結論からいうと、山の風上側と風下側で降水量が違うのは、湿った空気が山にぶつかると風上側で強制的に上昇して冷え、雲や雨・雪ができやすくなる一方、山を越えた空気は風下側で下降して暖まり、乾燥しやすくなるからです。
このため、同じ山をはさんだ近い地域でも、風上側では雨や雪が多く、風下側では晴れやすく降水量が少ないという差が生まれることがあります。こうした山地による降水の差は「地形性降水」や「雨陰」の考え方で説明できます。
ただし、風上側と風下側は山に固定された方角ではありません。その日の風向によって入れ替わります。また、前線や低気圧、台風、強い対流など別の上昇気流があれば、風下側でも大雨になることがあります。
まず「風上側」と「風下側」とは何か
風上側とは、風が吹いてくる方向に面した側です。風下側とは、山を越えて風が吹き去っていく側です。
たとえば西から東へ風が吹いているなら、山の西側が風上、東側が風下です。反対に東風なら、この関係は逆になります。
NOAAは、windwardを卓越風に向かう側、leewardを風から背を向ける側として説明しています。山や島では、風上側に湿った空気が押し上げられるため降水が増え、風下側は山に遮られて比較的乾燥しやすくなります。
なぜ風上側では空気が上昇するのか
空気は山の中を通り抜けることができないため、山にぶつかると斜面に沿って上へ移動します。この地形による強制的な上昇を「地形性上昇」と呼びます。
NOAAの米国国立気象局は、山や丘によって空気が強制的に上昇し、冷却される現象をorographic lifting（地形性上昇）と説明しています。上昇した空気が十分に冷えると、水蒸気が凝結して雲ができ、さらに冷却が進めば雨や雪になります。
つまり山は、湿った空気を上へ押し上げる「壁」のような役割を果たします。このため、湿った風が継続的に吹きつける斜面では、降水が増えやすくなります。
空気が上がるとなぜ冷えるのか
高度が上がると周囲の気圧は低くなります。空気のかたまりが上昇すると、周囲の気圧低下に合わせて膨張します。空気は膨張するときに内部のエネルギーを使うため、温度が下がります。
最初は水蒸気を含んだまま温度が下がっていきますが、露点まで冷えると水蒸気が小さな水滴や氷の粒へ変わり、雲ができます。
雲粒が成長して十分な大きさになると、雨や雪として地表へ落ちます。このため山の風上斜面では、平地では雲がなかった空気でも、斜面を上る途中で雲や降水をつくることがあります。
なぜ風下側では雨が少なくなりやすいのか
風上側で雨や雪を降らせた空気は、山頂を越えたあと風下側へ下降します。下降する空気は、周囲の気圧が高くなるにつれて圧縮され、温度が上がります。
空気の温度が上がると、同じ量の水蒸気を含んでいても相対湿度は下がり、雲はできにくくなります。風上側ですでに一部の水分を降水として失っている場合は、さらに乾燥しやすくなります。
NOAAは、風下側では空気が下降しながら暖まり乾燥するため、風上側より降水が少なくなる傾向があると説明しています。このように山の風下側で降水が少なくなる地域を「雨陰」と呼びます。
「雨陰」とはどんな現象か
雨陰とは、山地の風下側で周囲より降水量が少なくなる現象です。湿った空気が風上側で上昇・降水し、山を越えた後に乾燥した下降気流となることで生じます。
NOAAのNational Weather Serviceは、rain shadowを「山の風下側で、下降する空気が暖まり雲が消散するため降水が減る地域」と説明しています。
世界では、海から湿った風を受ける山脈の風上側が森林に覆われ、その反対側に乾燥地が広がる例があります。ハワイの島々でも、北東貿易風を受ける風上側は湿潤で緑が多く、風下側は比較的乾燥する傾向があります。
日本でも風上側と風下側の差は見られる
日本でわかりやすい例が冬の日本海側と太平洋側です。
冬は、大陸から吹く冷たい季節風が日本海を渡る途中で水蒸気を受け取り、雪雲を発達させます。その雪雲が日本列島中央部の山地へぶつかると、山の風上側である日本海側で上昇が強まり、雪や雨が降りやすくなります。
気象庁は、日本には高い山々が連なるため、冬の日本海側では曇りや雪・雨の日が多い一方、太平洋側では晴れる日が多いと説明しています。また、日本海側でつくられた雪雲が山脈を越える過程で多くの雪を落とし、太平洋側では晴れやすくなるとしています。
この違いは、山脈が日本の冬の降水分布を大きく分けている代表例です。
山が高いほど風上側の雨は必ず増えるのか
山が高いほど空気を大きく持ち上げられるため、条件が合えば地形性降水は強まりやすくなります。しかし「高い山ほど必ず降水量が多い」と単純には言えません。
実際の降水量には、次のような条件が関係します。
- 風にどれだけ水蒸気が含まれているか
- 風がどれくらい強いか
- 山の高さや斜面の急さ
- 山脈が風向に対してどの向きに延びているか
- 大気が安定しているか不安定か
- 前線や低気圧など別の上昇要因があるか
