潜在不安定

[古久根 敦]

皆様，こんにちは，古久根です．

潜在不安定についてなんとなくホットトピックなので，解説資料を作成してみました．

https://www.evernote.com/shard/s34/sh/be60be51-2f3a-4c0d-84fb-1b75c44efd98/942f8e4874cde53a

CAPE，CINという用語とか，CAPE>CINで真正潜在不安定であることを覚えていても，大気の気持ちを理解したとは言えません．気象学の本質である，大気の動きや性質を理解することも大切です．

潜在不安定をなるべく短く説明すると，，，上昇させられる空気塊が周りの空気に熱エネルギーを与えられる状況が続く以上，空気塊は位置エネルギーを増やさざるを得ず，増えた位置エネルギー分だけ上昇していく．周りの空気よりも空気塊の方が気温が高い状況は空気塊が周りの空気に熱エネルギーを与えられる状況であり，この状況が続けば，空気塊が下降するのは相当に難しくなるため，空気塊は元の高度に戻れなくなる．元の高度に戻れない状況になってしまう可能性があることを不安定という．

エマグラムに関係するので，あともう一つおまけ(^0^;)

ある場所で「湿数」についての説明がありました．皆様への確認のため書いておきます．

湿数は乾燥度合いを表す量であり，水蒸気量を表す量ではありません！

例えば，次の2つの空気があったとします．

1．気温0℃，露点温度-1℃
2．気温20℃，露点温度19℃

1も2もどちらの空気も湿数(気温-露点温度)は1℃です．

では，1と2のどちらの方が水蒸気量は多いでしょうか？

ということを考えただけでも，湿数は水蒸気量を表していないことは一目瞭然です．

実際の気象解析でも実技試験などでも，700hPa面天気図で湿数分布を確認すると思いますが，湿数が小さいからと言って水蒸気量が多いと判断することは間違いですので注意してくださいね！水蒸気量を把握したいのならば，湿数と気温をセットにしないといけません．気温が高くて湿数が小さければ相対的に水蒸気量は多くなります．でも，これはめんどくさい．そもそも露点温度がざっくりと水蒸気量を表してくれる量なので，露点温度を見ればいいだけです．

[わかやま]

古久根様

貴重な資料をありがとうございます。

本文にもあるように、理解が足りないと解釈の不十分さが現れてしまう、という事は

肝に命じてやっていきたいと思います。

気象の楽しさは、知的理解と実際の現象を割と確認しやすいところだと思います。

楽しみながら、苦しみながら、一歩ずつ進んでいきたいと思います。

[古久根 敦]

わかやまさん，こんばんは．

「気象の楽しさは、知的理解と実際の現象を割と確認しやすいところだと思います」

素晴らしい思いだと感じました．

私もその通りだと思います．

気象予想も同じなんです．知的理解と実際の気象状況と予報プロダクトを使いつつ，「その他の道具（気象分野の道具だけではない）」もふんだんに使いながら，ユーザに対して気象予想をすれば，次の日とかには結果が出るし，ユーザの笑顔を間近に見られます．確認しやすいです．ユーザが悲しむことがあればほっとけないから，自分の道具を磨きまくるしかありません．磨けないよぉと言い訳していてもユーザは悲しむだけです．確認しやすいからこそ，いろいろと磨きやすい，そういうのもあると思います．

蛇足かもしれませんが，天気予報ガイダンスはネットでは入手困難（分布図は一部あるが，おおもとのガイダンス情報を公開しているサイトはない）ですが，ガイダンス情報がないから難しいと言い訳をする人もいれば，一方で，入手できないならば，自分で作ってしまえばいい！気象庁はガイダンスモデルのメンテナンスを意識するだろうから，東京（大手町）とか石巻にあわせてモデルを揃えているわけではない．だったら，自分がユーザに届けている気象予想の地点について，それぞれ東京ガイダンスとか石巻ガイダンスを作ってしまえばいい．自分がする地点はたかがしれているので，メンテナンスは責任とれる．やろう！って思えるかどうか．作るにあたって，気象への理解は深めなければならない．しかもモデルを作りモデル検証まで自分でやるためにはデータアナリシスの知識や経験も必要だ．いろいろと気象以外の知識や経験や技術も必要だが，身につけていればなんとかなる，だったらやろう！って思う人．

すべては大気くんの姿として「顕在化」してくれるので，もっと前を向いていこうと思わせてくれるのが気象だったりします．

[わかやま]

古久根様

ありがとうございます。
まだまだやりたいことが次から次へと出てきます。そんな気象と出会えたことに感謝しながらこれからも一歩ずつ
歩んでいきたいと思います。
また、ご相談差し上げる際はよろしくお願いいたします。

[だんな]

