科学をわかりやすく解説

雨量と積雪の深さ

雨量は、雨が地上に何ミリの深さに降り積もったかでいいあらわします。

2ミリの雨といえば、そこに降った雨が、どこにも流れずに、また土の中にも染み込まないとすると、一面に2ミリの深さになるということです。

雨のほかに、雪・あられ・ひょうなども、溶かして水に直し雨量と同じように、その深さを測ります。
これらと雨量とをひとまとめにして、降水量といっています。

日本では、降水量は、だいたい1年間に少ないところで1000ミリ多いところで3000ミリくらいになります。

雨量の測りかた

直径10センチ、深さ10センチ、またはそれ以上の大きさのブリキ缶を運動場の真ん中か、庭の中ほどにおいて、雨を受けてみましょう。

まわりに落ちた雨粒が、飛び込まないように、缶をいくらか高い木の台の上にのせます。
風が吹いても缶が倒れないように、台に釘などを使って、缶が動かないようにしておきます。

この缶の中に雨がたまったら、ものさしをまっすぐに差し込んで、水の深さを測ります。
このときによんだ水の深さが雨量になります。

底の平らでない缶や、口のほうが広くなったバケツのような形のものを用いると水の深さを測っただけでは、雨量はわかりません。
もし、このような缶しかないときには、水の深さを測るのを止め缶ごと量りにのせて重さを測ります。

はじめに、缶の重さを測っておいて、それを差し引けば缶の中の水の重さが何グラムあるかわかります。

この水の重さを、缶のうけ口の面積、たとえば500平方センチで割れば雨量が何センチであったかがわかります。
ふつうには、これを10倍して何ミリあったかであらわします。

雨量計のいろいろ

①雨量計

ふつう、いちばんよく用いられている雨量計は雨がうける口の直径が20センチで、ふちは刃物のように、うすくなっています。

この雨量計は地面を少し掘って埋めますが、雨のうけ口は地面から20～30センチくらい、出るように据え付けます。

雨量計のまわりの地面には、短い芝生を植えるのがいちばんよく細かい砂をしくのもよいことです。

降ってきた雨は、口から入って、中にあるろうとを通って、貯水瓶の中に入ります。
雨量を測るときには、この瓶を取り出して、雨水を雨量ますにうつし、雨量を測ります。
雨量ますには、雨量がミリですぐにあわせるように、特別な目盛りがしてあります。

雨量ますの中の水の高さをよむときには温度計の目もりをよむときと同じような注意が必要です。

ふつう雨量を測るのは、毎日午前9時にしますが都合の悪いときには、別の時刻に測ってもよいのです。
ただ、注意しなければならないことは何日もほうっておくと瓶の中に入った雨が、蒸発して、減ってしまいます。

②自記雨量計

気象台には、ふつうの雨量計のほかに、自記雨量計がおいてあります。
自記雨量計は、雨の量を時々刻々に記録していく器械です。

自記雨量計には2通りあります。

1つは雨がたまると浮き上がり、それによって、ペンが動いて雨量が記録されます。
もう1つは小さいシーソーの両はしにバケツが2つあって雨がたまるとその重みで、ちょうどシーソーのようにかわりばんこにバケツが倒れるしかけになっています。

この動きを、電気仕掛けによって、部屋の中の記録装置に伝えます。

③長期自記雨量計

人の住んでいない土地や、山の中などで雨量を測りたいときには長い期間にわたって、ひとりで雨量を記録する装置を用います。

ふつうには、3か月間自動的に記録する雨量計が用いられていて、これを長期自記雨量計とよんでいます。

この雨量計は、雨をうける口の直径が10センチで、ふつうの雨量計より小さくまた記録する装置は高さ50センチ、縦横25センチの箱におさめてあって山地へ持っていくのに便利にできています。

④無線ロボット雨量計

空気は山にそってのぼるので、山岳地帯では、たくさんの雨が降ります。

日本のような山の多い国では、このような山に降る雨のために降水がおこるので、山で降る雨を、正しく測ることが必要です。

人の住んでいない山奥の雨を知るには、無線ロボット雨量計が使われています。

無線ロボット雨量計は、自動的に1時間ごとに雨量を無線電信でおくり、気象台でそれを受信して山奥で振った雨が、測れる仕掛けになっています。

雪の測りかた

積もった雪の深さを測るには、まず、学校の運動場のようななるべく、広い平らな地面のところを選びます。

雪があまり多くない地方では雪の中にものさしを差し込んで、何センチあったかを測ります。
雪の多い地方では、あらかじめ、目もりを書き込んだ棒を立ておきます。
この棒のことを雪尺といいます。

積もった雪が、どれだけの水の量になるかを知るには採雪器で雪をとり、その雪の重さを測ります。

なお、空から降ってくる雪の量をはかるには、雪量計を使います。
雪量計は、直径が20センチの細長い金図製の筒です。

この雪量計の筒の中にたまった雪を、部屋の中で溶かして雨量と同じようにしてはかり、ミリであらわします。

雪が美しい結晶でできていることは、ほぼ400年も前からわかっていました。
しかし、そのころは、どうして雪の結晶ができるかは、あまりよく知られていませんでした。

日本の中谷宇吉郎博士に、実験室でいろいろの雪の結晶をつくることに成功し
雪の研究は大いにすすんできました。

雪の結晶の調べかた

黒い紙か、布切れを出して、降ってくる雪を受けてみましょう。

手で触ったり、息をふきかけたりすると、消えてしまうので注意してみるとちょうど、白砂糖を見るように、雪の結晶を見ることができます。

虫眼鏡で見ると、なおくわしくわかります。

雪の結晶のいろいろ

雪の結晶が、美しい六角の花のような形をしていることはよく知られています。
雪の結晶には、このほか、いろいろな形があります。

その形から、針状結晶・板状結晶・柱状結晶・樹技状結晶・不定形などいろいろな名前がつけられています。

これらの結晶は、それぞれ単独に振ってくることもありますがふつう、いろいろ組み合わさっている場合が多いのです。

このように、結晶の形が違うのは、雪を生じだ雲の水蒸気の量と温度と違うからです。

雪のできかた

水蒸気をたくさんふくんだ空気が上昇すると温度が下がるだめその空気の水蒸気の量が、飽和にたっし、雲ができます。

さらに温度が下がると雲をつくっている水粒が過冷却の状態になりその過冷却の水粒や、小さな粒を核として氷晶ができます。

氷晶ができると雨のできかたと同じように水晶がだんだん大きくなり落ちる途中、まわりの水粒とくっつきながら結晶は大きくなっていきます。

この結晶が溶けることなく地上に振ってきたものが雪です。

雪が降っているときの地面の近くの気温が、だいたい2、3度以下です。
気温が0度より高いときには振ってくる雪は、溶けてしまいそうに思えます。

しかし、雪のできる空の高いところでは、0度よりも、ずっと低い温度です。
したがって、地面の近くだけが、0度より少し高くても溶けてしまわないで、雪として降ってくるのです。

ときには、雪と雨が混じって降ることもあります。これがみぞれです。

冬のはじめや冬の終わりごろ、雨が降りだす前に、みぞれが降ってくることがよくあります。

最近は、人工雪の研究の進歩により、雪の結晶の形から雪ができた雲の状態を知ることができるようになりました。

人工雪

人工雪をつくる装置は、図のように、上のほうにはうさぎの毛を垂らしておき
下のほうには、水をおいてその水を温めながら、水蒸気が常に補われるようになっています。

この装置を低温の室内におきます。

はじめに、水蒸気がうさぎ毛の上に小さな結晶となってつきそれがだんだん大きくなって雪の結晶となります。

雲の粒の大きさは、直径が平均して、0.02ミリくらいですが雨粒は、ふつう1～2ミリくらいあります。

雲の粒と雨粒の1個ずつの重さをくらべてみると、大きな雨粒は、雲粒の100万倍もあります。

雨粒は雲の中でできることはわかりますが、大きな雨の粒にまでどのようにしてなるのでしょうか。

雨を降らせる雲

雨を降らせるような雲は、うすい雲の中ではできないで、厚い雲の中にできます。

絹雲や絹層雲は、うすい雲ですから、雨を降らせません。
層積雲や積雲も、やや厚い雲ですが、雨をほとんど降らせません。

雨を降らせる雲は、積乱雲・高層雲・乱層雲などのように、たいへん厚い雲です。
雨を降らせる厚い雲は、山脈にそって空気が上昇するときや低気圧・温暖前線・寒冷前線の付近にできます。

