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ホールパンチ雲:Bergeron-Findeisen理論の可視化

2004年10月18日の夕刻、絹積雲に丸い穴のあいた雲が出現し、つくば市民をびっくりさせました。このような丸い穴のあいた雲に正式名称は無いのですが、「ホールパンチ雲(hole punch cloud)」または「穴あき雲」などと呼ばれています。

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ではなぜこのような丸い穴があくのでしょうか?その理由は、水滴と氷の「飽和蒸気圧」の違いにあります。

写真をよく見て下さい。丸い穴の中央付近に、刷毛で掃いたようなボヤッとした雲があります。これは氷の粒が落下している様子を示しています。一方、うろこ状の周囲の雲(絹積雲)は上昇流によってつくられたもので、過冷却状態にある水滴と考えられます。

氷の方が水滴より飽和蒸気圧が小さいので、周囲の水蒸気はどんどん氷に取り込まれていきます。こうして水蒸気が不足し、水滴の方は蒸発してしまい、丸い穴があくというわけです。言わば、氷が一種の「乾燥剤」の役割をして、雲を消したと考えられます。

このように、水滴と氷が共存するとき、水滴が蒸発して水蒸気を供給し、氷の方は周囲の水蒸気を取り込んで成長し、やがて落下しながら融けて雨となることを、その提唱者の名前からBergeron-Findeisen理論と呼んでいます(後に大陸移動説で有名なWegenerが同じ説を提唱していたことがわかり、Wegener-Bergeronの説とも呼ばれています)。

ホールパンチ雲はまさにBergeron-Findeisen理論が可視化されたものです。この写真は気象教育の良い教材になると思います(必要な方はご自由にお使い下さい)。

その後も注意して雲を見ていますが、下の写真のように、飛行機雲に沿って雲に細い隙間が空くことはあっても、丸い穴が空く場面には遭遇しません。「氷と水滴の共存」の他に、ホールパンチ雲の形成には何か必要条件があるものと思われます。

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飛行機雲の氷晶によってできた、雲の隙間(2004年12月24日撮影)

参考

ホールパンチ雲(再び)

2007年11月12日20:40頃、再びつくば市にホールパンチ雲が出現しました。今度は下層雲にあいた穴で、丸い輪郭がくっきりと出ています。慌ててデジカメ撮影したのですが、夜間のため、長時間露出のできないカメラでは残念ながらほとんど写りませんでした。

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2007年11月12日20:40頃出現したホールパンチ雲(白い楕円で示す)

幸いなことに、つくば市館野の高層気象台で行われているゾンデ観測時刻(21時)が、今回のホールパンチ雲出現時刻(20:40)とほとんど合っています。観測された高層データは、ホールパンチ雲出現時の大気状態を表しているものと考えられます。

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2007年11月12日21:00、つくば市館野の高層データ。気温(T)と露点温度(Td)を示す。

図より、気温(赤線)と露点温度(水色の線)が高度2900m付近と高度5200m付近で接しており、これらの2つの層に雲があったことを示唆しています。高度2900mの層は穴のあいた下層雲に対応していると考えられます。この高度の気温は-8℃で、過冷却の水滴が存在し得る温度です。

一方高度5200mの層は、夜間なので目視では確認できませんでしたが、もう1つの雲の層があったことを示唆しています。すなわち2層の雲であったことになります。この層の気温は約-25℃で、ここで形成された氷晶が下の過冷却雲に落下し、上述のように「乾燥剤」のような働きをしたと考えれば、ホールパンチ雲形成の一応の説明はできます。

とは言うものの、まだ断片的な観察であり、今後とも注目していこうと考えています。

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