標高 の山がある。風上側のふもと（標高 ）で気温 の空気塊が山の斜面に沿って上昇し、標高 で雲ができ始めた。空気塊はその後も雲を生じながら山頂まで上昇し、山頂で雲は消えて、風下側の斜面を標高 のふもとまで吹き下りた。
空気塊の温度は、雲が生じていないときは乾燥断熱減率 で、雲が生じているときは湿潤断熱減率 で、高度とともに変化するものとする。風下側のふもと（標高 ）に達したときの空気塊の温度は何 ℃ か。
フェーン現象
山を越える空気塊について、風上側で雲を生じながら上昇し風下側を乾燥断熱減率で吹き下りるときの、風下側の気温・雲底の高さ・山頂の気温を求められる
前提
- 断熱減率と雲底の高さ （高校地学 大気と気象）
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- 断熱減率と雲底の高さ （高校地学 大気と気象）
説明
湿った風が山を越えると、風下側のふもとでは風上側より気温が高く、乾いた風が吹くことがあります。これをフェーン現象といいます。この技能では、空気塊が風上側を雲をつくりながら上昇し、山頂を越えて風下側を雲のない状態で吹き下りるときの、風上側の雲底の高さ、山頂の気温、風下側のふもとの気温を、乾燥断熱減率と湿潤断熱減率を使い分けて求められるようになります。
なぜそうしてよいのか
上昇する空気塊は膨張して冷え、下降する空気塊は圧縮されて暖まります。どちらも周囲との熱のやりとりがほとんどない断熱変化です。雲ができていない空気塊の温度は、上昇でも下降でも 100 m あたり約 （乾燥断熱減率）で変わります。一方、雲ができている空気塊が上昇するときは、水蒸気の凝結で放出される潜熱が空気を温めるので、冷え方は 100 m あたり約 （湿潤断熱減率）にゆるみます。
風上側では、空気塊はふもとから雲底までは で冷え、雲底から山頂までは でしか冷えません。雲の中でできた水滴が雨となって風上側に落ちてしまうと、山頂を越えた空気塊は水滴をもたず、風下側では雲がない状態で吹き下ります。すると、下降するときは全区間 で暖まります。
つまり、上りでは「ゆっくり冷える区間（雲の中）」があったのに、下りでは全区間「速く暖まる」ので、同じ高さのふもとにもどったとき、風上側より気温が高くなります。この差は、雲の中で放出された潜熱が空気塊に残ったことによるものです。また、水蒸気の一部が雨として失われているので、風下側の空気は乾燥しています。
手順
風上側のふもとの高さ・気温 ・露点 、山頂の高さ、風下側のふもとの高さを読み取る。露点の扱い（高度によらず一定とみなすなど）や、雲が山頂まで続き風下側では雲ができないという条件を確認する。
風上側の雲底の高さを求める：ふもとから雲底までの高さ をふもとの高さに足す。雲底での気温は露点 に等しい。
山頂の気温を求める：雲底の気温から、雲底から山頂までの高さについて ずつ下げる。
風下側のふもとの気温を求める：山頂の気温に、山頂から風下側のふもとまでの高さについて ずつ足す。
風上側と風下側のふもとの気温を比べ、風下側のほうが高くなっているか確かめる。
例題
標高 の地点 A で気温 、露点 の空気塊が、標高 の山を越えて、反対側の標高 の地点 B まで吹き下りた。空気塊は、雲ができていないときは につき 、雲ができているときは につき の割合で温度が変わるものとする。空気塊の露点は高度によらず一定とし、雲は風上側の雲底から山頂まで生じ、山頂を越えると雲は消えて風下側では雲ができないものとする。地点 B での空気塊の気温は何 ℃ か。整数で求めよ。
例題の解答
手順 1：風上側のふもと（地点 A）は標高 、気温 、露点 。山頂は 、風下側のふもと（地点 B）は 。
手順 2：雲底の高さは
で、雲底での気温は露点と同じ 。
手順 3：雲底から山頂までは で、雲の中なので で冷える。山頂の気温は
手順 4：山頂から地点 B までの は雲がないので で暖まる。地点 B の気温は
手順 5：風上側の より 高く、フェーン現象になっている。答えは 。
答え:
よくある誤り
風下側を吹き下りるときにも湿潤断熱減率を使ってしまう誤り（）。正しくは、山頂を越えた空気塊は雲がない状態で下りるので、 とする。
風上側の上昇でも全区間を乾燥断熱減率で計算してしまう誤り（山頂 、B で となり、気温が上がらない）。正しくは、雲底から上は で冷え、山頂は になる。
雲の中での温度低下を、ふもとからの高さで計算してしまう誤り（）。正しくは、湿潤断熱減率を使うのは雲底から山頂までの だけである。
風下側のふもとの気温を、山頂の気温から乾燥断熱減率で下げてしまう誤り（）。正しくは、吹き下りる空気塊は圧縮されて暖まるので、高さが下がるほど気温は上がり、 となる。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
標高 の地点 A で気温 の空気塊が、山を越えて反対側の標高 の地点 B まで吹き下りた。山頂の標高は である。この空気塊は、地点 A 側の斜面を上昇する途中、標高 で雲を生じはじめ、そこから山頂までは雲を生じながら上昇した。生じた雲は山頂までにすべて雨として降り、山頂から地点 B へ吹き下りる間、空気塊は雲を含まず、雲を生じることもなかった。
乾燥断熱減率を 、湿潤断熱減率を とし、空気塊は周囲と熱のやりとりをしないものとする。地点 B に到達したときの空気塊の気温は何 か。整数で求めよ。
ある山脈を空気塊が越えるときのようすを考える。風上側の標高 の地点 P にあった空気塊（気温 ）が斜面に沿って上昇した。空気塊は途中で飽和して雲を生じ、山頂（標高 ）まで雲を生じながら上昇した。その後、空気塊は風下側の斜面を吹き下り、標高 の地点 Q に達した。地点 Q での空気塊の気温は であった。
乾燥断熱減率を 、湿潤断熱減率を とする。雲は山頂までに雨としてすべて降り、空気塊は山頂から吹き下りはじめると同時に飽和していない状態になるものとする。また、空気塊と周囲との熱のやりとりはないものとする。
風上側の斜面で雲ができはじめた高さ（雲底の標高）は何 m か。整数で求めよ。
標高 の地点 A で、気温 、露点 の空気塊が山の斜面に沿って上昇し、標高 の山頂を越えた。その後、反対側の斜面を吹き下りて、標高 の地点 B に達した。
空気塊について、次のように考える。
- 乾燥断熱減率は 、湿潤断熱減率は とする。
- 空気塊が飽和していないとき、その露点は高度が 上がるごとに 下がり、 下がるごとに 上がる。
- 空気塊は気温が露点に達すると飽和して雲が生じ、その後山頂までは飽和したまま（気温と露点が等しいまま）上昇する。凝結した水はすべて降水として山の風上側で取り除かれ、山頂を越えると空気塊はただちに飽和していない状態で吹き下りる。
- 空気塊は周囲と熱のやりとりをしないものとする。
気温と飽和水蒸気圧の関係は次の表のとおりである。
気温 6 11 16 18 21 26 31 飽和水蒸気圧 9.3 13.1 18.2 20.6 24.9 33.6 44.9 地点 B に達した空気塊の相対湿度は何 % か。小数第 1 位を四捨五入して整数で答えよ。
この技能の次に学べること
- 空気塊の露点の変化と吹き下りた後の湿度 （高校地学 大気と気象）