雲の正体と形成メカニズム・飛行機雲の仕組みと天気との関係

雲の正体と形成メカニズム

遠くから眺める雲は綿菓子の様にふわふわと見えますが、実際には手で触ったり食べたり、雲の上に乗ったりすることはできません。雲の正体は、直径が約 0.01ミリメートル（1ミリの100分の1程度）という非常に小さな水滴や氷の粒子の集合体です。個々の粒子は肉眼では見えないほど微細ですが、無数に集まることで白い雲として視認できるようになります。これは氷水で冷やされたコップの周りに水蒸気が水滴となってガラス表面に付着するのと同じ原理です。また、雲が白く見えるのは、湯気や冬の寒い日に吐く息が白く見えるのと同じ現象です。

雲が形成される仕組みは以下の段階を経て進行します。まず、海や地表の水分が太陽光によって加熱され、蒸発して水蒸気となり、空気中の塵と混合します。この水蒸気を含んだ暖かい空気は上昇気流によって塵と一緒に上空へ運ばれます。上空では周りの気圧が低くなるため、隣り合う空気が押し合う力が弱くなり、上昇した空気は大きく膨張します。空気には膨張すると冷える性質があるため、高度100メートルあたり約1度の割合で空気の温度が下がります。空気が冷却されると、その中に含まれる水蒸気が塵を核として凝結し、微細な水滴や氷の粒子が形成されます。これらの無数の粒子が集合したものが雲の正体です。

上昇気流は様々な要因で発生します。空気は暖かいほど軽く、冷たいほど重いという性質があるため、暖かい空気ほど上昇しやすくなります。晴れて暑い日にもくもくと大きな雲が形成されるのはこのためです。また、空気同士や空気と山などが衝突する場所でも、押し出されるように空気は上昇します。異なる温度の空気塊が衝突する前線付近や、周囲から空気が集まってくる低気圧の近辺では、多量の空気が上昇して多くの雲が形成されます。このような雲のできやすい場所では雨や雪も降りやすいといえます。このため、前線や低気圧が近づくと天気は曇りや雨などになりやすくなります。

空に浮かぶ雲はどれも同じ形ではありません。雲の種類は形状だけでなく、雲のできる高度によっても分類されており、世界気象機関（ＷＭＯ）発行の「国際雲図帳」では雲を大まかな形から10の「類」に分類しています。雲の中で水滴や氷の粒子が衝突・合体してくっつき、大きく重くなると重力によって落下し、これが雨や雪として地表に達します。このように、雲から降ってくる雨や雪と雲そのものは、同じ水や氷からできているのです。

教則内の雲以外の気象については以下に大まかに説明しています
6.2 気象の基礎知識及び気象情報を基にしたリスク評価及び運航の計画の立案 【教則学習(第４版)】

十種雲形の完全まとめ

概要

雲は発生する高さに応じて3種類（上層雲・中層雲・下層雲）に大別され、さらに形状などの特徴によって10種類に分類されます。これを「十種雲形」と呼び、世界気象機関（WMO）によって定義された世界共通の類型です。すべての雲はこの10種類のいずれかに当てはまります。世界気象機関の国際雲図集は、雲に関する公式の世界標準ですが、そこから高度別に分類された十種の基本雲形の定義は以下のようになります。

高度による分類

• 上層雲：高度5,000～13,000メートル（暖かい地域では15,000メートル以上になることもあります）
• 中層雲：高度2,000～7,000メートル
• 下層雲：高度2,000メートル以下

上層雲（3種類）High-Level Clouds

巻雲（Ci）、巻積雲（Cc）、巻層雲（Cs）は上層雲です。これらは通常薄く白い外観をしていますが、太陽が地平線近くに低い位置にあるときには、素晴らしい色彩の配列で現れることがあります。
上層雲は最も高い場所に位置し、ほぼすべて氷の粒からできています。雨や雪が降ることはほとんどありません（地上到達前に蒸発するため）。太陽光をあまり遮りません。

1. 巻雲（けんうん）- すじ雲　（Ci , Cirrus）

白くて繊細な線維状の分離した雲で、主に斑点状または細い帯状に現れ、髪の毛のようなシルクのような光沢のある外観を持ちます。この雲は常に氷晶から構成されており、氷晶の分離度によってその透明性が決まります。通常は太陽面を横切っても太陽の明るさをほとんど減じませんが、例外的に厚い場合には太陽の光を遮り、輪郭を不明瞭にすることがあります。