古久根さん

はじめまして。
“だんな”と申します。

いつも古久根さんの資料で勉強させて戴いており，大変感謝しています。

さて，本トピックでも挙げられている，
潜在不安定（対流不安定）について質問したいことがあります。
数日，頭を絞って考えているのですが，どうしても理解できず苦心していることがあります。
本トピックの内容からはやや逸脱してしまいますが，ご教授願えないでしょうか。

質問内容を以下に列挙させて戴きます。

（１）『一般気象学~第2版補訂版~ P72記載の[図3.15対流不安定の説明図]』について
　　　本著書の対流不安定について要約すると，
　　　 “下層に湿潤空気・上層に乾燥空気を持つ大気層が上昇した場合，
　　　　温度減率が湿潤断熱減率よりも大きいと，その層は不安定である。”
　　　　と説明していると思います。［一般気象学~第2版補訂版~P72図3.15,P74,75参照］
　　　　私は，上述した対流不安定の説明内容について理解ができませんでした。
　　　　
　　　　理解できない理由は，上昇した大気層の温度減率と湿潤断熱減率の関係について
　　　　以下のように考えてしまうからです。

　　　　【理解できない理由】
　　　　湿潤断熱減率よりも温度減率が大きいということは，温度がより低くなるということ。
　　　　つまり，ある高度のとき，湿潤断熱減率で温度が減少する周辺の大気より，
　　　　下層に湿潤空気・上層に乾燥空気を持つ大気層の方が温度が低くなるため，
　　　　大気層は上昇できず，安定と言えるのではないか？
　　　　　　
（２）なぜ下層で湿潤，中層で乾燥している大気層は成層状態が悪いと言えるのか？
　　　（１）について理解できないため，
　　　下層で湿潤，中層で乾燥している大気がなぜ積乱雲を発生させるのか，
　　　腹の底から理解ができません。

　　　下層の湿潤空気が，中層の乾燥空気に向かって上昇するなら，
　　　下層湿潤空気は湿潤断熱線に沿って温度が下がるため，ある高度で中層の乾燥空気よりも温度が高くなる。
　　　そのため，湿潤空気はどんどん上昇し，かつ，水蒸気を多く含んでいるので，
　　　上昇するに従って雲が発生するのだろう，とイメージできます。
　　　
　　　しかし，乾燥層・湿潤層が同時に上昇した場合の空気の状態がイメージできません。
　　　下層で湿潤，中層で乾燥・寒冷の大気層が，成層状態を悪くするのは
　　　どうイメージするのが適切なのでしょうか？
　　　
（３）潜在不安定と対流不安定は同義か？
　　　『一般気象学~第2版補訂版~ P75 11行目』には，
　　　”対流不安定のことをポテンシャル不安定ということがある”と記載があります。
　　　ポテンシャル不安定とはつまり，日本語訳で潜在不安定だと思うのですが，
　　　本著書では，対流不安定と潜在不安定をはっきり区別して説明していないように思います。

　　　古久根さんは，下記の投稿で，「対流不安定度」と「潜在不安定」を分けてご説明されていましたが，
　　　やはり，「対流不安定」と「潜在不安定」は分けて理解した方が良いのでしょうか？
　　　『参照元：https://kishoyohoshi.com/forums/topic/平成26年度第1回実技1について』

以上となります。
長文かつ，面倒な質問で大変恐縮ではありますが，
頭の悪い私が理解できるような，助言やヒントを少しでも頂けたらと思います。

どうぞ，よろしくお願い致します。

[あきら]

だんな様、
こんばんは。あきらと申します。
横から失礼いたします。

だんな様の記述の中でちょっと気がついた点ですが、

＞ある高度のとき，湿潤断熱減率で温度が減少する周辺の大気より，

とあります。
湿潤断熱減率で温度が変化するのは飽和した持ち上げてゆく気塊の方で周辺の空気はあくまで状態曲線に沿って変化するのではないでしょうか。湿潤断熱減率よりも状態曲線が立っていれば持ち上げ気塊が周辺より低温になり安定。逆に状態曲線が寝ていれば持ち上げ気塊の方が高温になり浮力を得るので不安定。

下層が上層より湿潤ですと、その層厚のまま持ち上げると下層の方が先に飽和してしまうため上空に行った時に層厚内の状態曲線が湿潤線より寝てしまい不安定になります。私の解釈では対流によって不安定になってしまうため「対流不安定」。下層湿潤、上層乾燥の気層は対流で持ち上がると不安定になるので不安定になる可能性を秘めているため「潜在不安定」なのではないかと思っています。

まだまだ未熟者ですので間違った解釈があるやもしれませんのでその際にはご容赦ください。

[古久根 敦]