前線が西から東へ進んでくるとき、雲の形や雨の降りかたがどのようにかわるかを調べてみましょう。

はじめは、絹層雲（うす雲）が西の空にあらわれだんだんに頭の上に広がり、空をおおってきます。

このとき、太陽のまわりにかさができます。
この雲は、だんだん厚くなり、かさは消えてしまい、高層雲（おぼろ雲）になります。
このころは、また雲を通して、太陽がぼんやり見えます。

前線が近づいてくると、雲はさらに厚くなり、ついに乱層雲（雨雲）になります。
この雲が近づくと、雨がぼつぼつ振りはじめ、乱層雲の下では、雨が降り続きます。
雲の厚さは、うす雲・おぼろ雲・雨雲の順に厚くなっています。

雨のできかた

雲の中での、雨のできかたには、いろいろありますが日本などで降る雨の原因は、つぎのように考えられています。

雲が成長しはじめ、高い空にまでも上昇すると、温度の低い雲の中では小さい氷の結晶があらわれます。

これを氷晶といいます。

雲をつくっている水粒は、0度以下の温度でも必ずしも氷になっているわけではなく、むしろ、零下15度くらいまでは水滴になっています。
このように0度以下になっても氷にならないでいる状態を過冷却の状態といいます。

垂直に高く伸びた雲では、氷晶だけからなるところ、氷晶と過冷却の水粒からなるところ水粒からなるところと大きく3つの層からできています。

このような雲で、氷晶と過冷却の水粒が混じっているところでは水粒がどんどん蒸発して、そのぶんだけ水晶は大きくなって雪の粒となりやがて落ちはじめます。

雪の粒は、落ちる途中、まわりの水粒と衝突つしながらますます大きくなり、下のほうで暖められて溶け、雨粒となります。

とくに、落ちる途中、気温が低いと溶けることなく、そのまま地上に落ちてきます。

これが雪です。

上昇気流が激しい場合には、雲の底のほうまで落ちてきた水粒や氷晶がふたたびふき上げられて、互いにくっつきながら大粒の雨や、あられ・ひょうなどになって降ってきます。

人工降雨

人工的に雨を降らせることが、試みられています。
1つは、雨になりやすい雲があるとき、ドライアイスをその雲の中にまき雲の温度を下げて、雨のもととなる氷晶をつくることです。

もう1つは、ヨウ化銀の微粒子を煙りとして立ち上らせこの微粒子が過冷却の水粒の中に入ったとき、この粒子を核として氷晶をつくらせることです。

いずれの場合も、雲の中に雨のもととなる氷晶をつくらせることですが雨を降らせることは難しくまだ、実用化はされていません。

昔から日本ではたくさんの米がとれます。
これはちょうど田植えのころに、雨が充分に降ってくれるからです。

また、電気がたくさん起こされるのも、やはり山地に雨や雪がたくさん降るからです。
このように、雨はたいへんありがたいものですがときには大雨となり、大水を起こして大きな損害を与えることもあります。

そして、私たちの暮らしに、雨とたいへん深いつながりをもっているので雨の観測は、昔から熱心に続けられてきました。

雨粒の大きさの調べかた

雨の降っているときに、窓ガラスにあたる雨粒の大きさを調べてみましょう。

きれいに拭いたガラス板を用意して、雨粒を受けてみると雨粒の大きさがもっとよくわかります。

雨粒はガラス板の上で潰れて、まるい形になります。
この雨粒のあとを見ると、大きい雨粒は、潰れた跡が大きく小さい雨粒は、跡が小さくつきます。

この雨の跡を見ると、雨粒は、いろいろの大きさのものがあることがわかりました。
また、ガラス板の裏に方限紙を張りつけておくと、潰れた雨粒の大きさを測ることができます。

また、吸い取り紙かろ紙を出して、雨を受けてみましょう。
雨粒は、吸い取り紙にあたると、大きいしみ跡をつくります。

しみ跡の外側を、鉛筆でなぞっておきます。

食紅の粉を、紙の上にむらのないようにすりつけておくとしみ跡が赤く残り、よくわかるようになります。

吸い取り紙やろ紙の種類によって、いくらか違いがありますがだいたい、しみ跡の大きさから、雨粒の直径を知ることができます。

雨粒の大きさ

いままでの観察によると雨粒の大きさは、だいたい直径が0.5～5ミリくらいでふつうは1～2ミリくらいです。

春に降る雨は、どちらかといえば、小さい雨粒が多く夏の雷雨のときに降る雨は、大粒の雨が多いのです。

いままで、雨粒のいちばん大きかったのは、直径10ミリですが雨粒にあまり大きくなると、落ちてくる途中で割れてしまいます。

また、大粒の雨は、早く落ち、小粒の雨にゆっくり落ちるので落ちかたからも、雨粒の大きさの見分けをつけることもできます。

直径が0.5ミリより小さい雨粒は落ちかたも遅く、霧のように空に浮かんでいるように見えます。
このような小粒の雨を、霧雨ともよんでいます。

雨の降りかた

雷のときには、大粒の雨が急に降ってきてちょうどバケツの水がひっくり返したように、強い雨を降らせます。

春から初夏にかけて糸のような細い雨が、しとしとと、降ることがあります。
このように雨の降りかたは、そのときによって、強く降ったり、弱く降ったりします。

降りかたによって、弱い雨、ふつうの雨、強い雨にわけて、観察することができます。

パラパラと降る雨で、地面が湿るくらいの雨を弱い雨とします。
地面に水たまりができ、家の中にいても雨の降る音が聞こえるくらいの雨をふつうの雨とします。

地面に一面に水たまりができ、激しい雨の音が聞こえるくらいの雨を、強い雨とします。

弱い雨は、雨量にすると、1時間に3ミリ以下くらいです。
ふつうの雨は、1時間に15ミリ程度以下の雨量に相当します。

雷のときには、1時間に15ミリ以上の強い雨が降ることは、めずらしくありません。

東京のいままでの最大記録を見ると、かなりのときに1時間に約90ミリも降ったことがあります。

霧

高い空にできる水粒の集まりを雲といい、地表の近くにできる水粒の集まりを霧といいます。
どちらも水粒の集まりで、できる場所が違うだけです。

霧ができると遠くが見えなくなり、航海する船や、山登りの人たちは困ります。
船や灯台は、霧笛という警笛を鳴らして、衝突に注意します。
とくに、濃い霧のときには、10メートル先も見えなくなることがあります。

気象観測では1000メートル先が見えなくなったときから霧がかかったということになっています。

霧のできるわけ

夜は、地面が冷えるので、気温が下がります。
すると、水蒸気が飽和になり、さらに冷えると空気中の塵を芯にして、水の粒ができます。

このように、霧のできかたは雲のできかたとよく似ています。

昼に雨が降って空気が湿っている場合夜になって天気がよくなり、気温が下がると、とくに濃い霧ができます。
盆地や都会にできる霧は、たいてい、こうしてできたものです。

冷たい海面の上に、温かい空気が流れてきて冷やされ、霧かできることもあります。

夏、北海道の東海岸にできる海霧は、このようにしてできる霧です。

都会などでは、煙りと、霧が混じって、黒っぽい霧ができることがあります。これをスモッグといいます。

靄・煙霧

霧ほどに濃くはありませんが、空気がぼんやりかすんでいることがあります。
これが、靄（もや）です。

靄は、霧よりも小さな水粒が、空気中に浮かんで、大気がうすくかすんだものです。
乾いた塵・ほこり・煤煙など、目に見えない小さな粒が空気中に浮かんでいるときは煙霧といいます。

視程

視程は、大気がどのくらいに、にごっているかをあらわすものです。
それには、どれだけ遠くまで見えるかを、調べればよいわけです。

50メートル先までしか見えないときを視程0とし50キロメートル以上見えるときを視程9として、下の表のように決めたものもあります
。
この表では、数が小さくなるほど、空気がにごっていることになります。

