山上的天氣，為什麼說變就變？
― 山本身，就是一道會製造雲的斜坡
山腳下明明是藍天，山上卻可能被白雲籠罩，下起冷冷的雨。這種事在山上很常見。原因不只是「因為山比較高」。山其實是一道巨大的斜坡，會強迫風往上爬升。被推上去的空氣會膨脹、降溫，裝不下的水蒸氣就變成小水滴。再加上被陽光曬熱的山坡會把空氣從山谷往上吸，所以愈到下午，雲愈容易冒出來。
早上走出車站時，天空萬里無雲。預報也說「晴天」。你穿著短袖開始爬山，走到微微冒汗的程度。
過了中午，走到稜線上，卻突然被白霧包圍。風變大，雨滴開始劈里啪啦打在身上。身體濕了，汗水一冷，剛才的暑熱彷彿是騙人的，整個人冷了下來。
往山下望去，市區那一帶還是晴天。同一天，同一個時刻。為什麼只有山上這麼不一樣呢？
原因大致上有兩個
風撞上山之後，躲不掉，只能沿著山坡往上爬。上升的空氣一膨脹，溫度就下降，原本裝著的水蒸氣就變成小水滴。同樣的濕風，在平地什麼事都不會發生，一撞上山卻會變成雲。
早上陽光把山坡曬熱後，坡面上方的空氣變輕，往上移動。為了補上這個空缺，風就會從山谷往上吹。上午明明是晴天，下午卻冒出雲來，原因就在這裡。
不管哪一種，都是「讓空氣往上跑」的機制。我們一個一個來看。
被推上去的空氣，光是「上升」這件事就會變冷
空氣愈往上，周圍的氣壓就愈小。壓力一鬆，空氣團就會膨脹。膨脹的時候，空氣要對外做功，這部分會消耗掉自己的熱量。所以就算沒有拿去加熱，光是上升，溫度就會下降。這叫做絕熱冷卻。
空氣能裝下的水蒸氣量，溫度愈低就愈少。一路變冷的空氣，到了某個高度就裝不下了。這時候多出來的水蒸氣就變成細小的水滴，看起來白白的，這就是雲。雲開始出現的高度，幾乎完全由那團空氣的濕度決定。
山會整天不停地進行這種「推升」。只要有風吹，山就一直扮演著把空氣往上推的斜坡角色。所以就算山腳下是晴天，山上也可能一直卡著雲不走。請看圖1。
為什麼愈到下午，雲愈容易冒出來？
早上的山坡會正面迎接陽光。地面一變熱，上方的空氣也跟著變暖、變輕，開始沿著坡面往上升。為了補上這個空缺，風就會從山谷被吸上來，這股氣流叫做谷風。
一般認為谷風從早上開始逐漸增強，到過午時分達到最強。也就是說，午後的山，正好是「風的推升」和「陽光的推升」重疊的時段。上午明明還是藍天，一過中午雲就冒出來下起雨的變化，原因就在這裡。
登山界常說「早出早歸」，就是為了避開這段時間的特性。日落之後，情況相反，變冷的山坡會讓山風從山上往山谷吹下去。
天氣預報鎖定的對象，大多是山腳下的市區。海拔一旦上升到1000公尺、2000公尺，氣溫、風、雲的狀況都會完全不同。一般認為，要進山時，應該確認專門處理山區天氣的資訊，或是各山域各自的預報。
在上坡途中降過雨的空氣，會帶著較少的水蒸氣往另一側下降。下降時因為被壓縮而升溫，所以翻過山頭後的地區，有時會吹起又暖又乾的風。這叫做焚風現象，會讓翻過山頭那一側的地區氣溫急遽上升（詳情請見翻過山頭的風，為什麼會突然變熱？）。
那麼，該怎麼做才好呢？
- 山，要趁早上走雲到下午比較容易冒出來。過了中午就開始下山，會比較安心。
- 就算是晴天，也要帶外套和雨具山上有時會比山下冷10℃以上。一旦淋濕又吹風，體溫會不斷流失。
- 雲突然變多，就折返「再撐一下下」是很危險的想法。愈早做決定，能選的路就愈多。
在山上，因為淋濕加上吹風而導致體溫下降的失溫症，據說就算是夏天也可能發生。如果出現發抖停不下來、應答不清楚等變化，請移動到能避風的地方，更換濕掉的衣物並讓身體保暖。天色變暗、雷聲逼近時，請不要靠近稜線或高大的樹木。一般認為，應該遠離空曠的地方，前往山屋等堅固的建築物避難。萬一有人無法動彈，或意識不清，請不要猶豫，立刻撥打119報案。在山區有時候110也能受理。這裡寫的應對方式僅供參考，最佳的行動會因狀況而異。請遵從消防、警察、地方政府的指示。
總結