乾いた空気が山にぶつかっても、大量の雨は降りません。逆に比較的低い山でも、非常に湿った空気が長時間流れ込めば大雨になることがあります。
山脈の向きも降水差を大きくする
風が山脈にほぼ直角にぶつかる場合、空気は斜面を強く上昇しやすくなります。一方、山脈と平行に近い方向へ風が吹く場合は、山越えの上昇が弱くなることがあります。
そのため同じ山でも、風向が変わると雨が多い斜面も変わります。
たとえば普段は西風で西斜面が風上でも、台風や低気圧によって東から湿った風が入れば、東斜面が風上になります。山の東西どちらが「雨の多い側」かは、季節や気象状況によって変化します。
風上側ならいつでも雨が多いわけではない
風上側で降水が増えるためには、空気が十分な水蒸気を含んでいる必要があります。
乾燥した空気が山にぶつかれば、上昇して温度が下がっても飽和に達せず、雲ができないことがあります。また、雲ができても水滴が十分に成長しなければ、降水にはなりません。
逆に、海から暖かく湿った空気が長く流れ込む場合には、同じ風上斜面で雲や雨が繰り返し発生し、総降水量が大きくなることがあります。
したがって「風上側」という地形条件だけでなく、「どんな空気が流れ込んでいるか」が重要です。
風下側でも大雨になることはある
あります。雨陰はあくまで山越えの空気による一般的な傾向であり、風下側に雨が降らないことを意味しません。
たとえば前線や低気圧が風下側にあり、大規模な上昇気流が発生すれば雨が降ります。夏には地表の加熱による積乱雲が発達し、風下側でも局地的な大雨になることがあります。
また、風向が途中で変われば、その地域は風下ではなく風上になります。
天気予報を見るときは、「この地域は山の風下だから雨は降らない」と決めつけず、その日の風向や前線、低気圧、台風の位置を確認する必要があります。
フェーン現象と降水量の差はどう関係するのか
山越えの風下側で、乾燥して暖かい風が吹く現象として知られるのがフェーン現象です。
気象庁は、湿った空気が山を越える際に雨を降らせ、その後に風下側を吹き下りることで乾燥・高温になる現象をフェーンと説明しています。
湿ったフェーンでは、風上側で雲や雨が発生して水分が減り、山を越えた空気が風下斜面で下降・昇温します。そのため風上側は湿潤、風下側は乾燥・高温という差が強調されます。
ただしフェーンには、風上側で必ず大量の雨が降るとは限らない「乾いたフェーン」もあります。したがって、フェーンと雨陰は関連していますが、完全に同じ現象ではありません。
風上・風下の降水差は植物や川にも影響する
降水量の違いが長期間続くと、山の自然環境にも差が生まれます。
雨や雪が多い斜面では、土壌水分が多くなりやすく、川や湧水への水供給も増えます。森林や湿潤な植生が発達しやすい場合もあります。
一方、雨陰側では水分が少なく、乾燥に強い植物が多くなることがあります。積雪量が違えば、雪解け時期や春の川の水量にも影響します。
つまり山がつくる降水差は、その日の天気だけでなく、長期的な植生、水資源、農業、生態系にもつながります。
降水量の差は土砂災害にも関係する
湿った空気が山地へ長時間流れ込み、同じ風上斜面で雨が続くと、土壌中の水分が増えて斜面が不安定になることがあります。
また、地形によって雨雲が発達する場所が偏ると、平地ではそれほど雨が強くなくても、山沿いだけ非常に多い降水になる場合があります。
このため山地の大雨では、麓の観測値だけでなく、山の風上側や流域上流部でどれだけ降っているかを確認することが重要です。
風上側と風下側の違いを整理すると
- 風上側：空気が斜面を上昇し、冷却・凝結するため雲や雨・雪が増えやすい
- 山頂付近：空気が十分冷えると雲が発達し、降水が続くことがある
- 風下側：空気が下降して暖まり、相対湿度が下がるため雲が消えやすい
- 雨陰：山の風下側で降水量が少なくなる地域
- フェーン：山越えの下降気流によって風下側が高温・乾燥する現象
ただし、実際の降水量は山の高さだけでなく、風向、湿度、風速、前線、低気圧などによって変わります。
まとめ
山の風上側と風下側で降水量が違う最大の理由は、山によって空気が上昇・下降し、その過程で温度と湿度が変わるからです。
- 湿った空気が風上斜面を上ると膨張して冷える
- 冷えた空気では水蒸気が凝結し、雲や雨・雪ができやすくなる
- 山を越えた空気は風下側で下降し、圧縮されて暖まる
- 風下側では相対湿度が下がり、雲や降水が生じにくくなる
- この差によって雨陰やフェーン現象が生じることがある
- 風上・風下は固定された方角ではなく、その日の風向で変わる
- 前線や台風など別の上昇要因があれば、風下側でも大雨になる
つまり、山は単なる地表の障害物ではありません。空気を持ち上げたり吹き下ろしたりすることで、水蒸気を雨や雪へ変える場所を偏らせ、近い地域同士でも大きな降水量の差をつくっているのです。
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