気qì温wēn減jiăn率lw

気qì温wēn減jiăn率lw（きおんげんりつ）とは、高gaō度dùが上shàngがるに従cóngって大dà気qìの気qì温wēnが下xiàがっていく割gē合héをいう。気qì温wēn逓dì減jiăn率lw（きおんていげんりつ）ともいう。

ここでいう「減jiăn率lw」とは、高gaō度dùが上shàngがるにつれて「気qì温wēnが下xiàがる割gē合hé」（高gaō度dùがいくら上shàngがると気qì温wēnが何hé度dù下xiàがる）という意yì味weìであり、単dān純chúnな気qì温wēnの「変biàn化huà率lw」（高gaō度dùがいくら上shàngがると気qì温wēnが何hé度dù変biànわる）とは符fú号haòが逆nìになる。

地dì球qiú大dà気qìに対duìして使shĭわれることが最zuìも多duōい用yòng語yŭであるが、この概gaì念niànは重zhòng力lìによって支zhīえられている球qiú形xíngの気qì体tĭであれば、どのようなものにでも適shì用yòngできる。

定dìng義yì

『気qì象xiàng科kē学xué事shì典diăn』によれば、気qì温wēn減jiăn率lwの定dìng義yìは次cìのようなものである。

• 高gaō度dùと共gòngに気qì温wēnが低dīくなる割gē合hé。

この用yòng語yŭは、

1. 空kōng気qì塊kuaìを上shàng昇shēngさせたときの、その空kōng気qì塊kuaìの温wēn度dùが高gaō度dù上shàng昇shēngとともに低dīくなる割gē合hé
2. 現xiànにある大dà気qì環huán境jìngの、鉛qiān直zhí方fāng向xiàngの気qì温wēnの勾goū配peì

の2つの意yì味weìになりうる。単dānに気qì温wēn減jiăn率lwという場cháng合hé、2. の意yì味weìであることが多duōいが、読dú解jiěには注zhù意yìが必bì要yaòである。

数shù式shìによる定dìng義yì

一yī般bān的deに、気qì温wēn減jiăn率lwは高gaō度dùの変biàn化huàに伴bànって起qĭこる気qì温wēnの変biàn化huàに負fùの記jì号haòを付fùけたものとして、次cìの式shìで定dìng義yìされる：

$\gamma =-{\frac {dT}{dz}}$

ここで、$\gamma$は気qì温wēn減jiăn率lwで、気qì温wēnの単dān位weìを高gaō度dùの単dān位weìで割gēった単dān位weì（例lì：[℃/km]）により表biaŏされる。T は気qì温wēn、 z は高gaō度dùである。

注zhù:$\gamma$で表biaŏされる別biéの量liàng（例lì：比bĭ熱rè比bĭ、湿shī度dù線xiàn図túの定dìng数shùなど）との混hún同tóngを避bìけるために、断duàn熱rè的deな気qì温wēn減jiăn率lw（断duàn熱rè減jiăn率lw）を$\Gamma$ あるいは $\alpha$ という文wén字zìで表biaŏす場cháng合héがある.

気qì温wēn減jiăn率lwの種zhŏng類leì

気qì温wēn減jiăn率lwには次cìの2つの意yì味weìがある：

1. 環huán境jìngの気qì温wēn減jiăn率lw - 静jìng止zhĭした大dà気qìについて、その大dà気qì中zhōngの実shí際jìの気qì温wēnが高gaō度dùと共gòngにどのように変biànわるか（つまり、鉛qiān直zhí方fāng向xiàngの温wēn度dù勾goū配peì）を表biaŏす量liàng
2. 断duàn熱rè的deな気qì温wēn減jiăn率lw（断duàn熱rè減jiăn率lw）- ある空kōng気qì塊kuaìが上shàng昇shēngするとき、その空kōng気qì塊kuaìの気qì温wēnが高gaō度dùと共gòngにどのように変biànわるかを表biaŏす量liàng。これには次cìの二èrつの種zhŏng類leìがある：
   1. 乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lw
   2. 湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lw

環huán境jìngの気qì温wēn減jiăn率lw

環huán境jìngの気qì温wēn減jiăn率lwは、ある時shí刻kèおよび場cháng所suŏで静jìng止zhĭしている大dà気qìについて、その大dà気qì中zhōngの気qì温wēnが高gaō度dùと共gòngに下xiàがる割gē合héを表biaŏしている。