だんなさん，あきらさん，こんばんは，

自分で考えている姿勢，素敵だなと思います．ファイトp(^^)q　です．

さて，お二人の考えを，正しい理解にするために，解説資料を作ってみました．

以前に公開した大気不安定に関する資料の補強版です．といっても，手書き資料を添付しつつ，Evernoteに加筆しただけですが(^0^;)

https://www.evernote.com/shard/s34/sh/85743e79-9d09-46bf-bc5b-cf41721205cd/f2dd799943220f14

対流不安定とはどういうことかを解説していますので，是非参照ください．

また，対流不安定と潜在不安定について，同義ではないかという質問について回答しています．

ここにも結論を書きますと，全く違うものです．持ち上げているものが違うのです．対流不安定は厚みを持った気層，潜在不安定は空気塊を持ち上げています．また，対流不安定では周辺空気との気温差には着目していません．潜在不安定ではエネルギに着目しつつ，本質は周辺空気との気温差に着目しています．

上記の解説資料にも書いたのですが，気象学でもやっぱり英語力が必要なんです(^0^;)

対流不安定はconvective instabilityもしくはpotential instabilityのことです．一方，潜在不安定はlatent instabilityです．これ，辞書を引いてみてください．英英辞典ですよ(^0^;)　えっ(ﾟДﾟ)　potentialもlatentも日本語にすると「潜在的」ですがニュアンスが違う！

英語のpotentialとlatentは日本語にするとどちらも「潜在的」という訳になってしまいます．しかし！potentialとlatentは英語としてのニュアンスは全く違います！
　・potential：いずれは顕在化するであろうが今現在は潜在的である状態
　・latent：常に潜在的である状態

この辺りについても上記解説資料に書いておきました．自社の商品を売る時に，間違っても取引先にpotential defectsなんて言ったらダメですよ！(^0^;)

[あきら]

古久根さん、
ありがとうございます。理解が進みました。気層が上昇することによって断熱減率が変化して静的安定性が悪化することが対流不安定なのですね。一方、潜在不安定はこれとは別に気塊とエネルギーに着目していることがわかりました。
そこで例えばなのですが、私が勉強してきた中ではCINとCAPEが必ず存在する例でエマグラムなどを見てきたのですが、CAPEが存在できないような状況もあるのでしょうか(ある高度の気塊が非常に乾燥しているとか)。その場合は、別な力で強制的に持ち上げられても不安定にならない（対流有効位置エネルギーがない）。ん？まてよ完全に乾燥していたら持ち上げても何も起こらんか。ん～～奥深いっす（・・；

[だんな]

あきらさん
早速のご回答ありがとうございました。
一緒に疑問点について考えていただき，うれしく思います。

古久根さん
丁寧な解説資料を提供していただき本当にありがとうございます。

資料を確認した上で質問させていただきます。
『大気が不安定とはどういうこと？ P11』に
(1)対流不安定とは、静的安定度とは違い、持ち上げるものは厚みを持った気層全体です。
(2)気層全体を持ち上げたときに、その気層の気温減率が変わってしまうことによって、
(3)気層全体の静的安定度が安定になるのか不安定になるのかを考えるものです。
とあります。（番号は私が説明の便宜上付けました。）

(1)，(2)までは理解できましたが，
(3)について理解が及びませんでした。

なぜなら，(1)で”対流不安定とは，静的安定度とは違い”と説明しているのに，(3)の説明で静的安定度を使って対流不安定について説明していることに矛盾を感じてしまうからです。

しかしながら，古久根さんの資料を何度も読んで私なりに”対流不安定”について解釈してみました。
私の解釈した内容を以下に記させていただきます。

【私の解釈】
下層に湿潤大気，上層に乾燥大気を持つ大気層（以下，大気層X）があるとする。
この大気層X全体が，ある高度から上昇すると元々の気温減率よりも大きく傾く。
この状況で，大気層X内部の下層にある湿潤空気塊（以下，空気塊W）が湿潤断熱線に沿って大気層X内を上昇するすると，大気層Xの気温減率は空気塊Wの気温減率よりも大きく傾いている。つまり，空気塊Wは大気層Xよりも温度が高いため，元の高度の止まって居られずに上昇してしまう。
よって，空気塊Wにとって大気層Xの静的安定度は不安定だと言える。

如何でしょうか？
私の対流不安定に対する解釈は適切でしょうか。
解釈が誤っている箇所があれば，遠慮なく指摘していただけると有難いです。

よろしくお願い致します。

[古久根 敦]

だんなさん，おはようございます．

資料閲覧ありがとうございます．

対流不安定と静的安定度は，持ち上げるものが違うので，対流不安定は静的安定度とは違い，と断っています．

一方，対流不安定と静的安定度はともに「温度減率(鉛直気温傾度）」に着目している点は同じです．この点があるので，対流不安定で持ち上げた気層の静的安定度という言い方をしています．