巻雲の色彩は時間と位置により変化します。日の出前と日没後には明るい黄色または赤色に着色され、他の雲よりもずっと早く照らされ、ずっと遅くまで明るさを保ちますが、日没後しばらくすると灰色に変わります。また一日中いつでも、地平線近くの巻雲は光が低い角度で大気中を長距離通ることにより黄色がかった色を呈します。

• 特徴：糸のように散らばった白い雲で、はけで描いたような形をしています
• 季節：秋から冬によく見られます
• 天気予報：重なり合ってあばら骨状になると天候悪化の兆しです
• その他：最も高いところに現れる雲です

2. 巻積雲（けんせきうん）- いわし雲・うろこ雲　（Cc , Cirrocumulus）

薄くて白い雲で、陰影のない粒状またはさざ波状にやや規則的に配列された斑点状のシートまたは層として現れます。これらの雲の要素のほとんどは1度未満の見かけの幅を持ち、腕を伸ばした状態で小指ほどの幅に相当します。

主に氷晶から構成される巻積雲は、巻雲や巻層雲との関連で形成されるか、これらの雲形の退化した状態から生じることが多く、一般的に短命な雲です。

• 特徴：小さな雲のかたまりが魚のうろこのように規則的に集まっています
• 識別：高積雲（ひつじ雲）より小さく見えます（より高い場所にあるため）
• 天気予報：巻積雲→高積雲へと変化すると天候が悪化します

3. 巻層雲（けんそううん）- うす雲　（Cs , Cirrostratus）

線維状（髪の毛のような）または滑らかな外観を持つ、透明で白っぽいベール状の雲です。この雲のシートは非常に広範囲に及び、全天を覆うことがあります。

日中、太陽が地平線上に十分高い位置にあるときでも、巻層雲のシートは地上の物体の影ができることを妨げるほど厚くなることはありません。巻層雲のベールは霧や薄い層雲の乳白色のベールと似た外観を持つことがありますが、巻層雲の層を通して輝く太陽や月の周りにほぼ常に生じるハロ現象によって区別することができます。

• 特徴：薄いベール状で太陽が透けて見えます
• 特殊現象：ハロ（暈(かさ)）- 太陽の周りにぼんやりとした輪が見えます（氷の粒による光の屈折）
• 天気予報：徐々に天候が悪化することが多いです
• 注意：太陽観察時はサングラスを着用しましょう

中層雲（3種類）Mid-Level Clouds

高積雲（Ac）、高層雲（As）、乱層雲（Ns）は主に水滴から構成される中層雲です。しかし、温度が十分に低いときには氷晶から構成されることもあります。
ラテン語で、altoは「高い」を意味しますが、高層雲と高積雲は中層雲として分類されます。「Alto」は、これらの「より高レベルの」雲を、低層の液体ベースの対応する雲である層雲と積雲から区別するために使用されます。
中層雲は上空の真ん中付近に発生します。「中層雲」の「層」は上下方向、「高層雲」などの「層」は水平方向を意味します。

4. 高積雲（こうせきうん）- ひつじ雲　（Ac , Altocumulus）

一般的に薄板状、丸い塊状、または巻状から構成される白色および/または灰色の斑点状、シート状、または層状の雲です。部分的に線維状または拡散状であることがあり、合体していることもあれば、分離していることもあります。

これらの規則的に配列された小要素のほとんどは1度から5度の見かけの幅を持ち、腕を伸ばした状態で小指より大きく3本の指より小さいサイズに相当します。高積雲の縁または薄い半透明の部分が太陽や月の前を通過するとき、外側が赤、内側が青の色付きの環であるコロナが太陽や月から数度以内に現れます。

高積雲は最も一般的な中層雲で、複数の高積雲の層がしばしば同時に異なるレベルに現れ、多くの場合他の雲形と共に現れます。

• 特徴：白色または灰色の丸みのある雲のかたまりが規則的に並んでいます
• 識別：巻積雲より大きく見えます（低い位置にあるため）
• 天気予報：巻積雲→高積雲の順で現れると天候が悪化します

5. 高層雲（こうそううん）- おぼろ雲　（As , Altostratus）

全天または部分的に空を覆う縞状または線維状の雲の灰色または青味がかったシートまたは層です。この雲は、すりガラスを通して見るかのように太陽を規則的に現すのに十分薄い特徴を持ちます。

高層雲はハロー現象を生じさせず、地上の物体の影も見えません。時々、高層雲から降水条（雨筋）が垂れ下がって見え、時には地面に達して非常に軽い降水を引き起こすこともあります。