その平píng均jūn的deな値zhíとしては、国guó際jì民mín間jiān航háng空kōng機jī関guān(ICAO)が定dìngめた国guó際jì標biaō準zhŭn大dà気qìによる定dìng義yìがよく用yòngいられる。これによれば、

• 海haĭ面miànから高gaō度dù 11 km (36,090 ft) まで - 6.49 K/1,000 m (1.98℃/1,000 ft)
• 高gaō度dù 11 km (36,090 ft)から 20 km (65,620 ft)まで - 一yī定dìngの気qì温wēn (-56.5℃)

である。なお、-56.5℃は国guó際jì標biaō準zhŭn大dà気qìの中zhōngでは最zuì低dīの気qì温wēnとなっている。また、ICAOの標biaō準zhŭn大dà気qìには水shuĭ蒸zhēng気qìは含hánまれていない。

実shí際jìの大dà気qìの気qì温wēnは、理lĭ想xiăng化huàされた平píng均jūn値zhíである国guó際jì標biaō準zhŭn大dà気qìとは異yìなっているため、気qì温wēn減jiăn率lwも時shíと場cháng所suŏによって異yìなる。例lìえば、高gaō度dùが上shàngがるとともに気qì温wēnが上shàngがっていく逆nì転zhuăn層céngと呼hūばれる層céngが実shí在zaìする。

断duàn熱rè減jiăn率lw

乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lw

エマグラム。気qì温wēnと気qì圧yāに対duìして、乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lw（実shí線xiàn）と湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lw（破pò線xiàn）が示shìされている。

乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwは、乾qián燥zaòしている（つまり未weì飽baŏ和héの）空kōng気qì塊kuaìが断duàn熱rè的deに高gaō度dùが上shàng昇shēngしたとき、高gaō度dùの上shàng昇shēngにつれてその空kōng気qì塊kuaìの気qì温wēnが下xiàがる割gē合héである。

なお、空kōng気qìが未weì飽baŏ和héであるとは、

その空kōng気qì塊kuaìの相xiāng対duì湿shī度dùが 100% よりも低dīい

あるいは

その空kōng気qì塊kuaìの実shí際jìの気qì温wēnがその空kōng気qì塊kuaìの露lù点diănよりも高gaōい

ということを意yì味weìする。

また、断duàn熱rèとは、その空kōng気qì塊kuaìは周zhoū囲weíと熱rèのやりとりを全quánくしない、ということである。空kōng気qìの熱rè伝yún導daŏ率lwは小xiaŏさく、また空kōng気qì塊kuaìの体tĭ積jīはとても大dàきいので、熱rè伝yún導daŏによる熱rèのやりとりは無wú視shìできるほどに小xiaŏさい。

さて、空kōng気qì塊kuaìが（例lìえば対duì流liúなどによって）上shàng昇shēngする場cháng合hé、高gaō度dùの高gaōい場cháng所suŏほど気qì圧yāは低dīいため、上shàng昇shēngした空kōng気qì塊kuaìは膨péng張zhāngする。空kōng気qì塊kuaìが膨péng張zhāngするとき、空kōng気qì塊kuaìはその周zhoū辺biānにある空kōng気qìを押yāして、仕shì事shìをする。空kōng気qì塊kuaìは仕shì事shìをした一yī方fāngで、周zhoū囲weíから熱rèをもらってはいないため、内neì部bùエネルギーを失shīう。したがって空kōng気qì塊kuaìの気qì温wēnは下xiàがる。この場cháng合héの気qì温wēn減jiăn率lwは9.8 ℃/1,000 mである（空kōng気qìが下xià降jiàngする場cháng合héは、逆nìのことが起qĭこって昇shēng温wēnする）。

熱rè力lì学xuéでは、外waì部bùから与yŭえられる熱rè量liàng変biàn化huà量liàngを⊿Q、仕shì事shì量liàngを⊿W、内neì部bùエネルギー変biàn化huà量liàngを⊿uとすると、⊿Q=⊿W+⊿uと表biaŏ現xiànできる（熱rè力lì学xué第dì一yī法fă則zé）。断duàn熱rè変biàn化huàの場cháng合hé、⊿Q=0なので、⊿W+⊿u=0、すなわち膨péng張zhāngによって仕shì事shìをした分fēnの⊿Ｗは内neì部bùエネルギーの⊿uで補bŭわれる。

理lĭ想xiăng気qì体tĭについて、断duàn熱rè過guò程chéngにおける気qì温wēn T と気qì圧yā p を関guān連lián付fùける式shìは次cìのとおりである：

