空気の不思議: 12月 2013

晴れて風のない明け方、冷え込むのはよく経験することです。

そうした時、地上1.5ｍの温度計がプラス4℃なのに地表面では氷が張ったり、霜が降りたりします。

この現象を初めて確認した時に驚いたのを覚えています。

ここでは、この現象と放射の関係を考えてみます。

そして、私がこの現象をどのように考えてきたか説明したいと思います。

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放射冷却はインチキ放射対流理論で、温室効果による温暖化予想に悪用されています。

温室効果は原発推進の小道具です。

原発は原爆ゴミの放射能濃縮工場です。
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１．放射によって地表は空気の温度より低くなることはない

松江地方気象台によりますと

放射とは？？

　すべての物体は、物体の温度に対応した電磁波を、あらゆる方向に放射しています。放射とは、高温の物体から低温の物体にエネルギーが伝達される現象です。その結果、高温の物体の温度は下がり、低温の物体の温度は上がります。

雲がある場合とない場合の放射

　まず、夜間、上空に雲があるときについて考えてみましょう（図1左）。地表面から放射されたエネルギーの一部は、雲によって吸収されます。雲は吸収したエネルギーを放射します。雲から地表面の方向へ放射されるエネルギーによって、地表面は暖まるため、上空に雲がない場合と比べて、気温は下がりにくくなります。

　次に、夜間、上空に雲がないときについて考えてみましょう（図1右）。地表面から放射されたエネルギーの多くは、雲による吸収がないために、宇宙へと放射されます。雲がない夜は、地表面では上空にエネルギーを放射しますが、雲から地表面へのエネルギーの放射がないために、気温が下がります。つまり、夜間に雲がない場合には、気温が下がり続けます。そのため、冷え込みが厳しくなる時刻は、明け方の日の出前が多いです。