• 特徴：灰色でやや厚みのあるベール状で、空全体を覆うように広がります
• 識別：巻層雲との違い - ハロは発生せず、地上に影ができません（より分厚いため）
• 成分：雲粒の大部分が水滴です
• 外観：太陽はぼんやりと見えます

6. 乱層雲（らんそううん）- 雨雲・雪雲　（Ns , Nimbostratus）

厚くなった高層雲から生じる、降雨または降雪によって拡散した暗灰色の雲層で、太陽を完全に遮るのに十分な厚さを持ちます。低いちぎれた雲がしばしばこの雲の下に発生し、時にはその底部と合体します。

降水が続くにつれて雲底は低下するため、底部の低下によってしばしば誤って低層雲と呼ばれますが、高層雲と乱層雲の両方が上層雲のレベルまで延びることがあります。

• 特徴：空全体を厚く覆う暗い灰色の雲です
• 機能：雨や雪を降らせます（中層雲で降水をもたらすのは主にこの雲です）
• 形状：雲頂部がところどころ積乱雲のように盛り上がっています
• 範囲：中層雲ですが、発達して上層や下層に広がることも多く見られます
• 天気状況：現れた時点で既に天気が悪化している状態です

下層雲（4種類）Low-Level Clouds

積雲（Cu）、層積雲（Sc）、層雲（St）、積乱雲（Cb）は水滴から構成される低層雲です。積乱雲は、その強い垂直上昇流により、上層雲のレベルまでよく延びます。
最も低い場所に発生する雲です。雨や雪などの降水をもたらす雲は、乱層雲を除けば基本的に下層雲が主体となります。

7. 層雲（そううん）- 霧雲　（St , Stratus）

一様な底部を持つ一般的に灰色の雲層で、十分に厚い場合には霧雨、氷の結晶、または雪粒を生じさせることがあります。太陽がこの雲を通して見えるとき、その輪郭は明確に識別できます。

しばしば層雲の層が破れて消散するときには青空が見え、時にはちぎれたシート状に現れます。層雲は非常に低温の場合を除いて、ハロー現象を生じさせません。

• 特徴：下層雲の中で最も地表近くに発生し、灰色の層状をしています
• 外観：霧に似ており、気象条件により細切れになることもあります
• 降水：霧雨などが降ることがあります

8. 層積雲（そうせきうん）- くもり雲　（Sc , Stratocumulus）

ほぼ常に暗いモザイク状（ハニカム状の外観）、丸い塊状、または巻状を持つ灰色または白っぽい斑点状、シート状、または層状の雲です。降水条を除いて非線維状であり、合体していることもあれば、分離していることもあります。

また、5度以上の見かけの幅を持つ規則的に配列された小要素を持ち、腕を伸ばした状態で3本の指の幅に相当します。

• 特徴：灰色または白みがかった大きなかたまりの雲です
• 形状：レンズ状、ロール状などで丸みがあり、まだら状やロール状に連なります
• 配置：つながったり離れたりして規則正しく並びます
• 降水：あまり降水をもたらしません（空一面を覆うと雨や雪の場合もあります）
• 識別：積雲と比べてやや灰色っぽく見えます

9. 積雲（せきうん）- わた雲　（Cu , Cumulus）

分離した一般的に密度の高い雲で、鋭い輪郭を持ち、隆起した丘、ドーム、または塔の形で垂直に発達し、上部の膨らんだ部分がしばしばカリフラワーに似ています。これらの雲の日向の部分は主に輝くような白色で、底部は比較的暗く水平です。

陸上では、積雲は日周対流により晴天の日に発達し、朝に現れ、成長し、夕方に向かって多少とも再び消散します。

• 特徴：青空にぽっかり浮かぶ白いわたのようなかたまりです
• 形状：上部はドーム状、下部は水平になっています
• 外観：太陽光の当たり具合で白っぽい部分と灰色っぽい部分の違いが明確です
• 発達：雄大積雲に発達すると激しい雨と突風を伴います
• 識別：積乱雲との違いは雷の有無です（雷があれば積乱雲、なければ積雲）

10. 積乱雲（せきらんうん）- 入道雲・カミナリ雲　（Cb , Cumulonimbus）

雷雨雲で山または巨大な塔の形をした重くて密度の高い雲です。上部は通常滑らかで、線維状または縞状であり、ほぼ常にかなとこまたは巨大な羽根の形に平たくなっています。

しばしば非常に暗いこの雲の底部の下には、底部と合体することもあれば、しないこともある低いちぎれた雲が一般的に存在します。積乱雲は降水を生じさせ、時には降水条の形をとることもあり、さらに雹と竜巻も生じさせます。