$p(z)^{\gamma -1}/T(z)^{\gamma }=constant\,$

ここで $\gamma$ は比bĭ熱rè比bĭ（空kōng気qìの場cháng合hé、$\gamma$=7/5）、z は高gaō度dùである。

気qì圧yāと気qì温wēnを関guān連lián付fùける二èrつ目mùの関guān係xì式shìは静jìng水shuĭ圧yā平píng衡héngの式shìである：

${\frac {dp}{dz}}=-{\frac {mpg}{RT}}$

ここで、 g は標biaō準zhŭn重zhòng力lì加jiā速sù度dù、R は 気qì体tĭ定dìng数shù、m は モル質zhí量liàngである。

これら二èrつの方fāng程chéng式shìを使shĭって p を消xiaō去qùすると、乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwが求qiúめられる：

$-{\frac {dT}{dz}}={\frac {mg}{R}}{\frac {\gamma -1}{\gamma }}={\frac {mg}{c_{p}}}=9.8\ ^{\circ }\mathrm {C} /\mathrm {km}$.

湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lw

空kōng気qì塊kuaìが上shàng昇shēngする過guò程chéngで、その気qì温wēnが露lù点diănに等děngしくなるまで下xiàがり、その空kōng気qì塊kuaìが飽baŏ和héに達dáすると、それ以yĭ降jiàngは湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lwが適shì用yòngされる。湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lwは気qì温wēnによって大dàきく異yìなるが、典diăn型xíng的deな値zhíとしては約yuē5 °C/km (1.51 °C/1,000 ft) である。

乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwと湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lwが異yìなるのは、湿shī潤rùn断duàn熱rè過guò程chéngでは上shàng昇shēngして空kōng気qìが冷lěngえるにつれて水shuĭが凝níng結jiéする際jìに潜qián熱rèが放fàng出chūされるからである。潜qián熱rèの放fàng出chūにより、高gaō度dùが上shàngがるにつれて気qì温wēnが下xiàがる割gē合héは湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lwの方fāngが小xiaŏさくなるのである。また、潜qián熱rèの放fàng出chūは雷leí雨yŭを発fā生shēngさせる雲yúnの発fā達dáにとって重zhòng要yaòなエネルギー源yuánとなっている。

ある気qì温wēn・高gaō度dù・混hún合hé比bĭの未weì飽baŏ和héの空kōng気qì塊kuaìが上shàng昇shēngするとき、高gaō度dùが上shàng昇shēngするにつれて乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwで気qì温wēnが下xiàがっていく。一yī方fāng、空kōng気qì塊kuaìの混hún合hé比bĭは、その空kōng気qì塊kuaìが未weì飽baŏ和héである限xiànり一yī定dìngの値zhíに保baŏたれる。エマグラム上shàngで、空kōng気qì塊kuaìの混hún合hé比bĭの線xiànと気qì温wēnの線xiànが交jiaōわったら、そこで空kōng気qì中zhōngの水shuĭ蒸zhēng気qìが凝níng結jiéをはじめる。それ以yĭ降jiàngも更gèngに高gaō度dùが上shàng昇shēngする場cháng合héは、湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lwで気qì温wēnが下xiàがっていくことになり、それまでの乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwよりはゆるやかに気qì温wēnが下xiàがっていく。

湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lwは近jìn似sì的deに次cìの式shìで与yŭえられる:

$\Gamma _{w}=g\,{\frac {1+{\dfrac {H_{v}\,r}{R_{sd}\,T}}}{c_{pd}+{\dfrac {H_{v}^{2}\,r\,\epsilon }{R_{sd}\,T^{2}}}}}$