雲量

雲量は、雲が多いか、少ないかをあらわすもので空が一面に雲でおおわれているときを雲量10といいまったく雲のないときを雲量0といいます。

空を見渡したときの、空全体の面積を10としてそのうち青空が10分の2で、雲が10分の8だけでていれば雲量は8です。

また、青空と雲のでているところとが半分ずつならば雲量は3になります。

雲量と天気

雲量が0から2までのとき、天気は快晴といいます。
また雲量が3から7までのとき、大気は晴れ、8から10までのときは、くもりです。

雨か雪が降っているときに、たいてい空一面に雲が広がっていて雲量はやはり10になります。

雲の観測のしかた

雲の種類と雲量の見かたがわかったので、こんどに雲の観測のしかたについて述べましょう。

雲を観測するには、校舎の屋上とか運動場の真ん中とかなるべく空全体が広く見渡せるような場所を選びます。

はじめに、空全体を見渡して雲量を決めます。雲量が決まったたら、つぎに雲の種類を見ます。
いま出ている雲が、10種類の雲形のうち、どれにあたるかを決めるのです。

しかし、困ったことには、空にはふつう2種類以上の形の雲が出ています。
このようなときには、だいたい面積の広いほうから、順に雲の形を決めます。

たとえば、空の半分以上を層積雲がおおっていて空の一部分に絹雲が少し出ているような場合には多いほうから順に層債雲・絹雲と書いておきます。

雲のできるわけ

夏、冷たい水をコップに注ぐと、まわりに小さい水の粒がついてくもります
。
これはコップの温度が下がると、そのまわりの空気が冷えて露点になり水蒸気が水の粒になるためです。

雲ができるのも、これと似ています。

空気は高い空にのぼると、ひとりでに冷えるという性質があります。
乾燥した空気が200メートルのぼると、およそ1度だけ気温が下がります。

たとえば、地上で気温20度の空気を富士山の高さつまり3800メートルばかり持ち上げたとすると、気温ははじめより38度だけ下がり零下18度となります。

このように、高い空に空気がのぼると、その空気の温度は下がります。
この気温が露点より下がると空気中の水蒸気が細かい水滴となり、雲になるのです。

コップの実験の場合、水滴はコップにくっつきました。
雲の場合、水蒸気は空気中の目に見えないほどの細かい塵などを芯にして、水滴になります。

これが雲の粒です。

この雲の粒の大きさは、直径がおよそ0.02ミリくらいです。
非常に高い空にできる雲の粒は、水ではなくて、水の結晶になります。

絹雲・絹層雲・積乱雲・高積雲・乱層雲の頭の部分の雲の粒は、氷の結晶です。

そのほかの雲は、たいてい水の粒からできています。雲は、このような雲粒がたくさん集まったものです。

雲の中では、1立方センチについて数百個の雲の粒が浮かんでいます。

雲のできかた

空気がのぼっていくと雲ができることがわかりました。
それでは、どんなときに、空気はのぼるのでしょうか。

①天気のよい日には、地面は太陽の熱を受けて熱くなります。
夏の昼間、海岸の砂などは、裸足で歩けないほどになります。

こうなると、地面の近くの空気は、あたためらちょうど火鉢の上の空気のように高くのぼります。

この空気は、高くのぼるにつれて冷え、露点になって、雲の粒ができはじめます。
春から夏にかけてよくでる、綿雲や大きな入道雲は、このようにしてできた雲です。

②　風が吹いていく方向に、山や島などがあると、風はその上に吹き上がります。

とくに、山脈のように山が横に長く連なっているところでは風は横に逃げることができなくて、山に這い上がっていきます。

冬、日本海の沿岸地方に、たくさんの雪を降らせる雲は日本海のほうからきた、湿った空気が、山につきあたって、空高くのぼってできたものです。

③　山のかわりに、冷たい空気のかたまりがあるとすすんできたあたたかい空気は、ちょうど山の上を越すように冷たい空気の上に、這い上がります。

そして同じように雲ができます。

この場合の冷たい空気と温かい空気の境目の面を前線面といい前線面が地上と接するところを温暖前線といいます。
前線面にそって雲ができるため、天気が悪くなります。

反対に、温かい空気があって、その下に冷たい空気がもぐりこんで進むこともあります。

温かい空気は、冷たい空気に、押し上げられて、厚い雲をつくります。
このような場合の冷たい空気と温かい空気の境目が地上と接するところを寒冷前線といいます。

低気圧があると、まわりの空気が、その中心にむかって吹き込みます。
すると、中心に集まった空気は、上のほうに押し上げられます。

このようにして強い上昇気流が起こると、厚い雲ができ、大雨を降らせます。

このように、いろいろの場合に空気はのぼりますがどの場合でも、のぼった空気が冷えて、露点にまで下がり、雲をつくることは同じです。

雲は、どれもみな違った形をしているので、名前をつけてあらわすのは、難しいことです。

しかし、いつもよく雲を見ていると、この見分けにくい雲もいくつかに区別できるようになります。

雲には、非常に高い空にできるもの、中ぐらいの高さにできるもの、低い空にできるものがあります。
このほかに、低い空から高い空へ突き抜ける厚い空気中ぐらいの高さから高い空へ突き抜ける厚い雲などがあり、あらわれる高さによって、それぞれ、違った格好をしています。

これを、もっと細かくわけると、つぎのように、1つ種類になります。

高い空にできる雲

①絹雲（巻雲）

すじ雲ともいい、青空にうすく鳥の羽毛のような形をしています。

また、細い絹糸がいくすじも流れているようだったりもつれているようだったりしています。
どの形でも、うすくて白く、すじが見えるのが絹雲の特徴です。

②絹積雲

魚の鱗を並べたような、うすい白い雲で、鱗雲ともいいます。
青くすんだ空に、小さい白い貝がらをたくさん並べたようにも見え、なかなか美しい雲です。

③絹層雲

うす雲ともいいます。

うすい白い雲で、空がうす白くにごっているように見えることもあり真綿をうすく引き伸ばしたように広がって、すじの見えることもあります。

月や太陽が傘をかぶって見えるのは、この雲のためです。
そして、この雲が空をおおってくると、天気が悪くなるのがふつうです。

中ぐらいの高さにできる雲

④高積雲

むら雲ともいい、白い雲のかたまりが青空にたくさん並んでいます。

絹積雲を小さい貝がらの並んだ形にたとえましたが高積雲は、まきばに群れているヒツジにたとえることができ絹積雲よりも1つ1つの雲のかたまりが、大きいのが特徴です。

中ぐらいの高さから高い空までのびる雲

⑤高層雲

おぼろ雲ともいい。

灰色がかった厚い雲で、空全体をおおいます。雲が厚いので、月や太陽はおぼろに見えます。

絹層雲は、真綿をうすく引き伸ばした、うすい雲にたとえましたが高層雲は、厚い綿を、空一面にしいた形にたとえることができます。

はじめ、青空にうすい絹層雲があらわれ、つぎに、厚い高層雲があらわれ最後に、非常に厚い乱層雲があらわれて、雨や雪が降るようになります。

中ぐらいの高さ、または、低い空から高い空まで伸びる雲

⑥乱層雲

ふつうにいうあめ雲です。
黒い厚い雲で、この雲かでると昼でもあたりが暗くなります。

この雲は、絹層雲・高層雲と同じ仲間の雲です。
絹層雲の厚くなったものが高層雲で高層雲の厚くなったものが、乱層雲と思えばよいのです。

この雲からは、雨や雪が降っていることが多いのです。

低い空にできる雲

⑦層積雲

くもり雲ともいい、高層雲の雲のかたまりより、もっと大きい灰色の雲のかたまりです。
このようなかたまりは、空の一部分にあることもあり、また空一面に広がることもあります。

雲の隙間から青空が見えることもあります。
いままでに述べた雲のなかで、絹積雲と高積雲・層積雲は形の上では親類です。

雲のあらわれる高さや、1つ1つの雲のかたまりの大きさによって区別します。

⑧層雲

霧雲ともいい、霧に似たむらのない雲です。
朝がた、もやもやした低い雲があり、ちょっと見ると乱層雲のようですが10時ごろになると、切れ目が出て青空が見え、まもなく晴れます。

このような朝ぐもりの雲は、たいてい層雲です。

低い空から高い空まで伸びる雲

⑨積雲

綿雲ともいわれる雲で、頭がまるくて、底が平らな形をしています。

たいていは、天気のよいときにでき、大きいのは、塔のように高く伸びて入道雲になります。

⑩積乱雲

かみなり雲ともいわれ、夏によく出て、雷を起こします。
この雲は、塔のように伸びた大きな入道雲の頭がすじ雲になって広がったものです。
この雲が近づくと、雷が聞こえ雨やヒョウが降ることもあります。

おもしろい雲・めずらしい雲

①レンズ雲

高積雲や層積雲が、ちょうど凸レンズを横から見たような形をしていることがあります。
このような形の雲をレンズ雲といいます。

この雲のある高さのところでは、風が強く吹いています。

②飛行機雲

飛行機が飛んでいったあとに、細く白い雲のすじができることがあります。
これは、おもに飛行機のエンジンからでるガスの中にふくまれている水蒸気が凝結してできるものです。