• 特徴：巨大な山や塔のように垂直方向に発達した濃密な雲です
• 形状：雲のてっぺんはカリフラワーのように盛り上がっています
• 高さ：下層雲ですが、発達すると13,000メートル付近まで上昇します（最も分厚く大きな雲）
• 降水：強い雨、ひょう、突風を伴います
• 特殊形態：「かなとこ雲」- 限界まで発達し上部が平らになったものです
• 危険性：接近時は早めの屋内避難が必要です
• 季節性：夏の晴れた日の昼頃に発生し夕立をもたらすことが多いです

雲の名前の法則

雲の名前には規則性があります：

形状を表す文字

• 「積」：形がはっきりとしています（モクモクとした雲）
• 「層」：形がぼんやりとしています（霧のような雲）

高度を表す文字

• 「巻」：上層雲を表します
• 「高」：中層雲を表します
• （なし）：下層雲を表します

特殊な文字

• 「乱」：天気を崩して雨をもたらす雲を表します

名前の組み合わせ例

• モクモクした雲：巻積雲（上層）→ 高積雲（中層）→ 積雲（下層）
• ぼんやりした雲：巻層雲（上層）→ 高層雲（中層）→ 層雲（下層）
• 中間的な雲：層積雲
• 雨をもたらす雲：乱層雲（ぼんやり系）、積乱雲（モクモク系）

このように雲の名前には規則性があり、「積」は形がはっきりした雲、「層」は形がぼんやりした雲、「巻」は上層雲、「高」は中層雲、「乱」は雨をもたらす雲を表すことを覚えておくと、雲の種類を理解しやすくなります。

それぞれの雲の特徴を理解することで天気の変化を予測することも可能であり、例えば巻雲が重なり合うと天候悪化の兆し、積乱雲が接近したら早めの避難が必要など、実生活にも役立つ知識が含まれており、それぞれの雲には天気予報の手がかりとなる特徴があります。

余談 飛行機雲の仕組みと天気との関係

飛行機雲とは

飛行機雲（ひこうきぐも）は、飛行機の航跡に生成される細長い線状の雲です。これは飛行機のエンジンから出る排煙ではなく、水滴や氷の粒でできた「雲」の仲間で、空に浮かぶ普通の雲と同じく、氷の粒が集まってできています。別名は航跡雲（こうせきうん）とも呼ばれ、英語ではコントレイル（contrail、condensation trail「結露の足跡」の略称）、あるいはヴェイパートレイル（vapour trail/vapor trail「蒸気（湯気）の足跡」）と言います。人為的で特殊な雲にあたり、飛行機雲が10分以上残る場合は、気象学的には飛行機由来巻雲と呼び方が変わるそうです。

飛行機雲ができる仕組み

飛行機雲ができるメカニズムは主に2通りあります。

1. エンジンの排気ガスによるもの

1つ目は、飛行機の排気ガスがもととなって生まれるものです。エンジンから300～600℃にもなる高温の排気ガスが放出されています。飛行機の燃料はガソリンや灯油などからできていて、主成分は炭化水素です。それが燃えると、炭素は二酸化炭素に、水素は水になります。しかし排ガスの温度は高いため、水は水蒸気として空気中へ出ていきます。

Adrian Pingstone Arpingstone, Public domain, via Wikimedia Commons

飛行機は通常、地上から約1万m（10km）の高さを航行していて、周囲の気温は-40℃～-60℃以下と、冷凍庫よりも遥かに低くなっています。この上空の冷たい空気で高温の排ガスが急激に冷やされると、排気ガスに含まれている水蒸気が水滴や氷の粒になります。これは冬の寒い日に吐く息が白くなるのと同じ原理です。

気温が低いほど空気が含むことのできる水蒸気の量（飽和水蒸気量）は少ないので、飛行機のエンジンから水蒸気を含む排ガスが放出されると、排ガスの周囲の空気はすぐに飽和水蒸気量に達してしまいます。それによって排ガスの中の水蒸気が水や氷の粒になり、やがて雲ができる流れです。

排気ガスには水や氷の粒の核となる粒子も含まれていて、このことも飛行機雲を発生しやすくするために一役買っています。このため、エンジンの数と同じ本数の飛行機雲が現れます。飛行機雲の本数は、2本だったり3本だったり、4本見えることもありますが、この数はだいたい飛行機のエンジンの数と同じなので、飛行機雲の数から機種を推理するのも面白いかもしれません。ただし、4本の飛行機雲が2本ずつまとまって見えることもあるようです。

