、風、湿度、降水、地表面などによって変わります。低く厚い雲は日射を強く反射しやすく、高く薄い雲では赤外放射を通じた保温側の効果が相対的に大きくなる場合があります。
したがって、雲と気温の関係は「雲があるほど寒い」「雲があるほど暖かい」という一方向のものではありません。太陽から入るエネルギーと地表から出るエネルギー、その日の空気の流れを合わせて考えることで、季節や天気ごとの違いを理解できます。
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