気温の低い高空にできます。

飛行機雲は、出来てからすぐに消えることもあり長いあいだ残って、絹層雲や絹積雲になってしまうこともあります。

③かさ雲

山の上を風が吹き越えていくときに雲ができちょうど、山がかさをかぶったような形になることがあります。
ときには、二重や三重もの、かさができることもあります。

富士山にできるかさ雲は有名です。
一般に、富士山をはじめ、山にかさ雲ができると、天気が悪くなるといわれています。

湿り気

洗濯ものは、曇りの日や、雨の降っている日にはなかなか乾きませんが、天気のよい日には早く乾きます。

これは、空気の湿り気が多いか少ないかによるからです。
空気の湿り気が多いと乾き方が遅く、湿り気が少ないと乾き方が早くなります。

湿り気をあらわすのに、湿度という言葉を使います。
湿度が高いときは湿り気が多く、湿度が低いときに湿り気が少ないことになります。

湿気のあらわし方

空気中の水分がある程度まで増えると、水の蒸発は止まってしまいます。
もうそれ以上、空気の中に水蒸気が入りこめなくなってしまうのです。

このように、水蒸気でいっぱいになった空気を、飽和した空気といいます。

湿度はパーセントであらわします。
飽和した空気は、湿度100パーセントで水に蒸気を全くふくまない空気は湿度0パーセントです。

空気は、温度が上がれば、膨張し、温度が下がれば縮まります。
ですから、同じ水蒸気の量でも、温度が高ければ湿度は小さく温度が低ければ湿度は大きくなります。

飽和した空気に、水蒸気がどのくらいふくまれているかはその空気の温度によって違ってきます。

グラフは、空気1立方メートルの中にふくむことができる水蒸気の量とその空気の温度との関係をあらわしたものです。

空気の温度が20度のとき、飽和した空気1立法メートルの中には約17グラムの水が、水蒸気としてふくまれています。
また、温度が30度では、飽和した空気には、約30グラムの水蒸気がふくまれています。

このように飽和した空気にふくまれる水蒸気の量は、温度が弱くなるにつれて増えています。

20度のとき、水蒸気で飽和している空気の温度が上がり、30度になったとします。
20度のときの飽和水蒸気量は17グラムで、30度のときは30グラムですからこの空気は、まだ13グラムの水蒸気をふくむことができます。

こんどは、20度の飽和した空気が、急に冷えて10度になったとします。
10度の飽和水蒸気量は9グラムですから、のこりの8グラムの水蒸気は水になってしまいます。

このように、水蒸気が、飽和の状態を超えて水ができることを水蒸気の凝結といいます。
そして、凝結のはじまる温度を露点といいます。

毛髪湿度計

人間の髪の毛は、湿り気が増えると伸び、湿り気が減ると縮む性質があります。
この髪の毛の、伸び縮みを使って、湿度を測る器械を毛髪湿度計といいます。
髪の毛の伸び縮みは、てこで大きくされて、指針を動かします。

これを読めば、湿度がわかるわけです。

指針のかわりに、ペンを動かして紙に湿度を書きこんでいくようにした自記毛髪湿度計もあります。

乾湿計

温度計を2本使って、湿度を測る方法があります。

1本の温度計はそのままですが、他の1本に、その球部をガーゼで包みます。
ガーゼからは、木綿糸の束を、小さい水壺の中に垂らしてあるのでガーゼはいつも水を吸って湿っています。

なにも付けてないほうの温度計を乾球温度計、ガーゼをつけたほうの温度計を湿球温度計といいます。
この2本を、並べて枠に取り付けたものが乾湿計です。

乾湿計は、百葉箱の中に取り付け、水壺には、水を8分目ほど入れておきます。

百葉箱の中では、温度計を包んだガーゼの水が、だんだん蒸発します。
水が蒸発するとき熱をうばうのでガーゼで包んだ温度計の球部が冷えて、温度が下がります。
空気が乾いていれば、水の蒸発はさかんで湿球温度計の温度は気温より、ずっと低くなります。

乾球温度計のほうは、気温をしめしています。
そこで、乾球温度計の目もりのよみと、湿球温度計の目もりのよみとの違いからつぎのようにして、湿度を知ることができます。

湿度のもとめかた

乾湿計の観測から、湿度を出すには、表を使います。
いま、乾球が23度、湿球が20度をしめしていたとします。その差は、3度になります。

表で、乾球と湿球の差の3度の欄と、乾球の温度23度の欄とがまじわるところをみます。75パーセントが、もとめる湿度になります。

観測するときに注意することは、つぎのようなことがらです。
ガーゼは必ず、のりや油気をとったものを使います。

湿球を包んだガーゼから垂れた、木綿糸の束は、水壺の水をガーゼに運ぶので、ガーゼはいつも湿っています。

しかし、水壺に水がなくなったり、木綿糸の束が汚れて水壺の水をよく吸わなくなってくると、ガーゼは乾いてしまいます。
観測するときは、まず、ガーゼが湿っていることを確かめましょう。

湿度の1日中の変化

同じ量の水蒸気がふくまれている空気でも、温度が下がれば飽和に近づき（湿度が高くなり）、温度が上がると、湿度が低くなります。

ふつう、大気中の水蒸気の量は、1日中ほとんどかわりませんから湿度は気温のかわりかたと、ちょうど反対になります。

湿度の1年中の変化

湿度の1年中のかわりかたは、1日の様子と違います。
夏には、空気中の水蒸気の量は、冬よりもずっと多くなります。

それで、湿度も夏に高くなり、冬には低くなります。
しかし、内陸では、冬にも高くなるところがあります。

やかんでお湯を沸かすときに、やかんを長いあいだ火にかけておくと、お湯がだんだんなくたってつにいには、やかんが、からっぽになってしまいます。

これは、やかんの中の水が、だんだん蒸発して、部屋の中の空気に溶け込んだためです。

夏に天気が何日も続くと田の水がなくなって田がからからに干上がってしまうことがあります。
また、冬に天気が何日も続くと、家の柱や板などがすっかり乾いてしまって燃えやすくなり、大火事を起こししやすくなります。

田の水や、柱や板などの水に、どこへ行ったのでしょうか。
これらの水は蒸発して、空気の中に溶け込んで、空のほうへ逃げていったのです。

水が蒸発して、空気の中に溶け込んだものを、水蒸気とよびます。

水は目に見えますが、水蒸気は空気と同じように、目には見えません。
したがって、水蒸気が空気中にたくさんふくまれているのか少ししかふくまれていないのかは、私たちは目で見ることはできません。

この場合、湯気と水蒸気を間違えないように注意しましょう。
やかんの口から出ている湯気や、ふろ場にもうもうとたちこめている湯気は水蒸気が冷えて、たくさんの水粒になったものです。

湯気が目に見えるのは、水粒だからです。
湯気は、いったんお湯の面から蒸発した水蒸気がまわりの空気に急に冷やされて、水の粒となったものです。

私たちのまわりの空気に、いつでも、いくらかの水蒸気をふくんでいます。
それは、海や川や湖の水面から、目に見えない水蒸気が、蒸発しているためです。

水蒸気の量のあらわし方

空気中にどのくらいの水蒸気があるかをあらわす方法には、いくつかあります。
空気1立方メートル中にふくまれている水蒸気量が、何グラムあるからで、あらわすこともできます。

水蒸気は、空気と同じように、目には見えませんが、重さであらわすことができるのです。

気圧

山登りをしたとき、耳の調子がおかしくなって、聞こえにくくなることをよく経験します。これはどうしてでしょうか。

私たちのまわりには、空気がいっぱい詰まっていますがだれも、空気はずいぶん軽いものだと思っています。

しかし、空気は地上から高い空の上まで積み重なって下のほうの空気は、上の空気に押されているのです。

この空気の押す力が気圧です。
だから気圧は、空高くなるほど低くなるほどです。

高い山などに登ると、気圧が低いために、耳の中の鼓膜が外のほうへ押されて、聞こえにくくなるのです。

実験

小さい・空き缶にゴム風船のゴムで、ふたをつくってみましょう。

この缶のふたには、実は、およそ1平方センチに1キログラ厶ぐらいの重りを載せたのと同じ力がかかっていますが缶の中にも空気があって、やはり同じ力で押しているので、このふたは凹みません。

こんどは、缶の底に穴をあけて、口で缶の中の空気を吸い出してみましょう。
ゴムのふたは、だんだん凹みます。
これは、ゴ厶のふたの上から、空気が押している証拠です。

水銀気圧計

気圧を測るには、水銀気圧計を使います。
水銀気圧計は水銀の入ったガラス管を逆さに立てたもので、上部が真空になっています。
管の中の水銀の栓は、図のように大気の重みで管の中に押し上げられています。

