冬の天気予報では、「雨になるか雪になるか微妙です」と説明されることがあります。気温が低ければ必ず雪、高ければ必ず雨になるように思えますが、実際はそれほど単純ではありません。
結論からいうと、雲の中でできた雪の結晶が地上へ落ちる途中で、どれだけ暖かい空気の層を通るかによって、雪のまま届くか、途中で融けて雨になるかが決まるからです。さらに、湿度が低いと雪片から水分が蒸発して周囲の熱を奪うため、地上気温が0℃より高くても雪になることがあります。
雲の中では最初から雪の結晶になっていることが多い
地上で雨が降っているときでも、上空の雲の中では氷の粒や雪の結晶としてできている場合があります。気象庁は、冬だけでなく夏でも雲の中身が氷の粒であることが多く、落下する途中で融けると雨になると説明しています。
つまり、雨と雪の違いは「雲の中で最初から雨だったか雪だったか」だけで決まるわけではありません。雲から地上まで落ちてくる途中の温度条件が重要です。
雪の結晶そのものがどうやってできるかについては、なぜ雪は氷の結晶が成長してできるのか？で詳しく解説しています。
雪片が0℃より暖かい空気に入ると融け始める
雪の結晶や雪片が落下中に0℃より高い空気の層へ入ると、表面から融け始めます。暖かい層が厚く、そこで過ごす時間が長ければ、雪片は完全に融けて雨になります。
反対に、地上までの空気が十分に冷たければ、雪片は融け切らずに雪のまま地上へ届きます。途中で一部だけ融ければ、雪と雨が混じった「みぞれ」になることがあります。
地上気温だけでは雨か雪かを決められない
私たちが普段見る気温は、地上付近の気温です。しかし、雪片は雲から数百メートル、場合によっては数千メートルの空気の中を通って落ちてきます。
そのため、地上が寒くても途中に暖かい層があれば雪は融けやすくなり、逆に地上気温が少し高くても上空から地上付近まで冷たい空気が厚ければ雪のまま届きやすくなります。
奈良地方気象台は、雨と雪の判別には地上気温だけでなく、地上から上空約1500mまでの温度の変化や湿度が関係すると説明しています。
地上気温2℃前後は一つの目安だが絶対ではない
気象庁の地域解説では、雨と雪を分ける地上気温の一つの目安として2℃前後が挙げられています。ただし、これは絶対的な境界ではありません。
同じ地上気温でも、上空の温度分布や湿度が違えば、雨になる場合も雪になる場合もあります。東京地方の南岸低気圧による雪でも、地上気温が0℃付近ではわずか1～2℃の違いが雨と雪の違いにつながると気象庁は説明しています。
なぜ湿度が低いと少し気温が高くても雪になるのか
雪片が暖かい空気へ落ちてくると、表面が融けるだけでなく、水分の一部が蒸発することがあります。蒸発には熱が必要なので、その熱は雪片や周囲の空気から奪われます。
その結果、雪片や周囲の空気が冷やされ、雪が融けにくくなります。空気が乾燥しているほど蒸発が起こりやすいため、湿度が低い場合は地上気温が0℃より高くても雪として降ることがあります。
気象庁の解説でも、湿度が低い場合には比較的高い気温でも雪になることがあるとされています。
降り始めに気温が下がることがあるのも同じ理由
乾いた空気の中で雨や雪が降り始めると、雪片の融解や水分の蒸発によって周囲の空気から熱が奪われます。そのため、降水が始まったあとに地上気温が下がることがあります。
この冷却によって、最初は雨だったものが途中からみぞれや雪へ変わる場合もあります。逆に、暖かい空気が流れ込めば雪から雨へ変わることもあります。
上空約1500mの気温も雪の予想に使われる
天気予報では、地上気温だけでなく上空の気温も重要な手がかりになります。気象庁の子ども向け解説では、上空約1500mの気温が氷点下3℃以下だと雪で降ってくることが多いという一つの目安が示されています。
ただし、これも「必ず雪になる」という基準ではありません。上空から地上までの温度分布や湿度、地形、冷たい空気のたまり方などによって結果は変わります。
盆地や低地では冷たい空気がたまって雪になりやすいことがある
冷たい空気は暖かい空気より重いため、盆地や低い土地では地表付近に冷気がたまることがあります。上空に少し暖かい空気があっても、地上付近の冷たい層が厚ければ、融けかけた雪が再び冷やされたり、雪のまま地上へ届きやすくなったりします。
このため、近い地域でも標高や地形の違いによって、片方は雨、もう片方は雪ということがあります。
雪になるかどうかと積もるかどうかも別問題
雪が地上まで降ってきても、必ず積もるとは限りません。地面の温度が高ければ、落ちた雪はすぐに融けます。また、降雪が弱ければ積もる前に融けることもあります。
一方、地上気温が低く、強い雪が長く降れば積雪は増えやすくなります。雪と積雪の関係については、なぜ雪と積雪は関係しているのか？で詳しく扱います。
湿度は雪の結晶の成長にも、雨雪判別にも関係する
湿度は、雲の中で雪の結晶が成長するときにも重要ですが、地上へ落ちる途中で雪片が融けるかどうかにも関係します。
湿度が高ければ蒸発による冷却が起こりにくく、暖かい空気の中では雪片が融けやすくなります。反対に湿度が低ければ蒸発冷却が働き、雪として残りやすくなります。
雪と湿度の関係については、なぜ雪と湿度は関係しているのか？でさらに詳しく解説します。
雪と霜は「低い気温」が関係するが仕組みは違う
雪も霜も低温と関係しますが、雪は雲の中でできた氷の結晶が落下してくる現象です。一方、霜は地面や物体の表面付近で水蒸気が直接氷になる現象です。
雪と霜の違いについては、なぜ雪と霜は関係しているのか？で扱います。
まとめ
気温によって雪になったり雨になったりするのは、雲の中でできた雪の結晶が地上へ落ちる途中で、どのような温度の空気を通るかによって融け方が変わるためです。
地上まで十分に冷たい空気が続けば雪のまま届き、暖かい層が厚ければ融けて雨になります。途中まで融ければみぞれになることがあります。
ただし、雨か雪かは地上気温だけでは決まりません。上空の気温、地上までの温度分布、湿度、地形などが組み合わさって決まります。特に乾燥していると蒸発による冷却が働くため、0℃より高い気温でも雪になることがあります。
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