lapse rateとは - わかりやすく解説 Weblio辞書 (original) (raw)

気温減率（きおんげんりつ）とは、高度が上がるに従って大気の気温が下がっていく割合をいう。気温逓減率（きおんていげんりつ）ともいう。

ここで「減率」とは、高度が上がるにつれて「気温が下がる割合」（高度がいくら上がると気温が何度下がる）という意味であり、単純な気温の「変化率」（高度がいくら上がると気温が何度変わる）とは符号が逆になる。

地球大気に対して使われることが最も多い用語であるが、この概念は重力によって支えられている球形の気体であれば、どのようなものにでも適用できる。

定義

『気象科学事典』[1]によれば、気温減率の定義は次のようなものである。

この用語は、

  1. 空気塊を上昇させたときの、その空気塊の温度が高度上昇とともに低くなる割合
  2. 現にある大気環境の、鉛直方向の気温の勾配

の2つの意味になりうる。単に気温減率という場合、2. の意味であることが多いが、読解には注意が必要である。

数式による定義

一般的に、気温減率は高度の変化に伴って起こる気温の変化に負の記号を付けたものとして、次の式で定義される：

γ = − d T d z {\displaystyle \gamma =-{\frac {dT}{dz}}}

エマグラム。気温と気圧に対して、乾燥断熱減率（実線）と湿潤断熱減率（破線）が示されている。

また、断熱とは、その空気塊は周囲と熱のやりとりを全くしない、ということである。空気の熱伝導率は小さく、また空気塊の体積はとても大きいので、熱伝導による熱のやりとりは無視できるほどに小さい。

さて、空気塊が（例えば対流などによって）上昇する場合、高度の高い場所ほど気圧は低いため、上昇した空気塊は膨張する。空気塊が膨張するとき、空気塊はその周辺にある空気を押して、仕事をする。空気塊は仕事をした一方で、周囲から熱をもらってはいないため、内部エネルギーを失う。したがって空気塊の気温は下がる。この場合の気温減率は9.8 ℃/1,000 mである（空気が下降する場合は、逆のことが起こって昇温する）[5]。

熱力学では、外部から与えられる熱量変化量を⊿Q、仕事量を⊿W、内部エネルギー変化量を⊿uとすると、⊿Q=⊿W+⊿uと表現できる（熱力学第一法則）。断熱変化の場合、⊿Q=0なので、⊿W+⊿u=0、すなわち膨張によって仕事をした分の⊿Ｗは内部エネルギーの⊿uで補われる。