そこで、この水銀柱の高さを測れば、気圧を知ることができるわけです。

水銀の柱の高さは、場所や時間でいろいろかわりますがふつう750～770ミリメートルのあいだにあります。

気圧は、ふつうミリバールであらわします。

水銀気圧計の水銀柱の高さをミリメートルで測りこれに4/3かければ、気圧を、ミリバールでもとめることができます。
たとえば、水銀柱の高さが760ミリメートルならば、気圧は1013ミリバールです。

アネロイド気圧計

気圧を測る器械には、水銀気圧計のほかに、アネロイド気圧計や自記気圧計があります。

アネロイド気圧計のいちばん大切な感部に、金属製のまるくて薄いかんです。
そのふたは波形になって、ふくれたり、凹んだりできるようになっています。
缶の中は、空気を抜いて、ほとんど真空にして振ります。

気圧の変化につれて、波形のふたが、ふくれたり、凹んだりします。
その動きは、てこで大きくされて、指針が目もりを指すようになっています。

自記気圧計は、このような金属のかんをいくつか、重ねあわせたものを使い気圧のかわっていく様子をペンで記録するしかけになっています。

気圧のかわりかた

日本の各地方で気圧を測った結果を見ると、1年間の平均の気圧はだいたい1010ミリバールから1016ミリバールのあいだにあります。

毎月の平均の気圧を見ると、土地によって多少の違いがありますが一般に、冬に気圧が高く、夏は低くなっています。

これは平均の気圧の様子ですが、毎日の気圧は、たえずかわっています。

いままで、日本までの気象台で測ったいちばん低い気圧に1934年9月12日、四国の室戸測候所で、測った912ミリバールです。

また、いちばん高い気圧は、1913年11月30日北海道の旭川地方気象台で測った1044ミリバールです。

ところで、いままでに述べた気圧の値はみんな平地で測った値ですが気圧は高いところへいくほど、低くなります。

同じ筑波山でも、海抜870メートルの山頂の測候所では年平均気圧は915ミリバール、海抜240メートルの中腹では、986ミリバール海抜30メートルのふもとでは1011ミリバールとなります。

このように気圧に、高さが高くなるほど低くなっています。
地上とて100メートル上空（または山の上）との気圧の差は、12ミリバールです。
このような関係で、気圧を正確に測ると、反対にその位置の高さがわかります。

航空機には、気圧計の一種の器械が備えつけてあって気圧によって、自分の飛んでいる高さを知ることがでるようになっています。

このような目的に用いる気圧計を高度計とよんでいます。

対流

風のない、静かな日に、たき火をすると煙りが勢いよく空に昇っていきます。

これは、たき火で暖められた空気が上へのぼりそこの空気がうすくなって、まわりの空気が、たき火のほうに集まってくるためです。

このように、暖められた空気が上にのぼり冷たい空気がそれを補って下に流れこむような空気の動きを熱によって起こる対流といいます。

自然にも、このような熱による対流が、いろいろとみられます。

海風と陸風

夏の天気のよい日、海岸地方で風向や風速の変化を調べてみましょう。
昼間、風は海のほうから吹いてきます。

ところが夜になると、反対に陸から海のほうに吹きます。
海から陸のほうへ吹く風を海風、陸から海のほうへ吹く風を陸風といいます。

昼間は、太陽熱のため、陸地が海よりも暖められます。
暖まった陸地の空気は軽くなり、上へ昇ります。

そのあとへ冷たい空気が、対流によって流れこんで、海風となるのです。
夜は陸地が海よりも冷えやすいので反対に陸の空気が海のほうへ流れこみ、陸風となります。

海風は、陸地の気温のいちばん高い昼過ぎに最も強くなります。
また、海風と陸風とをくらべると陸風のほうが、海風よりも弱いのが普通です。

よい天気が続いているあいだには毎日規則正しく、このような海陸風が吹きます。
海陸風のほかに山風や谷風なども、対流で起こる例です。

夕凪・朝凪

夏、海岸地方では、天気のよい日などに夜になって風がばったり止み急に蒸し暑くなることがあります。これを夕凪といいます。

このような天気のときは、昼間に海風が吹き、夜には陸風が吹きます。
この海風から陸風にうつるしばらくのあいだが、夕凪の起こるときです。

これは、日暮れすぎに、陸地と海面の温度がだいたい同じになり、そのために風が止むからです。
瀬戸内海沿岸の夕凪は、非常に蒸し暑いので有名です。

また、朝方、陸風から海風にかわるしばらくのあいだ、風が止みます。これが朝凪です。

季節風

風向きや風速が、1年中に、どのようにかわるかを、調べてみましょう。
つぎの表は東京で観測した結果をとりまとめたものです。

この表を見ると9月から4月までは、北北西または北の風がいちばん多く吹いています。
また、平均の風速のいちばん強いのは3月と4月で、3.2メートルとなっています。

10月ごろから3月ごろまでの北北西の風はおもにシベリア大陸のほうから吹いてくる風で、これを冬の季節風といいます。
6月ごろから8月ごろまでの南の風は太平洋から吹いてくる風で、これを夏の季節風といいます。

5月、6月ごろは、冬の季節風から夏の季節風にうつりかわるときで梅雨は、このころに起こります。
また、9月ごろは、夏の季節風から冬の季節風にうつりかわるときで台風は、このころやってきます。

季節風の吹くわけに、海風・陸風の吹くわけと似ていて熱による対流の、もっと大がかりなものです。

風速

風の速さを風速といいます、ふつう風速は空気が1秒間に何メートル動いたかであらわします。
風速5メートルといえば、1秒間に空気が5メートルだけ動いたことをあらわしています。

風速計

風速を観測するには、風速計を使います。
風速計には、いろいろの形のものがあります。
そのうち気象台や測候所でよく使われているのはエーロベン風向風速計です。

風圧計も風向計も木や家の影にならないような高い塔の上が屋根の上にやぐらを建てて、備え付けます。
ふつう、地上から10メートルくらいの高さのところに据え付けるのがいちばんよいとされています。

平均風速

9時に、風速を測るとしましょう。
9時10分まえに、風速計についている目もりをよみます。

そして、ちょうど9時に、また目もりをよんで、そのひらきをとります。
このひらきは、10分間に風が何メートル動いたかを、しめしています。

したがって、この距離を10分間の秒数、すなわち600で割れば、平均の風速がわかります。

このように、10分間の風の動いた距離からもとめた1秒間の風速のことを10分の平均風速、または、たんに日金風速といいます。

気象台や測候所で用いている風速計は風向と風速が同時に観測できるようになっています。

しかし、学校などで使われている風速計は風はい（風受け皿）のついた風速計が用いられています。
この風速度計には、3つの風はいと4つの風はいのものがあります。

風の息・瞬間風速

風は、急に強くなったり、また弱くなったりして吹いています。これを風の息といいます。

風速計で、風速を10分間測っているあいだにも風は強く吹いたり、弱く吹いたりしています。
ですから、こうして測った風速は、強い風や、弱い風を平均したものです。

風速計には、このように平均風速を測る器械のほかに風の息をそのまま、測ることのできるものもあります。
このような器械を使えば、瞬間の風速を知ることができます。

風の息の強いときには、よく船が沈んだり、家が吹き倒されたりします。
これをふせぐには、風の息の性質を知ることが大切です。

気象台では、1つ分間の平均の風速と、瞬間の風速の両方を測っています。

長いあいだの記録を調べた結果によると瞬間の風速は平均の風速のおよそ1.5倍としてよいようです。

もし、平均の風速を観測して、それが24メートルであったとすると瞬間風速は36メートルくらいであったと考えてよいことになります。

ビューフォート風力階級

風速計がなくても、なれてくると、およその風速の検討をつけることができます。
それには、ビューフォート風力階級を使います。

ビューフォート風力階級の表には海の波の有様や陸上の木の揺れ方などを見て風のおよその強さを知るための説明がついています。

この表で風力階級を知るには表の説明のところをよく読んでいまの有様が、この説明のれにいちばん近いかを見ます。

風力階級がわかれば、それから表の風速の欄を見て、だいたいの風速を知ることができます。

たとえば、木全体が揺れていて風に向かって、なかなか歩きにくいほどの強い風が吹いているとします。

このときの風力が吹いているとします。
このときの風力階級は7で、風速は、およそ14から17メートルの間です。

この風力階級は、0から12までわかれています。

風向と風速

学校の教室や自分の家の窓から見える煙突の煙を観察して風の吹き方に注意してみましょう。

時刻によって、また、日によって、風の吹いてくる方向がいろいろとかわることに気がつきます。

風のないときには、煙はまっすぐに上へのぼります。

煙突は、ふつう屋根の上に高くつき出ていてまわりに邪魔するものがないので、自然のままの風の様子をあらわしています。

山の斜面や崖のふちや、また、ビルの屋上などでは風が下から上へ吹上たり、反対に上から下へ吹き下ろしたりします。

地形や建物の影響のないような広い原っぱや、上空では、風は水平に吹きます。

気象の観測では、地形や建物の影響のないような位置で自然のままの風の吹いてくる方向や、その速さをはかりこれをその地域の代表的な風向・風速とみなしています。

そして、天気予報に利用したり、また風についての、いろいろの調べをおこなったりします。

地形や建物の影響を受けた、ありのままの風の吹き方を知ることも大切です。
そのためには、町の中の家の建てこんだところで、風がどのように吹いているかまた、丘や谷で、風がどのように吹いているのかを調べます。

