空から雨が降ってくるのはどうして？ そのしくみをわかりやすく解説します

蒸発

海や川の水が、蒸発すると水蒸気になります。水の表面が太陽に照らされると、運動エネルギーが起こり、水面の引力が水の分子をとどめておくことができなくなって気化します。このようにして蒸発した水分が水蒸気となります。

蒸散

植物の葉には気孔という小さな穴があり、光合成をするときにその穴から二酸化炭素を取り込みます。二酸化炭素を取り込むときに気孔が開き、同時に植物に蓄えられた水分が気孔から水蒸気となって放出されるのです。これを蒸散と呼びます。

昇華

昇華は、個体が液体の状態を経ずに直接気体になることをさします。たとえば、ドライアイスは液体にならずに直接気体となって白い煙を発生させます。湖が凍っているときや地面に雪が積もっているときには昇華が起こり、氷や雪の水分がそのまま水蒸気となります。

水蒸気が起こりやすい状況

地上から水蒸気が起こりやすい状況には、次のようなものがあります。

・気温が高い
・風が強い
・湿度が低い
・水面の面積が広い
・大きな葉のある植物が茂っている

そもそも雲とはどういうもの？

空に浮かぶ雲は、ふわふわした綿菓子のように見えますが、実際には水や小さな氷のつぶでできています。水蒸気は、冷えると水や氷に変わります。水蒸気が冷やされて水や氷になり、地上から見えるようになったものが雲です。

雲は空の高いところでできる

雲は空の高いところで発生します。上空の気温は低く、水蒸気が冷やされて水や氷に変わりやすいためです。では、上空の気温が低くなるのはなぜなのでしょうか。
それには気圧が関わっています。気圧は上空へ行くほど低くなり、気圧が低くなると周囲から押さえつけられる力が弱まるため空気が膨らみやすくなります。密封されたスナック菓子の袋が、山の頂上ではパンパンに膨らんでいるのを見たことがある人もいるのではないでしょうか。
さらに、空気は膨らむと冷えるという性質があり、上空へ行くほど温度が下がって雲ができやすくなるのです。

水蒸気が空へ上がるのは上昇気流が起こるため

上空で雲になるには、水蒸気が上空に上がる必要があります。水蒸気は、上昇気流に乗ると空高くまで昇っていきます。
空気は温かければ温かいほど軽いため、暑い日には上昇気流が起こりやすくなります。また、山があるところでは、空気が山にぶつかって上昇しやすくなります。周囲から空気が集まりやすくなる低気圧のときや、温かい空気と冷たい空気がぶつかる前線付近でも上昇気流が起こり、水蒸気が上空へ上がりやすくなるのです。

「冷たい雨」のしくみ

雲の中の小さい水や氷のつぶが雨になって地上に落ちるには、お互いにぶつかり合ったり合体したりして大きくなる必要があります。水や氷のつぶが氷の結晶になり、そこに水蒸気がくっついてさらに大きく成長すると、重みに耐えられなくなって落下します。
地上に近づくほど周囲の温度は高くなるため、上空では氷のかたまりだったものが、落ちてくる途中で水になります。氷のつぶが途中で溶けて水の状態になったものを「冷たい雨」と呼んでいます。日本付近で降る雨は、ほとんどがこの冷たい雨です。

「温かい雨」のしくみ

一方、熱帯などの温かい地域では氷の結晶にはならず、比較的空の低い場所で水のつぶ同士がくっつき合って重くなり、雨になって地上に落ちてきます。これを「温かい雨」と呼んでいます。温かい雨は、雨つぶが大きいのが特徴です。

天気予報で使われる雨の強さ