山上的天氣之所以容易變化，是因為山本身就是一個把空氣往上推的裝置。風一吹來，坡面就把空氣往上推；陽光一照，就把空氣從山谷往上吸。上升的空氣膨脹、降溫，水蒸氣變成小水滴，形成雲。和山腳下不同的空氣，一直不斷在山上被製造出來。所以就算是同一天的同一個時刻，也可能出現市區晴天、山上下雨的情形。
山上的天氣，不是任性善變。
而是山這道斜坡，不斷把空氣往上推的結果。
關於雲是如何飄浮著的，可以參考「雲明明是水的聚合體，為什麼不會掉下來？」；下午冒出的雲如何長高，可以參考「積雨雲（雷雨雲）為什麼能長得那麼高？」；淋濕加上吹風如何讓身體變冷的過程，可以參考「失溫症為什麼在「沒有那麼冷的日子」也會發生？」；海拔本身如何影響身體，可以參考「高山症為什麼只是升高海拔就會發生？」。至於空氣撞上山被推升、進而降下大雪這種規模更大的例子，則說明於「日本海一側為什麼會下這麼多雪？」。
- 找個晴天，分別在上午和下午遠眺同一片山脈。上午稜線可能清晰可見，下午卻常常只有山頂被雲籠罩。
- 搭纜車之類的交通工具前往海拔較高的地方，比較山腳和山上溫度計的讀數。海拔每升高100公尺，氣溫約下降0.6℃，這樣的參考值就能親身體會。
- 用打氣筒替自行車輪胎打氣之後，摸摸打氣筒的筒身。被壓縮的空氣會變熱。空氣下山時會變暖的道理，用手掌就能確認。
在山上進行觀察時，請務必在整備完善的步道與裝備範圍內進行。
想知道更多的人 ― 用語、公式，以及與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目，這裡會明確標示是哪個程度的內容
- 國中國中理化課會學到的範圍
- 高中高中「地科基礎、物理基礎」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或是教科書專欄性質的內容
- 大學高中不會學到、屬於大學專業科目（氣象學、大氣力學）的內容
- 研究連大學也還沒當成「定論」在教、目前研究者正在調查中的內容
國中用語：這個現象是有名字的
- 絕熱冷卻：空氣團上升膨脹時，在不與外界交換熱量的情況下溫度下降的現象。是山上形成雲的出發點。
- 地形性上升：風撞上山或丘陵，沿著坡面被強迫推升的現象。山上大部分的雲都是這樣產生的。
- 抬升凝結高度：被推升的空氣裝不下水蒸氣、開始形成雲的高度。圖1中的虛線就是這個高度。
- 谷風與山風：白天從山谷往山上吹的風叫谷風，夜間從山上往山谷吹下的風叫山風。
國中高中用公式確認看看：海拔2000公尺的山頂到底有多冷
被推升的空氣溫度，可以從海拔大致估算出來。這裡用參考數值，換算到體感的寒冷程度。出現的符號意義與單位如下表所示。
| 符號 h | 意義：從山腳到山頂的海拔差／單位是公尺 |
| 符號 t | 意義：因海拔差而下降的氣溫／單位是℃ |
| 符號 w | 意義：因風而進一步下降的體感溫度／單位是℃ |
| 符號 T0、T山頂 | 意義：山腳與山頂的氣溫／單位是℃ |
| 符號 Γ | 意義：氣溫遞減率（每100公尺下降的氣溫）／單位是℃ |
| 符號 k、V | 意義：風速每秒1公尺對應的體感下降幅度（℃）與風速（公尺／秒） |
| 用符號寫 | T山頂 ＝ T0 − Γ × h （體感 ＝ T山頂 − k × V） |
| 用文字寫 | 山頂氣溫 ＝ 山腳氣溫 − 氣溫遞減率 × 海拔差。體感溫度 ＝ 山頂氣溫 − 每秒1公尺風速對應的下降幅度 × 風速 |
| 公式從何而來 | 上面的公式，源自於愈往高空氣壓愈低，被推升的空氣會膨脹，並因為做功而消耗自身熱量而冷卻（依熱力學第一定律產生的絕熱冷卻）。Γ 在一般大氣中，每100公尺約為0.6℃。下面的公式，則是把風把身體表面溫暖空氣帶走的效應歸納出來的經驗法則。 |
| 山腳氣溫 | 設為25℃ |
| 山腳到山頂的海拔差 | 設為2000公尺 |
| 海拔每升高100公尺下降的氣溫 | 約為0.6℃ |
| 山頂吹的風速 | 設為每秒10公尺 |
| 風速每增加每秒1公尺，體感下降的幅度 | 約為1℃ |