そうすると、たとえば、火災のときの火の伝わり方や工場の煙突から出る、有害なガスの流れかたなどを知ることができ、たいへん役立ちます。

このような場合には、風向や風速をはかるためにふつうの器械だけでなく、いろいろかわった器械や、方法が工夫されています。

風向

風の吹いてくる方向を、風向といいます。
北から吹いてくる風は北風、南から吹いてくる風は南風です。

風向は、ふつう8つの方向にわけて観測します。
8つの方向というのは、北・東・南・西の4つの方向と北東・南東・南西・北西の4つの方向です。

これを八方位といいます。

風向はまた、図のように、十六方位であらわすこともあります。

風向を観測して、ノートに書きこむときは北をN、南をSというように、記号を使うと便利です。

風向を観測するかんたんな方法は吹き流しをつくって、そのなびく方向をみることです。
なびく反対の方向が風向になります。
風向が見やすいように棒の下のほうに方位を書いた板をつけておくと便利です。

たき火の煙りや、煙突から出る煙りは空気の動くままに流れますからこれを観察して、風向を知ることもできます。

ただ、この場合に遠くから煙突の煙りを見ていると煙突の右か左かに流れている子とはわかりますが自分のほうに流れているのか、むこうのほうへ流れているのか、区別がつきません。

ですから、煙突の煙りで、風向を見るときにはなるべく煙突のすぐ下から見るように注意しなければなりません。

風向計

かんたんに風向を観測するには、風向計を屋根の上に立てて観測します。
風向計の心棒は、そのまま屋根を貫いて、下の観測室の天井まできています。

天井には、風向板がとりつけてあって、心棒についた指針が風向計と同じ方向を指すようになっています。
こうすれば、観測室で風向を知ることができるわけです。

風の強い日には、風向計の矢羽は、じっと止まっていることはなくあっちへ向いたり、こっちへ向いたりして、動いているのがふつうです。

このように、風向計がふれるのは、風が休みなく方向をかえるからです。
このようなときには、およそ、1分間ぐらいじっと風向計の動きを見ていてその動きの、ちょうど中心と思われる方向を、そのときの風向きとします。

たとえば、9時の風向きを観測しようとするときには9時前後におよそ1分間、風向計の動きを見ています。

風向計が北をはさんで、北北東と北北西のあいだをいったリきたりしているときにはその真ん中をとって北風とするのです。

気象台では、電気を利用して測風塔にある風向計の動きを離れた室内で記録する装置を用いています。

気温と地温の関係

昼のあいだは、地面が太陽の光によって温められてその温度が昇り、その地面によって空気か温められて、気温が昇ります。

つまり、太陽の光が直接空気を温めるのでなくはじめ地面を温め、それから空気が温められるのです。

夜になると、地面が冷やされて、その温度が下がりその地面によって空気が冷やされて、気温が下がります。

このように気温は、地面の温度によってかおるので気温と地温とのあいだには、深い関係があります。
まず、1日中の気温と地温のかわりかたを調べてみましょう。

夏の天気のよい日、最高温度と最低温度の差をみると地面では17度、気温は9度となり、地面のほうがおよそ2倍くらい大きいことがわかります。

つぎに、温度が最高になる時刻をくらべてみると地面では最高温度は午後1時に起こり、気温は午後2時に最高になります。

最低温度は、どちらも午前5時に起きています。

冬の晴れの日の地温と気温は、ほとんど同じようなかわりかたをします。

雨の日には、夏・冬ともに地温と気温はほとんど同じようなかわりかたをします。つぎに、1年中の気温と地温のかわりかたを調べてみましょう。

1月と12月には、平均して地温にのほうが気温より低くそのほかの月には、地温のほうが気温より高くなっています。

とくに夏には、その差が大きくなっています。

最高温度と最低温度の起きる月は、いずれも8月と1月です。
風は、夏は太平洋のほうから、冬はイベリア大陸のほうから吹いてくるので遠くの地温や水温を伝えます。

したがって、気温に自分のところの地温だけでなく遠くの地温や水温の影響を受けているのです。

地温と水温の関係

井戸の水は、夏には冷たく感じられ、冬には、反対に温かく感じられます。

露場ではかった、3メートルの深さの地温や、5メートルの深さの地温もほとんど15度でよく似ています。
井戸の水の温度も、だいたいこれらの地温と同じになっています。

つぎに、同じ露場の気温とくらべてみましょう。
気温は夏には、昼間30度くらいになり冬には朝早いときには0度くらいとなっていますから井戸水の温度は、夏には気温より15度も低く、冬には15度も高いことになります。

それで夏には、井戸水が冷たく感じられ、冬には、反対に温かく感じられるのです。

気温と水温

湖水の水温と気温との関係を調べてみましょう。
山梨県の富士山ろくにある河口湖の水温を16年間続けて測った結果と同じ時期に河口湖の近くにある舮津測候所の気温とをくらべてみました。

まず、1年間の平均の温度を見ると水温のほうが気温より約5度高いことがわかりました。
また、1年間の最高温度と最低温度の差は、ほぼどちらも同じであることがわかります。

このように、あまり大きくない湖の水温と気温は互いに影響しあって、両方があまり違わないようになります。

つぎに、海水の温度を調べてみましょう。
黒潮の水面の最高温度は、8月の28度、最低温度は3月の20度で、最高・最低温度の差は、わずか8度しかありません。

ところで、黒潮の中にある八丈島の最高気温に8月の30度で、海水の温度よりやや高くなっています。

しかし、最低気温に1月～2月の7.5度で、黒潮の温度より、かなり低くなっています。
これは、冬にシベリア大陸から冷たい季節風が吹いてくるためです。

地温

夏、海水浴に行ったときに、裸足で砂浜を歩く足の裏が焼け付くように熱いことを、経験したことがあるでしょう。

夏の時間には砂の温度は、60度ちかくにまでのぼります。

またアスファルトで舗装した道路が、昼間熱くなって、やわらかくなることがあります。
これも、アスファル卜の温度が60度ちかくにのぼるからです。

砂地やアスファルト、そのほかふつうの土地の温度を、まとめて地温といいます。
地温に、深さによっていろいろ違いますがふつう地温といえば、地表面付近の温度をいいます。