where:
$\Gamma _{w}$	= 湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lw, K/m
$g$	= 地dì球qiúの標biaō準zhŭn重zhòng力lì加jiā速sù度dù = 9.8076 m/s2
$H_{v}$	= 水shuĭの気qì化huà熱rè, J/kg
$r$	= 乾qián燥zaò空kōng気qìの質zhí量liàngに対duìする水shuĭ蒸zhēng気qìの質zhí量liàngの比bĭ, kg/kg
$R$	= 気qì体tĭ定dìng数shù = 8,314 J kmol-1 K-1
$M$	= ある気qì体tĭのモル質zhí量liàng, kg/kmol。乾qián燥zaò空kōng気qìの場cháng合hé28.964、水shuĭ蒸zhēng気qìの場cháng合hé18.015。
$R/M$	= ある気qì体tĭの気qì体tĭ定dìng数shù。$R_{s}$と表biaŏ記jìする
$R_{sd}$	= 乾qián燥zaò空kōng気qìの気qì体tĭ定dìng数shù = 287 J kg-1 K-1
$R_{sw}$	= 水shuĭ蒸zhēng気qìの気qì体tĭ定dìng数shù = 462 J kg-1 K-1
$\epsilon$	= 乾qián燥zaò空kōng気qìの気qì体tĭ定dìng数shùと水shuĭ蒸zhēng気qìの気qì体tĭ定dìng数shùの比bĭ(無wú次cì元yuán量liàng) = 0.6220
$T$	= 飽baŏ和héした空kōng気qìの気qì温wēn, K
$c_{pd}$	= 乾qián燥zaò空kōng気qìの定dìng圧yā比bĭ熱rè, J kg-1 K-1

気qì象xiàng学xuéにおける重zhòng要yaò性xìng

地dì球qiú大dà気qìの中zhōngで気qì温wēn減jiăn率lwが様yàng々な値zhíを取qŭることは、気qì象xiàng学xuéの中zhōngで（とりわけ対duì流liú圏quānの中zhōngの現xiàn象xiàngを考kaŏえる上shàngで）は極jíめて重zhòng要yaòである。気qì温wēn減jiăn率lwは、上shàng昇shēngする空kōng気qì塊kuaìが雲yúnを形xíng成chéngするに十shí分fēnな高gaōさまで上shàng昇shēngするかどうか、また雲yúnが発fā生shēngした後hoùであれば、空kōng気qì塊kuaìはその後hoùも上shàng昇shēngを続xùけて驟zoù雨yŭをもたらす大dàきな雲yúnにまで成chéng長chángするかどうか、そして更gèngに大dàきく成chéng長chángして積jī乱luàn雲yún（雷leí雲yún）になるかどうかを判pàn断duànするために用yòngいられる。

未weì飽baŏ和héの空kōng気qìが上shàng昇shēngすると、その気qì温wēnは乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwで下xiàがっていく。気qì圧yāが低dīくなった結jié果guŏとして、露lù点diănも低dīくなっていくが、気qì温wēnよりはかなり緩huănやかに下xiàがっていき、典diăn型xíng的deな値zhíは 1,000  m あたり約yuē 2 ℃ 下xiàがる。未weì飽baŏ和héの空kōng気qìが上shàng昇shēngを続xùけると、ついに気qì温wēnと露lù点diănが一yī致zhìする所suŏまできて、そこで水shuĭ蒸zhēng気qìの凝níng結jiéが始shĭまる。この高gaō度dùは持chíち上shàngげ凝níng結jié高gaō度dù (LCL) として知zhīられている。LCL は空kōng気qì塊kuaìが外waì力lìによって強qiáng制zhì的deに持chíち上shàngげられる場cháng合héに適shì用yòngされる考kaŏえ方fāngである。そのような外waì力lìがない場cháng合héは対duì流liú凝níng結jié高gaō度dù (CCL) という考kaŏえ方fāngが適shì用yòngされる。この場cháng合hé、空kōng気qì塊kuaìは地dì表biaŏで暖nuănめられて対duì流liú温wēn度dù（外waì力lìがなくても浮fú力lìによって上shàng昇shēngできるようになる温wēn度dù）まで気qì温wēnが上shàngがらねばならない。地dì表biaŏの空kōng気qì塊kuaìの気qì温wēnが対duì流liú温wēn度dùまで上shàngがったら、あとは LCL と同tóngじ求qiúめ方fāngで CCL を求qiúめられる。実shí際jìの雲yún底dĭは LCL と CCL の間jiānのどこかになるであろう。

乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwと露lù点diănが高gaō度dùと共gòngに低dīくなる割gē合hé（つまり露lù点diănの減jiăn率lw）の差chaīは、1,000  m あたり約yuē 8 ℃ である。したがって、地dì上shàngでの気qì温wēnと露lù点diănの差chaī（湿shī数shù）が与yŭえられれば、それに 125 m/℃を掛guàけることにより簡jiăn単dānにLCLを求qiúめることが出chū来laíる。

