山を越えてきた風は、なぜ急に暑くなるの？
― 冷えるときは半分、温まるときは全部です
同じ日、同じ時刻なのに、山のこちら側は雨で涼しく、越えた向こう側だけ気温がぐんと上がる。ときには真冬でも汗ばむほどになります。フェーン現象と呼ばれるこの不思議は、空気が「山を登るとき」と「山を下りるとき」で、冷え方と温まり方がそろっていないために起きます。
春先のニュースで、日本海側のまちだけが「今日の最高気温30℃」と伝えられることがあります。周りの地域はまだ肌寒いのに、そこだけ夏のような数字が並びます。
地図を見ると、そのまちの手前には必ず高い山なみがあります。反対側の斜面では、同じころ雨や雪が降っています。
同じ空気が山を渡っただけです。熱を足したわけでも、南から暖かい空気が来たわけでもありません。それでも、越えた先の空気は暑く、そしてからからに乾いています。
暑くなる理由は、2つだけ
空気は上へ行くほどふくらんで冷えます。ところが途中で雲ができはじめると、水蒸気が水のつぶに変わるときに熱を出します。この熱が冷え方をゆるめるので、登りの空気は本来の半分ほどしか冷えません。
雲になった水は、雨や雪として山のこちら側に落ちてしまいます。乾いてしまった空気が反対側を下りるとき、押し縮められて温まる分をやわらげてくれる水は、もうありません。だから、まるまる温まります。
登りでゆっくり冷え、下りではしっかり温まる。行きと帰りの帳尻が合わないので、越えた先の空気は出発点より高い温度になります。順に見ていきます。
空気は、上へ行くと冷える
空気は上へ行くほど、まわりから押される力が弱くなります。押しが弱まった空気はふくらみます。ふくらむとき、空気は自分の熱を使うので、外から冷やされなくても温度が下がります。これが「高い山ほど寒い」の正体です。
乾いた空気なら、100メートル登るごとにおよそ1℃下がるとされています。ところが、冷えて水蒸気が水のつぶに変わりはじめると、そのときに熱が出てきます。この熱がまわりの空気を温め返すので、冷え方はおよそ半分、100メートルで0.5℃ほどにゆるみます。図1の左側の坂が、その「ゆっくり冷える」区間です。
水を置いてきた空気は、冷やしてくれるものがない
下りは、登りとちょうど逆のことが起きます。低いところへ行くほどまわりからの押しが強くなり、空気は押し縮められて温まります。このとき、もし空気の中に水のつぶが残っていれば、それが湯気にもどるときに熱を奪い、温まり方をやわらげてくれます。
ところが山を越えた空気は、その水を雨や雪として反対側へ落としてきました。やわらげてくれるものがないので、100メートル下りるごとにおよそ1℃、まるまる温度が上がります。図1の右の坂が、その区間です。
結果として、風下側には「暑くて、しかもとても乾いた風」が吹き下ろします。乾いているのは当然で、水はもう山の向こうに置いてきたからです。
南寄りの風が本州の山なみを越えると、日本海側で気温が急に上がります。真冬の記録的な高温や、季節はずれの夏日は、この山越えの風が原因のことがあります。同じ山なみが、冬には反対向きの風を受けて大雪をつくります。風の向きが変わるだけで、山のはたらきはまるで逆になります。
まとめ
山を越えた風が暑くなるのは、外から熱をもらったからではありません。登るときは水蒸気が出す熱でゆっくりしか冷えず、下るときは水を失ってまるまる温まる。行きと帰りで割合が違うことが、そのまま気温の差になって現れます。
熱をもらったのではありません。
雨を置いてきたぶんだけ、空気は熱くなります。
同じ山なみが冬に雪を降らせるしくみは日本海側は、なぜ雪がたくさん降るの？で、山が天気そのものを変えてしまう話は山の天気は、なぜあんなに急に変わるの？で扱っています。雲ができる瞬間そのものについては雲は水のかたまりなのに、なぜ落ちてこないの？もどうぞ。
- 空のペットボトルに息を数回吹きこみ、ふたを閉めます。ボトルの内側がわずかに湿った状態にします。
- ボトルを両手で強く押しつぶし、10秒ほど保ってから、ふたをゆるめて一気に空気を逃がします。
- 逃がした瞬間、ボトルの中がうっすら白くくもることがあります。ふくらんで冷えた空気の中で、水蒸気がつぶになった瞬間です。
くもりが見えにくいときは、部屋を暗くして横から光を当てると分かりやすくなります。天気予報で山の両側の気温を見比べるのも、いちばん手軽な観察です。
もっと知りたい人へ ― 用語・数式・教科書とのつながり中学理科から大学の専門科目まで、どのレベルの話かを明示しています
- 中学中学校の理科で習う範囲
- 高校高校の「地学基礎・物理」で習う範囲
- 高校＋高校の発展、または教科書のコラム扱いの内容
- 大学高校では習わない、大学の専門科目（気象学・大気力学）の内容
- 研究大学でも「定説」として教わらない、いま研究者が調べている最中の話
中学用語：この現象には名前があります
- フェーン現象：山を越えた風が、風上側より高温で乾いた状態になって吹き下りる現象のこと。アルプス地方の局地風の呼び名が語源とされています。