地温の測り方

地温はふつうの温度計でも測れますが目もりがよみにくいのでなるべく曲管地中温度計を使います。

これは、水銀温度計をほぼ直角に折り曲げたもので球部を土の中に埋めると目もりの部分が土の上に水平になってよみとりやすいようにできています。

地面の温度を測るには曲管地中温度計の球部が、ちょうど土の中に隠れるくらいに埋めます。
そして、温度計が動かないように木か、針金で支えをつくっておきます。

深さ20センチの地中の温度をはかるには、曲管温度計の球部の中心が地面から20センチの深さになるように埋めます。

このとき、シャベルなどで、土を広く掘り起こさないで細い鉄棒などで温度計がちょうど入るくらいの穴を掘ります。

いろいろの深さの地温とその変化

芝生におおわれた地面の温度と、地面から10センチと30センチの深さの地温の1日中のかわりかたを調べてみましょう。

まず、最高と最低の温度の差は地面がいちばん大きく深さが増すにつれて小さくなっていることがわかります。

30センチの深さでは、1日中、地温はかわりません。

また、最高の温度になった時刻は地面1がいちばん早く午後1時深さ10センチのところでは午後6時、深さ30センチでは午前0時ころとなり深くなるほど、時刻が遅れます。

つぎに、1年中の変化を調べてみましょう。
つぎのページの上の表とグラフのように、いちばんかわりかたの大きいのは地面で深さが増すにつれて小さくなっています。

5メートルの深さは、地温は1年中にわかず3度しかかわっていません。
深い井戸の水の温度が、夏も冬もほとんどかわらないのは、このためです。

また、おもしろいことには地面では8月がいちばん高く1月がいちばん引くのに、地下3メートルでは10月がいちばん高く4月がいちばん低くなっています。

さらに、地下5メートルになると地面とは反対に1月がいちばん高く、7月がいちばん低くなっています。

これは太陽の光で温められた地面から、熱が地中に伝わっていくのにたいへん長い時間がかかるからです。

水温

気温は朝と昼では、かなり違いますが、池やプールの水の温度をはかってみると朝と昼でもあまり違っていません。

川の温度も海水の温度も、空気の温度よりかわりかたが小さいのです。

水の温度を水温といいますが、ふつう水温は水の表面から10センチくらいの深さの温度をはかります。

水温のはかりかた

水の温度を測るには、棒温度計を用います。
木の板についた温度計は、水に濡らすと役に立たなくなります。

表面から約10センチの深さの温度を測るには温度計を右手に握って球部をその深さに沈めます。

また、つぎのように工夫したに温度計を使っても測れます。
板の真ん中に穴をあけて棒温度計を通し球部が板から10センチくらいになるようにしておきます。

棒温度計が抜けて落ちないように、板をはさんで流度計に糸をまきつけておくとよいでしょう。

この板をプールの水に浮かべると球部がちょうど水面から10センチになるので
そこの温度を測ることができます。
このような工夫をすると、楽に水温を測ることができます。

天気のよいときには、球部に太陽の光線があたらないように、自分の体で影をつくります。

温度計を水に入れたら2分間ぐらい、水をかきまわすようにして水の中で温度計をゆるく動かします。それから目盛りをよみます。

このとき、温度計をななめにしないと、目盛りが見えないので目の位置に注意して、水銀の頭と目をむすぶ線が温度計の管と直角になるようにして、よみとります。

川の水や、井戸の水を測るとき、水に手が届かない場合にはバケツやつるべなどで水をくみあげ、すぐにその水の温度を測ります。

いろいろな深さの水温の測りかた

プールなどの、いろいろな深さの水温を測ってみると、おもしろいでしょう。

水温は、深さによって違うことがあります。
深いところの温度を測るには、工夫がいります。
まず温度計の球部に、布切れをぐるぐるとまきつけます。

ピンポン玉より少し小さいくらいになるまでまいたら、糸で縛っておきます。

つぎに温度計の頭にひもをつけ、ひもに球部からの長さを測って印をつけておきます。
そして、このひもを竹ざおの先にむすびつけちょうど魚釣りをするときのように、温度計を水中に沈めます。

この場合も、なるべく太陽の光のあたらないところを選びます。

測ろうと思う深さに温度計を沈めたら、およそ3分間そのままにしておき手早く引き上げて、急いで目盛りをよみます。

1日の気温の変化

1日のうちで、何時ごろがいちばん気温が高く、何時ごろがいちばん低いでしょうか。
下のグラフは、東京の1日の気温の変化を観測した結果です。

気温の変化の特徴をみるに、1日中の最高気温で最低気温にとの差その時刻に注意することです。

太陽からくる熱は、正午ごろにいちばん強くなるのですが気温はそれより1時間から3時間ぐらい後に、いちばん高くなります。

これは、太陽の熱が地面を温め、それから地面近くにある空気へだんだん熱が伝わってくるのに、時間がかかるからです。

また、朝早くに気温が最低になるのに地面が夜のあいだに冷えて日の出まえに最低となりその冷えた地面が空気を冷やすからです。

雲がある日には、つぎのページのグラフのように雲が太陽の熱をさえぎり、最高と最低の気温のひらきが小さくなります。
また、低気圧などが通って強い南風がふきだすと夜中でも、気温が高くなることがあります。

1日の最高気温と最低気温のひらきは、ふつう高岸地方では小さく海岸から遠ざかって陸地の奥のほうにはいるにつれて大きくなります。

東京と宇都宮とをくらべると、左下の表のように宇都宮のほうが約1～3度、大きくなっていることがわかります。

これは、大陸性の気候と、海洋性の気候の違いをあらわしています。
また、山に囲まれた盆地では、ひらきが大きくなります。
反対に、山や丘の上では小さくなります。

ふつう、1日の最高と最低の気温のひらきは、どこでも冬は大きく、夏は小さくなります。

1年の気温の変化

1年の気温の変化を調べるには、まず、毎日の気温を1か月集めて平均します。
そして、それを12か月続けてグラフにします。

これをもとに、最高と最低の気温のひらきや、それらの起こる月を調べてみましょう。

下のグラフによると、日本では、最高の気温の起こるのに8月です。
これは、太陽が高く、昼のいちばん長い夏至の日よりも、1か月以上遅れています。

最低の気温に1月に起こります。
これも、昼のいちばん短い、冬至の日より1か月以上あとになります。

最高と最低の気温のひらきは、1日中の変化の場合と同じように陸地の奥のほうになるほど大きくなるのがふつうです。

このほか、気温は赤道近くでは高く北極や南極に近づくにつれて低くなります。また、空に高く昇るほど、低くなっています。

温度計のしくみ

温度計には、前に述べたように、板つき温度計や棒温度計があります。

いずれも細いガラス管の中に水銀かアルコールを入れそれが温度によって伸び縮みするのを日もりで読み取るようになっています。

外から見ると、水銀の入っている温度計では水銀が銀色に光ってみえアルコールの入っているほうは赤色かあめ色に見えるので、すぐに区別することができます。

温度計のみかた

気温をはかるときには温度計がその場所の気温になったころを見計らってすばやく目もりをよむようにします。

温度計に顔を近づけると、顔の温かさが温度計に伝わったりいきの熱が伝わったりして、温度計の目もりがあがることがあります。

冬、ストーブや火鉢で体が温まっているときにはそのようなことが起こりやすいので、とくに注意しなければになりません。

目もりをよむには自分の目の高さを水銀（またはアルコール）の頭と同じ高さにしてまず、水銀の頭が、どの目盛りいちばん近いかを見ます。

それから正確に、その目盛りのしめす数字が何度であるかを読み取ります。

最低温度計

ふつう温度計では、目盛りをよんだときの温度しか知ることができません。

1日のうち、気温が最高何度まで昇ったかを知るには温度計に特別の工夫をしなければなりません。

そこで考えられたのが、最高温度計です。

最高温度計は、気温が上がっていくときはふつうの温度計と同じように水銀が昇っていきます。
しかし、気温が下がるときは水銀糸と球部の境のところで、水銀が切れます。

そして、球部より上に昇った水銀は、そのまま残るようなしかけになっています。

最高温度計は、百葉箱の中に横にかけ球部が水平より少し下になるようにしておきます。

最高気温を読み取るときは、目と水銀の頭とをむすぶ線が最高温度計の管と直角になるように気をつけます。目もりをよんだら復度します。

復度というのは、最高温度計の水銀糸をさげて、球部の水銀とつないでおくことです。
復度するには、右手で温度計の頭のところをにぎりかけわくから取り外し、百葉箱の外へ取り出して、しっかり握ったまま強く前後にふればよいのです。

体温計で体温をはかったあと、水銀をさげるのと同じやりかたです。
ふるときに温度計を自分の体や、まわりのものにぶつけて壊さないように気をつけましょう。

2、3回ふってから、目もりをよんでみて、また、2、3回ふります。
何回かふって水銀の頭の目もりがさがらなくたったら、復度におおったことになります。
そのときの目もりのよみは、百葉箱の中にあるふつうの温度計の目もりのよみとだいたい同じです。

もし、2度以上も違っている場合にはその最高温度計はくるっているおそれがありますから、注意しましょう。

最低温度計

最高温度計と反対に、1日のうちの最低の温度を知るために考えられたのが最低温度計です。

最低温度計はアルコール温度計に工夫をくわえたものでアルコール糸の中にガラスの小さいほうが入っています。
気温が上がるときは、ガラス棒をそのまま置き去りにして、アルコールの頭がのびます。

