「高所は寒い」温度の秘密

制作：中国科学普及協会

著者: 気象科学チーム

プロデューサー: 中国科学博覧会

大気の主な熱源は地球の表面にあります。地面から離れるほど気温は低くなり、高度が上がるにつれて気温は下がります。宋代の蘇東坡が「高いところは寒い」と嘆いたのも不思議ではない。山岳地帯では、高度が上がるにつれて異なる高度での温度も下がりますが、山岳地帯と低地の測定地点は地中熱源に近いです。

1. 「標高が高いと寒い」という気温の秘密

なぜこんなに温度差があるのでしょうか？その理由は、山が自由大気中に突き出ているからです。山の温度は、地表の熱源の影響を受けるだけでなく、自由大気の温度によっても調節されます。山が高ければ高いほど、山の地上温度と自由大気温度の差が大きくなり、自由大気が山の温度を調節する効果がより顕著になります。

雲と霧に包まれた廬山（写真提供：veer photo library）

例えば、廬山は九江よりも1,132メートル高いですが、冬の1月の平均気温は4.2℃から-0.2℃まで下がります。夏の7月には気温が29.4℃から22.5℃まで下がります。気温は冬は4.4℃、夏は6.9℃下がりました。

2 つの場所間の温度差を高度差 (100 メートル単位) で割って、2 つの場所間の温度勾配を算出します。九江と廬山の間の温度勾配は、1月には-0.39℃/100m、7月には-0.61℃/100mです。

温度勾配は季節によって変化するだけでなく、特定の地形条件によっても大きく変化します。例えば、秦嶺山脈の北斜面の気温は南斜面の気温よりも低くなります。北斜面の年間平均気温勾配は -0.45℃/100メートルであるのに対し、南斜面では -0.54℃/100メートルです。主な理由は、冬には冷たい空気が北斜面に集まることが多く、盆地と山の間の温度差が小さくなるためです。

北斜面の冬の月間温度勾配はわずか-0.34℃/100mですが、南斜面は寒気流の北方向に位置しており、1月でも-0.54℃/100mの気温が続きます。しかし、夏季にはこのような状況は発生せず、北斜面と南斜面の温度勾配はともに-0.55℃/100mとなります。

さらに、自由大気の調節効果により、高山では高度が上がるにつれて年間および日ごとの気温の変化も減少します。年間の変化は、最も暑い月の温度と最も寒い月の温度の差で表され、これを年間範囲と呼びます。九江の年間気温差は25.2℃ですが、廬山では22.7℃まで下がります。年間の気温差は高度とともに減少するだけでなく、傾斜の方向によっても変化します。

秦嶺山脈の北に位置する西安の年間気温差は27.6℃であるが、華山では24.2℃まで下がる。しかし、秦嶺山脈の南に位置する安康市の年間気温差はわずか24.2℃で、華山市とほぼ同じである。もちろん、これは安康が南緯に位置し、雲や霧、降水量が多いという事実とも密接に関係しています。

2. 赤道から極地までの気温の変化

緯度が高くなるにつれて太陽放射が減少するため、地球全体の気温は赤道から両極まで低下します。しかし、この法則は他の要因によって乱されることが多く、同じ緯度でも気温は必ずしも同じとは限りません。特に高緯度地域では、陸と海の温度差が非常に大きくなります。

赤道（左）と両極（右）（画像提供：veer Gallery）

緯度が気温に与える影響を説明するために、緯度ごとの平均気温を比較します。この方法は、各月および各年の等温線図上の 10 度の緯度円上の等距離点の温度を取得し、それらを平均して各緯度の平均温度を取得します。通常、平均気温は緯度 0°、10°、20°、30° から 80° までの範囲で計算されます。

これを行う利点は、緯度以外の影響が互いに打ち消し合い、緯度の影響だけが残ることです。緯度別の平均気温を見ると、緯度が高くなるにつれて気温が下がるのは明らかです。

たとえば、北半球と南半球の両方において、年間を通じて緯度別の平均気温は赤道から両極に向かって徐々に低下します。赤道の気温は26.2℃、緯度58度付近ではマイナスとなり、極では-20℃以下になります。しかし興味深いのは、地球上で最も暑い緯度は赤道ではなく、北半球の緯度 10 度であり、ここは「熱赤道」と呼ばれているということです。

赤道は北半球の冬の間のみ最も暑い緯度となります。 7月になると、最も暑い平均気温は北緯20度に移動します。南半球では、海洋面積が広いため、緯度が高くなるにつれて平均気温が下がる傾向がより顕著になります。

年間気温差とは、1 年で最も暑い月の平均気温と最も寒い月の平均気温の差です。年間の気温範囲は、熱赤道から両極に向かって広がります。西沙（北緯16度50分）の年間気温差はわずか6.0℃であるのに対し、莫河（北緯53度28分）では50.0℃にも達する。

この特徴は、冬と夏の太陽放射の差が極に向かうにつれて大きくなるという事実に直接関係しています。しかし、南半球の各緯度における年間気温差は北半球よりも小さくなります。これは、南半球の海域が陸地面積よりもはるかに広いという事実と大きく関係しています。