| 海拔差是100公尺的幾倍 | 2000 ÷ 100 ＝ 20 |
| 因海拔下降的氣溫 | 20 × 0.6 ＝ 12 |
| 山頂氣溫 | 25 − 12 ＝ 13 |
| 因風下降的體感 | 10 × 1 ＝ 10 |
| 加上風之後的體感溫度 | 13 − 10 ＝ 3 |
就算山腳是25℃的夏日高溫，山頂氣溫也只有13℃左右。再加上強風，體感溫度可能降到3℃前後，和冬天早晨差不多冷。若是穿著短袖上山的身體，又被汗水和雨水打濕，體溫會流失得更快。一般認為，即使是夏天也可能發生失溫症，就是這些因素層層疊加的結果。
高中高中＋乾空氣和濕空氣，冷卻的方式不一樣
高中還沒形成雲的空氣，每上升100公尺，會以約1.0℃這個固定比例冷卻。這是因為空氣膨脹所消耗的能量，直接反映成溫度的下降。
高中＋不過，一旦開始形成雲，冷卻的速度就會變慢。因為水蒸氣變成水滴時會放出熱量，這股熱又會把空氣重新加熱。這種情況下的冷卻速度，一般認為約為每100公尺0.4℃到0.5℃。雲中的空氣之所以能保持比周圍溫暖、繼續往上伸展，就是因為有這股「回溫」的效果。
大學決定「翻越山頭」還是「繞道而行」的因素
撞上山的空氣，不見得每次都會爬坡而上。如果大氣穩定、山又高，空氣往上爬會比繞過去更費力，就會變成繞過山的氣流。這個分界點，可以用「風速」除以「代表大氣穩定度的浮力振盪頻率（布倫特—維賽拉頻率）× 山的高度」得到的無因次值來整理，這叫做山岳弗勞德數。大致的看法是：數值小就繞道，數值大就翻越。翻過山的空氣有時會像波浪一樣上下起伏，在背風側形成排列規則的雲列或強烈的下沉氣流，這叫做山岳波，是大氣力學教科書會討論的內容。
📖 公式推導與更深入的內容：氣溫遞減率（日文維基百科） ／ 弗勞德數（日文維基百科）
研究目前還不清楚的事
- 該如何把細部地形放進預報裡。 數值預報用網格來表示地表，比網格更小的稜線或山谷會被抹平。一般認為，這是山上的風和雲難以完全重現的原因之一。
- 雲何時、何地會冒出來的預測。 谷風形成的雲，會受到地面乾濕程度、植被差異等微小因素的影響。要精確鎖定發生的時間與地點，至今仍是一大難題。
- 山上的觀測點太少。 高處的觀測設施維護不易，實際的氣溫和風速資料不足，能用來驗證的材料本身就有限。
也就是說，這篇文章的內容，也只是「目前已知範圍內的說明」。隨著觀測與計算愈來愈精細，有些部分或許將來會被改寫。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應之處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・天氣及其變化 | 空氣上升會形成雲、海拔與氣溫的關係 |
| 高中 | 地科基礎・大氣與海洋／物理基礎・熱與功 | 絕熱冷卻，以及推算山頂氣溫的計算 |
| 高中＋ | 地科進階・潛熱與濕絕熱 | 乾空氣與濕空氣冷卻方式不同的內容 |
| 大學 | 氣象學・大氣力學（地形與氣流） | 翻越山頭與繞道氣流的分界 |
| 研究 | 局地氣象學・數值預報高解析度化 | 「目前還不清楚的事」這一節 |
| ― | 與生活的關聯 | 趁上午行動、雲一變多就折返的判斷 |
- 小倉義光『一般氣象學（第2版補訂版）』（一般気象学）東京大学出版会（東京大學出版會）
- 日本気象学会（日本氣象學會）編『気象科学事典』（氣象科學事典）東京書籍
- 気象庁（日本氣象廳）「予報用語 ― 風、雲、局地的な風」（預報用語 ― 風、雲、局地風）気象庁ホームページ（日本氣象廳官方網站）
- 猪熊隆之『山岳気象大全』（山岳氣象大全）山と溪谷社
- 警察庁（日本警察廳）「山岳遭難の概況」（山難概況）警察庁ホームページ（日本警察廳官方網站）
※本文為一般大眾取向的科學解說。文中數值僅為理解原理所用的參考、概算值。進入山區時的判斷，以及天候惡劣時的行動，請遵從氣象廳的發布，以及消防、警察、地方政府等機關的指示。