気温が下がると、アルコールの頭は、カラス棒をいっしょに押し下げます。

最低温度計は、百葉箱の中に、だいたい水平にして、かけておきます。
最高温度計をよみとるときは、ガラス棒のはし（球部より遠いほうのはし）の一の目盛りをよみます。

アルコールの頭の位置をよんだり、球部に近いほうのガラス棒のはしの目盛りをよんだりすることがないよう、注意しましょう。

目盛りをよんだら復度します。

まず、温度計をにぎり、かけわくから外して球部の棒を少し高くあげます。

すると、アルコール糸の中のガラス棒が静かに動いてアルコールの頭に近づきます。最高温度計のように、振ってはいけません。

アルコールの頭に、ガラス棒のいっぽうのはしが触れたら温度計を水平に戻して、そのままわくにかければよいのです。

そのときの目もりは百葉箱の中のふつうの温度計のしめす気温とだいたい同じにならているはずです。

自記温度計

自記温度計は気温のうつりかわりが、あとになってもわかるように工夫されています。

ふつうの自記温度計は、バイメタルやブルドン管（アルコールかエーテルを中に入れた金属管で切り口は平たい楕円形で少し曲がっている。気温が上がると、中のアルコールやエーテルがふくれて管が伸びる）が気温によって曲がることを利用したものです。

その曲がりは、てこによって大きくされ、てこの先についたペンを動かします。

別に、時計じかけで動く円筒があって、紙がまきつけてあります。
この紙に気温のうつりかわりが記録されるのです。

自記温度計も、ほかの温度計といっしょに、百葉箱にすえつけます。
自記温度計にくらべると、水銀やアルコールの温度計のほうが正確です。

しかし、自記温度計では、そのときそのときの気温の変化ばかりでなく気温の変化ばかりでなく、気温が最高・最低になった時刻がわかるので気象観測に、なくてはならないものになっています。

暑さや寒さは、主に空気の温度によって決まります。
この空気の温度を気温といいます。

暑いときは空気の温度が高く、寒いときには空気の温度が低くなっています。

気温をはかる場所

気温は、部屋の中と外では違い、また部屋の外でも地面のすぐそばと少し高いところとでは違っています。

同じ高さでも、草原の上と砂地の上とでは違います。

このように気温は場所によって違うので気象台でおこなう気象観測では世界中を通して1つの約束をしています。

それは、部屋の外の、芝生をうえた広い平地で地面よりの高さ1.5メートルくらいのところの気位をはかるということです。
このような広い平らな芝生の地面のあるところを、露場とよんでいます。

どうして地上1.5メートルくらいの高さを選んだのでしょうか。
これは、ちょうど、人が立ったときに口や鼻で呼吸をする高さにあたり、人の生活に関係が深いからです。

また、これより低いと、地面の影響を受けて、温度がかわりやすくなるからです。

気温をはかるときの注意

気温を正しくはかるには、温度計を使います。ふつうは板についた温度計を用います。この温度計を板つき温度計といいます。

また、温度計の前のほうに金属の板か、網をつけたものもあります。
これは、ガラス球が壊れるのをふせぐためと太陽の熱やストーブの熱が直接あたらないようにするためです。

部屋の中の気温は天井の近くは高く床の近くは低い場合が多いのでいろいろの高さに温度計をつりさげてそれぞれの場所の温度を調べてみると、おもしろいでしょう。

部屋の外で気温をはかるには、つぎのような3つのことがらに注意することが大切です。

①　太陽の光が、温度計に直接あたらないようにする。
これは、気温をはかるうえでいちばん大切なことです。

そのためには、木の下とか、家の北側の日のあたらない場所を選びます。

②　なるべく、風通しのよいところに温度計をおき、風かよくあたるようにする。

③　雨や雪がかからないようにする。

天気が悪くて雨や雪が直接に温度計にあたるようなときには温度計の少し上に小さいかさのようなものをとりつけて、ふせぎます。

このような場所で、温度計を吊り下げて5分間くらいそのままにしておきます。
風が1秒間3メートル以上もふいていて温度計にその風があたっているともっと早くはかれます。

風のないときに、急いではかりたいときには、器であおぐと早くはかれます。
また、ふりまわし式の温度計を用いることもあります。

これは、温度計をうちわであおぐかわりに、温度計をふりまわして風にあてる方法です。

下の写真にしめすようなしかけで、できていますがふつうに用いる棒温度計や仮つき温度計を用いて自分でつくることもできます。

もっとも簡単な方法として温度計の頭を手にもち左右にふって、空気にあてるようにしてもよいのです。

いずれの場合にも、直接太陽の光があたらないように注意しなければなりません。

百葉箱

気象台や測侯所でおこなう気象観測では、これら①②③の条件を備えた特別の箱をつくって、その中で気温をはかります。

この箱を百葉箱とよびます。百葉箱は、足のついた小さな本の小屋です。

四方はよろい戸で、全体に白いペンキでがぬってあります。
この中に温度計をかけると太陽の光が温度計に直接あたったり雨や雪がふりかかったりすることがおりません。

よろい戸の隙間からは風が自由に、中をふきぬけるようになっています。

百葉箱は、ふつう、屋根の低いほうを常に、扉のついているほうを北に向けてすえつけます。
北側に踏み台をつけておけば、扉を開けて、温度計をよむのに便利です。

気象観測に百葉箱にもいろいろあります。
箱の一変の長さが1メートルくらいの大きいものでよろい戸が二重になったもので一辺の長さが70センチくらいでよろい戸が一重のもの一辺が50センチくらいの小さいものなどがあります。

いずれにしても、その中の温度汁の感部（温度を感じる水銀やアルコールのたまった部分）の高さは、地上1.2～1.5メートルくらいになっています。

風をあてるためには、百葉箱に手まわしの扇風機をつけたものもあります。

また、温度計の感部を筒で囲み、この筒の中をモーターつきの扇風機で風を通すしかけのものを百葉箱の中にいれる場合もあります。

東京天文台

東京都三鷹市にあり、東京大学に付属する天文台です。
ここでは、天文学についてのいろいろなしごとをしています。

まず、恒星の位置をくわしく調べ日本全国で標準となる正しい時刻を決めるしごとをしています。

これには、子午環・写真天頂筒・水晶時計・原子時計などの器械が活躍しています。

また、小惑星・彗星・人工衛星の観測は65センチ屈折望遠鏡・シュミットカメラなどでおこなわれます。

日本アルプスの乗鞍岳にあるコロナ観測所、岡山県鴨方町竹林寺山にある岡山天体物理観測所および埼玉県堂平山観測所も東京天文台に属し、宇宙の研究に活躍しています。

緯度観測所

岩手県水沢市にあります。地球の自転の有様を、くわしく調べるためにおかれています。

1898年の国際会議で、北緯39度8分にある世界の6か所に観測所をおくことが決められました。
そのうちの1つが水沢の緯度観測所ですでに70年あまり、観測を続けています。

また、ここは1962年から国際極運動観測事業中央局になっています。

花山天文台

京都の東山連峰の1つにあって、京都大学に付属しています。
この天文台では、60センチの反射望遠鏡が活躍し月の面や火星の面の研究がさかんにおこなわれています。

生駒山太陽研究所は、大阪府と奈良県の境にある生駒山にあり60センチ反射望遠鏡などで太陽を研究しています。

そのほか、旭川・仙台・名古屋・福井などに小さな天文台があります。

ウィルソン山・パロマー山天文台

アメリカ西武にあります。ウィルソン山は、ロサンゼルスの北東約50キロメートル（標高174メートル）にあります。

そして、口径258センチと150センチの反射望遠鏡・塔望遠鏡があります。

パロマー山は、ロサソゼルスの南東約200キロメートル（標高1870メートル）のところにあります。
1948年に完成した508センチ反射望遠鏡は世界最大のもので宇宙の謎を研究しています。

リック天文台

アメリカ中部、サンフランシスコの東300キロメートル（標高180メートル）のハミルトン山上こあります。
口径91センチの屈折望遠鏡のほかに205センチ反射望遠鏡ができあがり活躍しています。

ヤーキス天文台

シカゴの北、約100キロメートルのところにあります。
口径100センチの望遠鏡を屈折型としては、世界最大のものです。
星の距離にたいへん活躍しました。

このほか、マクドナルド天文台・ドミニオン天文台デビッド＝タンラップ天文台があります。

グリニッジ天文台

イギリスのグリニッジ天文台は、1675年、遠洋航海に必要な星の位置を、精密に決めるために建てられた天文台です。

世界でも、歴史の古いものです。
経度の0度は、この天文台の子午線の位置を通っていることも有名です。

今は、サセックス州ハーストモンソーにうつされ1965年、249センチ反射望遠鏡がつけられました。

オート＝プロバンス天文台

南フランスのサンミッシェルにあります。
193センチ反射望遠鏡は、ヨーロッパ中の天文学者に活用されています。

ソ連の天文台

ソ連では、レニングラードの南にあるプルコボい天文台が1839年いらい活躍しています。

近頃では、黒海に近いクリミヤ天文台に口径264センチ反射望遠鏡ができあがり、活躍をはじめました。