静的安定度の場合，温度減率を考える気層は地表面から大気がある上層すべてです（つまり無限です)．一方，対流不安定の場合，温度減率を考える気層は持ち上げる気層内のみです(つまり有限です)．温度減率を確認する対象が静的安定度は無限，対流不安定は有限という違いがあるけれど，どちらも温度減率を確認していること自体は変わらないのです．

参考までに，潜在不安定の場合，周辺空気との気温差を考えるのは，持ち上げ凝結高度(LCL)より下の層～自由対流高度（LFC）～中立浮力高度(LNB）だけです(つまり有限です)．また，潜在不安定の場合，周辺空気との気温差が生まれCAPEとCINが存在しなければ議論できないので，成層状態によっては潜在不安定がどの程度かを確認できない（CAPEやCINが存在しない)場合があります．

さて，だんなさんの【私の解釈】の部分，完璧です！しっかりと考え理解できています！(^.^)

[とうり]

皆様の議論を読みながら〈読んでるだけですので、理解ができるのはまだまだ）、とはいえ、実技にとても役立つものです。古久根様の、「なんとなく」とくために、平成28年2回目（４７回）の。6月の天気（古久根様によれば、2014年）問2（２）。上空に向って相当温位がＸ，Ｙ，Ｚで「変化なし」、「減少する」、「増加する」を求めるもので、手がかりは相当温位線の上方での挙動。どのように解けばいいのか、随分時間がかかりましたが、今では、「なんとなく」解析。「対流不安定」となるのは、相当温位の増加であれば、上層が湿順、下層が乾燥（これでいいのか簡単すぎて自信なし）、ということで、対流が最も発生しやすいのは「Ｙ］の地点。実技に応用された時、どのように、エマグラムとの関係ででてくるのか、SSIとのからみで。「潜在不安定」。学習中です。

[あきら]

とうりさん、
おはようございます。
この問題、相当温位の図で太実線の330Kしか示されておらず他の細実線を何Kと読んだらいいのか迷いました。そこで助けになったのが下にある湿数の図でした。
よく見ると図の曲線の形状がよく似ています。Yに注目しますと、Yの下の方は湿数の図で湿っています。つまり相当温位が高い。なのでYがまたいでいる等相当温位線は下の方が相当温位が高いと解釈しました。故にYは上空に向かって「減少する」。Zは、Yから辿ってゆくと等相当温位線が上下逆になるので「増加する」。Xは等相当温位線をまたいでいないので「変化なし」としました。対流が発生しやすいのは上空に向かって相当温位が「減少する」（下層湿潤、上層乾燥）Yが対応と考えました。

[だんな]

古久根さん

丁寧なご解説ありがとうございました。

再度，古久根さんの解説文を何度も読み直し，
やっと対流不安定と静的安定度の関係を理解することができました。

今回の質問を通してつくづく，日本語って難しいなと感じました。
定義を正確に理解するのに大変苦労しましたが，
古久根さんのおかげで理解が深まりました。

本当にありがとうございます。

[とうり]

あきら様、別の話題でもありがとうございます。平成29年第1回（48回）専門知識問９については、前回結構悩みました。問９では、(a)では、大気の成層状態は、（略）降水が始まると積乱雲内の大気は条件付き不安定。（ｂ）、（ｃ）（略）、（ｄ）梅雨期には、下層に暖湿な空気が流入し対流不安定の成層状態（略）。これらの正、誤を考えます。このところ、あるいは、最近のアドバイスから、下層から中層にかけて降水、下層に暖湿な空気などがでれば、状態を考えたり、密度や軽いかどうか、考えて、大気の状態を頭に入れて、正答に導くことができます。ちょっとしたことが、大切と、気づいています。またよろしくおねがいします。

[門前小僧]

みなさま

潜在不安定と対流不安定、私も受験勉強の時はなかなか理解が深まらずに難儀したトピックです。このスレッドを読んでいて、改めて理解できました。本当、勉強になります。
ところで、いまさらですが、古久根さんがこのスレを立てた時、ちょうど「潜在不安定」についての動画が「Team SABOTEN」にアップされていました。https://www.youtube.com/watch?v=eH9hLcyFu98&t=3s
講師の佐々木恭子さんっぽい感じで解説されています。ご参考までに。
　
来週にも九州～四国が梅雨入りしそうですね。850hPa相当温位の予測図を見ると、330～340Kの相当温位の高い領域が、九州方面に流れ込もうとしているようすが顕著です。これこそが「対流不安定」を呼び起こす実例になるかと思います。九州の山岳地域でどのように不安定現象が起きるのか、この先しばらく実況に注目しようと思っています。

[投稿者]

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