2. 翼周辺の気圧変化によるもの

2つ目は、高速で移動する飛行機の後ろ側や翼周辺で気圧が下がることが引き金となって、氷の粒ができるものです。

Quote from description page: "U.S. Navy photo by Photographer's Mate 3rd Class Jonathan Chandler (RELEASED)", Public domain, via Wikimedia Commons

翼から発生する場合は、揚力と密接に関係しています。飛行機の翼は、断面を見ると上側が丸みを帯びた形をしていて、前進すると上側を通る空気の流れが速くなるため、翼の上の気圧が下がります。すると、翼に上向きの力（揚力）が生まれます。

翼の後ろ側では、翼の下側を流れた圧力の高い空気が膨張して冷やされることで雲が生じます。また、翼の上下の圧力の差によって下から上へと回り込む渦ができます。翼の先端では、翼の上下の圧力差を解消させようと翼の横から空気が回り込むため、翼端渦という渦状の空気の流れができます。

この渦の中心部では気圧が下がって空気が膨張するので、温度も低下します。その結果、渦の中の空気が飽和水蒸気量に達して雲ができるのです。高速で飛ぶ飛行機の翼の後ろやプロペラの先端などでは特に気圧が低くなるため、急旋回したときにできることがあります。

翼由来の飛行機雲は、翼全体から広く生じる場合と、翼端渦によって細く渦状に生じる場合があります。

特殊な飛行機雲「消滅飛行機雲（逆飛行機雲）」

珍しいもので消滅飛行機雲があります。これは飛行機が雲を通過した後、轍（わだち）のように雲のない線ができる現象で、逆飛行機雲とも呼ばれます。エンジンの通過した所だけ雲が消え、青空が細く伸びる現象です。

消滅飛行機雲が発生する理由は以下の通りです：

1. エンジンからの高温の排ガスが雲粒を蒸発させる

2. 翼が通った後に、周囲の乾燥した空気と雲が混ざることで雲粒が蒸発する

消滅飛行機雲が出た場合、上空の雲は消えやすい状態となっています。

飛行機雲が残る時と残らない時の違い

飛行機雲を見ていると、長く残り続ける場合とすぐに消えてしまう場合がありますが、これは上空が湿っているかどうかが関係しています。

すぐに消える場合

氷の粒でできた飛行機雲は、空気が乾いているとき、すぐに周囲の空気と混ざって消えてしまいます。上空が乾燥している場合、エンジンの高温の排ガスが急速に冷やされて氷の粒ができても、周囲が乾燥していると氷の粒が蒸発してしまうため、飛行機雲はすぐに消えてしまいます。

長く残る場合

逆に、飛行機雲が現れていつまでも消えないときは、上空の空気が湿っているということになります。上空が湿っている場合は、すぐに氷の粒が蒸発しにくいため、飛行機雲は長く残り続けます。

飛行機雲と天気の関係（観天望気）

このことを応用して、身近な自然現象から天気の変化を予測する「観天望気（かんてんぼうき）」として、以下のように言われることがよくあります。

「飛行機雲が長く残ると雨が近い」「飛行機雲がだんだん広がると、天気が崩れる」

低気圧が接近するときは、地上よりも上空高いところから、湿った空気に覆われ始めることが多いのです。そのため、上空高いところが湿ってきて、飛行機雲が長く残ると雨が近づいているサインととらえることができます。上空の空気が湿っている時というのは、概して西から低気圧が近付いている時で、高いところの雲から現れ始め、だんだんと低い雲が現れるため、天気は下り坂で、これから悪くなっていくと予想される時です。

「飛行機雲がすぐに消えると晴れ」

これは、高気圧に覆われて水蒸気も少なく、大気が安定していることを意味しています。つまり、晴天は続くだろうと予想できるのです。上空の空気が乾燥しているのは、概して高気圧に覆われて晴れている時で、すぐに天気が悪くなるようなことはあまりないでしょう。

このように、「飛行機雲が消えないで広がると雨、消える場合は晴れ」というのは、上空の空気が湿っているかどうか（これからの天気がどうなるか）を飛行機雲の持続時間から判断してこれからの天気を予想しています。

飛行機雲は、大気の上層にできる人為的な雲で、その持続時間からこの先の天気を予測する観天望気の材料となります。飛行機雲ができるには、気温が低く、湿度が高くなければなりません。飛行機雲がなかなか消えず長く残るのは、その条件が整っているということで、雨が近づいているサインと考えることができるのです。