実shí際jìの大dà気qì環huán境jìngの気qì温wēn減jiăn率lwが湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lwよりも小xiaŏさい場cháng合hé、その空kōng気qì層céngは絶jué対duì安ān定dìngである。この空kōng気qì層céngの中zhōngで上shàng昇shēngした空kōng気qì塊kuaìの気qì温wēnは、周zhoū囲weí環huán境jìngの気qì温wēnよりも冷lěngたい事shìになるので、浮fú力lìを失shīい、上shàng昇shēngできなくなる。夜yè間jiān、地dì表biaŏ付fù近jìnの空kōng気qìは冷lěngやされるため、早zaŏ朝zhaōの地dì上shàng付fù近jìnはしばしば絶jué対duì安ān定dìngになっている。安ān定dìngした空kōng気qì層céngの中zhōngでは雲yúnは出chū来laíにくい。

大dà気qì環huán境jìngの気qì温wēn減jiăn率lwが湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lwと乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwの間jiānにある場cháng合hé、その空kōng気qì層céngは条tiaó件jiàn付fù不bù安ān定dìngと呼hūばれる。この空kōng気qì層céngが未weì飽baŏ和héであれば空kōng気qì塊kuaìは十shí分fēnな浮fú力lìを得déられず、したがって鉛qiān直zhí方fāng向xiàngに若ruò干gān上shàng昇shēngしても下xià降jiàngしても安ān定dìngしている。しかし、もし空kōng気qì塊kuaìが飽baŏ和héしていたら、この空kōng気qì層céngは不bù安ān定dìngである。したがって、LCL や CCL まで上shàng昇shēngして雲yúnを作zuòる場cháng合héもあるが、逆nì転zhuăn層céngで上shàng昇shēngが止zhĭめられる場cháng合héもある。上shàng昇shēngが続xùけば、背beìの高gaōい対duì流liú雲yúnとなって空kōng気qì塊kuaìは自zì由yoú対duì流liú高gaō度dù (LFC) に達dáする場cháng合héもある。自zì由yoú対duì流liú高gaō度dùよりも上shàngは自zì由yoú対duì流liú層céng (FCL) となり、空kōng気qì塊kuaìは平píng衡héng高gaō度dù (EL) まで上shàng昇shēngすることが多duōい。

大dà気qì環huán境jìngの気qì温wēn減jiăn率lwが乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwより大dàきい場cháng合hé、それは超chaō断duàn熱rè減jiăn率lwと呼hūばれ、この空kōng気qì層céngは絶jué対duì不bù安ān定dìngである。その空kōng気qì塊kuaìが LCL や CCL の上shàngにあっても、下xiàにあっても、このような空kōng気qì層céngの中zhōngでは浮fú力lìを得déて上shàng昇shēngできる。これは午wŭ後hoùの陸lù上shàngでしばしば起qĭこっている。このような場cháng合héは対duì流liú雲yúnが生shēngじやすく、驟zoù雨yŭや雷leí雨yŭも発fā生shēngしやすくなる。

気qì象xiàng学xué者zhěらはラジオゾンデを使shĭって環huán境jìngの気qì温wēn減jiăn率lwを測cè定dìngし、空kōng気qìが上shàng昇shēngしやすいかどうかを予yŭ想xiăngしている。環huán境jìngの気qì温wēn減jiăn率lwを描miaóいた図túは熱rè力lì学xuéダイヤグラムと呼hūばれ、図tú式shìにはいくつかの種zhŏng類leìがある。例lìえばエマグラム、Skew-T log-P ダイヤグラム、テフィグラムなどがある。

湿shī潤rùn断duàn熱rè減jiăn率lwと乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwが違weíう事shìはフェーン現xiàn象xiàng（北beĭ米mĭではチヌークという名míngでも知zhīられている現xiàn象xiàng）の原yuán因yīnともなっているとされている。しかし，日rì本běnの北beĭ陸lù地dì方fāngで典diăn型xíng的deに観guān測cèされるフェーン現xiàn象xiàngの8割gē以yĭ上shàngが，水shuĭの凝níng結jiéを伴bànわないもの，すなわち，環huán境jìngの気qì温wēn減jiăn率lwよりも乾qián燥zaò断duàn熱rè減jiăn率lwが大dàきいことによって生shēngじるものであることが明míngらかにされた。

関guān連lián項xiàng目mù

• 逆nì転zhuăn層céng
• 成chéng層céng不bù安ān定dìng
• 大dà気qì安ān定dìng度dù
• 断duàn熱rè過guò程chéng
• 大dà気qì熱rè力lì学xué
• 流liú体tĭ力lì学xué
• フェーン現xiàn象xiàng