とあります。

ちょっとひっかかる所がありますが、

「２つの物質が放射＝電磁波によるエネルギー交換をしても高温の物体は温度が下がり、低温の物体の温度は上がる。」

と解釈しておきます。

また、間違えもありますがそれは後で指摘します。

下の図は放射冷却の大家（？）である近藤先生のページから頂きました。

http://www.asahi-net.or.jp/~rk7j-kndu/kisho/kisho02.html

先生はただの例だとしてますが・・

かなりあやしい図です。なぜあやしいのかは後でわかります。

何故このような現実にはありそうもない例にしたのかはともかくとして、図の大気放射の温度は朝夕とも7℃のようです。

重要なのは赤外放射のエネルギーは絶対温度に依存することです。

空気も物質なので放射します。

観測事実として、雲一つ無い快晴の夜でも大気放射はなくならないのです。

ところで実際に起こる現象

「地上1.5ｍの温度計がプラス4℃なのに地表面では0℃以下になります」

こんな現象がはたして放射で説明できるでしょうか？

放射でこのような現象が起きたとしましょう。

失礼ながら近藤先生の図中の数字を信用すると、大気放射の方はプラス4℃で334W、地面の放射は315Wになります。

放射で冷えたとすると大気放射からエネルギーをもらいながら冷えたことになります。

エネルギー保存則に反します。

指導原理であるエネルギー保存則に反するわけにはいきませんから、何処かに間違えがある訳です。

地表が0℃で1.5ｍ上の空気は4℃となったのは観測事実です。

残るは・・放射冷却・・放射冷却は誤りです。

もうおわかりだとおもいますが・・放射冷却で冷えた訳ではないのです。

ついでに松江気象台の間違えを指摘しておきます。

松江気象台は

雲がない夜は、地表面では上空にエネルギーを放射しますが、雲から地表面へのエネルギーの放射がないために、気温が下がります。

としていますが、

雲がないので地表面へのエネルギーの放射が無くなるわけではありません。

雲の在る無しにかかわらず温度が同じなら地表面へ向うエネルギーの放射は同じです。

近藤先生の図で明らか（？）なように、晴れていようが雨が降っていようが7℃の所からは349Wの大気放射があるのです。

しかし、
・・気象大学校を卒業した松江気象台とゆかりある方、そろそろ間違えを指摘して下さい。責任があるのではないですか？

空間（空洞）の放射については「ステファン・ボルツマンの法則と放射冷却」を参照して下さい。

ここで、ちょっと放射のイメージを説明させてください。

例えば「0℃の空間のなかで7℃の空気粒子たちが放射をする」と「空気粒子と空間は熱平衡になり0℃と7℃の間の温度になります」。

空間の熱容量はあまりにも小さい為、空気粒子たちは7℃のままで空間は7℃になります。

学校のプールに１ｇの氷を放り込んでもプールの温度がほとんど変わらなのと同じです。

そして熱平衡に達して互いに同じ量の放射をし、また放射を受けるようになります。

ステファン・ボルツマンの法則はこのような考え方から導かれたのです。

それでは、晴れて風の無い明け方に地表付近が何故冷えるのか？

通説（科学的根拠がないので俗説ですが・・）では「放射冷却」で冷えていることになっています。

残念ながら、「放射冷却」が間違えと認識されていませんから謎のままです。

気象予報士さんは晴れて風のない朝に何故冷えるのか分からない訳です。

経験的に「こうしたとき冷えることがよくある」と知っているにすぎません。

原因を解明するのは学者さんの仕事ですが、こんな研究に対して行政屋はお金を出しません。残念ながら解明もされないでしょう。

学生さんが研究しても単位をもらえないかもしれません。

もらえなかったら先生を軽蔑してやって下さい。（リスクが大きすぎますが・・）

結局、私のようなアマチュアが考えるしか無いと思います。

２．雲粒の温度

　気象予報士レベルの方なら常識だと思うのですが・・・

　雲は沢山の雲粒が集まって光が散乱して白く見えると言われています。

　散乱するほど雲粒がないと人は雲として認識できません。

　逆にいえば、目に見えないだけで雲一つ無い快晴の空にも雲粒は存在しています。

　そうした雲粒の温度はどうなるのかと考えてみましょう。

　湿球温度計をご存じでしょうか？

　温度計の感部に濡れたガーゼをまいて温度を計ります。

濡れたガーゼがまかれた感部は周りの空気と相互作用してある温度に落ち着きます。

その温度を湿球温度と言います。

湿球温度は同じ気温でも湿度が低いと低くなります。
空気の湿度が100％だと湿球温度は気温と同じになります。

大気中にある雲粒は湿球温度計の感部と条件は同じですので湿球温度になると考えられます。

雲粒が小さいと蒸発しやすくなり蒸発により気化熱を奪われて湿球温度より低くなりますが、ここでは考えません。
雲粒は思ったより大きい可能性がでてきたのです。

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　以下数式の嫌いな方は読み飛ばして下さい。

　気象予報士さんは嫌いでも確認するべきですが・・

　湿球温度Tｗは次の等式から求めます。

　CpT＋（E（Td）／P）×L＝CpTｗ＋（E（Tw）／P）×L　

　この等式は湿度が高くなると誤差が大きくなりますので、湿球温度の観測は雨が降っていると延期します。

　左辺は空気のエンタルピーと呼ばれるエネルギーと空気1モル中にある水蒸気の潜熱です。

　右辺は湿球温度計の感部近傍のエンタルピーと水蒸気の潜熱です。E（Tｄ）は水蒸気圧です。

　ちなみに相対湿度Hは

　H＝100×E（Tｄ）／E（T）

　で求められます。Tｄは露点温度：Tは気温です。

　E（T）はあらかじめ表にされていて相対湿度を計算できるようになっています。

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３．偶然写ったオーブ

次の写真は雲取山の避難小屋です。

天気は快晴でしたが白く映っているのは星でも雪でもありません。

一般的にオーブと呼ばれて、ネットで画像検索すればいくらでも写真を見ることができます。

肉眼では見えないようなので心霊現象的に扱われることが多いようです。

避難小屋の屋根はビッショリ濡れて、屋根から落ちる水を行動用にする人もいます。

私はオーブを「なんだろう？」と思っているうちに「水じゃないか？」と考えるようになりました。

デジカメに写る大きさなら、オーブの温度は湿球温度になるのでは？

「どこかにデータは無いか？」と思ったら、筑波大学が筑波山で気象要素を観測してデータ公開しているのを思い出しました。

筑波山では地表温度も観測していましたので、気象要素から計算した湿球温度と比べられます。

４．筑波山の湿球温度と地表温度

次のグラフは筑波山の4月と1月の湿球温度、気温、地表温です。驚くのは12時を過ぎると地表温度が下がり始めていることです。
夕方、地表温度は湿球温度になります。
こうした事実を近藤先生が知らない訳がない（何かで放射云々で冷えたみたいことを書いていた気がします）ので、前に紹介した近藤先生の例は怪しいのです。