- 断熱膨張：外と熱をやりとりしないまま空気がふくらみ、そのぶん温度が下がること。上昇する空気で起きています。
- 潜熱：水が水蒸気になるとき吸い、水蒸気が水にもどるとき出す熱のこと。温度計には現れないので「潜む熱」と呼ばれます。
中学高校式で確かめる：2000メートルの山を越えると、何℃上がるか
山の高さを2000メートル、風上側では登りはじめからずっと雲ができていると単純化して計算します。使う数値は3つだけです。
| 山の高さ | 2000 メートル |
| 雲ができている空気の冷え方 | 100 メートルにつき 0.5 ℃ とされています |
| 乾いた空気の温まり方 | 100 メートルにつき 1.0 ℃ とされています |
| 風上側のふもとの気温 | 25 ℃ とします |
| 山を100メートルきざみで数える | 2000 ÷ 100 ＝ 20 |
| 登りで下がる温度 | 20 × 0.5 ＝ 10 |
| 下りで上がる温度 | 20 × 1.0 ＝ 20 |
| 差し引き | 20 − 10 ＝ 10 |
| 風下側のふもとの気温 | 25 ＋ 10 ＝ 35 |
単位は、高さがメートル、温度が℃です。記号を使わず、量の名前をそのまま書いています。同じ空気が山をひとまたぎしただけで10℃上がり、山頂では15℃だったものが、ふもとでは35℃になる計算です。実際には登りの途中まで雲ができないことも多く、上がり幅はこれより小さくなります。
高校高校＋なぜ「ふくらむと冷える」のか
高校気体は、外から熱をもらわずに体積が増えると、外を押しのける仕事の分だけ内部の勢いを失い、温度が下がります。逆に押し縮められれば温度は上がります。空気のかたまりは動きが速く、まわりと熱をやりとりする暇がないので、この見方がよく当てはまります。
高校＋この冷え方は1キロメートルあたり約9.8℃とされ、乾燥断熱減率と呼ばれます。雲ができている間は、水蒸気が出す熱が加わるため約4〜6℃に下がります。気温によって水蒸気の量が変わるので、湿った側の値は一定ではありません。
大学山を越えられなかった空気は、どこへ行くのか
大気力学では、山に当たった空気がすべて山頂を越えるとは限らないと考えます。安定した層に閉じこめられた下層の空気は山にせき止められ、実際に風下へ下りてくるのは、もっと高いところにあった乾いた空気であることがあります。この場合、風上側で雨が降らなくても風下側は高温・乾燥になります。近年の観測研究では、こちらの筋道のほうが主役になる事例が少なくないとされています。
研究まだはっきりとはわかっていないこと
- どちらの筋道が主役か。 「雨で水を捨てる」型と「上空の乾いた空気が下りてくる」型は、同じ事例の中で混ざります。どちらがどれだけ効いたかを観測から切り分ける方法は、まだ議論の途中です。
- 吹き下ろしの強さの予測。 風下斜面で風がどこまで加速し、どこで急に弱まるかは、山の形と上空の風の重なりで決まります。細かい地形を含めた予測は、いまも計算のむずかしい課題です。
- 南極や氷河への影響。 山を越えた乾いた暖かい風が、棚氷や氷河の表面をとかす働きが注目されています。長い目で見てどれだけ効くのかは、観測の積み上げの途中です。
つまりこの記事の内容も、「いまわかっている範囲での説明」です。教科書に載っている水を捨てる筋道は、いくつかある道すじのひとつだと考えてください。
教科書とのつながり（レベル別）
| レベル | 科目・単元 | この記事のどこ |
|---|---|---|
| 中学 | 理科・天気とその変化（雲のでき方、露点） | 空気が上がると雲ができるところ |
| 高校 | 地学基礎（大気）・物理（熱と気体） | ふくらむと冷える、押し縮められると温まる |
| 高校＋ | 地学（乾燥断熱減率と湿潤断熱減率） | 1キロメートルあたりの数値の違い |
| 大学 | 気象学・大気力学（地形性の流れ、山岳波） | 山を越えられなかった空気の話 |
| 研究 | 局地気象の観測と数値予報 | どの筋道が主役かの切り分け |
| ― | 生活とのつながり | 山の向こう側だけ気温が高い日の見方 |
- 気象庁「予報用語（風・気温に関する用語）」フェーン現象の説明
- アメリカ気象学会 Glossary of Meteorology の項目
- 小倉義光『一般気象学』東京大学出版会（断熱変化と減率の解説）
- Elvidge, A. D. and Renfrew, I. A., "The Causes of Foehn Warming in the Lee of Mountains", Bulletin of the American Meteorological Society, 2016
※本記事は一般向けの科学解説です。掲載した数値は、しくみを理解するための目安・概算です。実際の下がり方・上がり方は、気温や湿り具合で幅があります。山で天気の急変に出会ったときは、気象庁や自治体の発表する情報、および現地の指示に従ってください。