大気圧はなぜ生じている？

質問

地表では上空の空気の重さが積み重なって、大気圧が作られていると説明されます。しかし低気圧のときは、上空に雲があって、大量の水があります。高気圧では、天気がよければ何もありません。

最初の説明どおりなら、低気圧のほうが、上空にたくさん水があるので、重くなるはずです。高気圧は何もないので軽くなるはずです。でも実際は逆です。なぜですか？

回答No.8

hydrophobic

単位面積の大気柱の高さzとz＋dzの間の空気塊で、空気塊の体積dz、空気塊の密度ρ、空気塊の質量ρdz、地球の重力で下向きに力ρgdzを受けている。gは重力加速度。
重力と鉛直方向の気圧傾度力(気圧差による力dp/dz)が釣り合う式の関係を静水圧平衡または静力学平衡という。
dp/dz＝－ρg…(1)
式(1)を地上(z＝0)から無限大まで積分すれば、無限大での気圧は0だから、地上気圧は空気の全質量が地表を押す力となる。
高気圧の上空では周囲に比べて多くの空気の質量が存在する。
低気圧は、上空の空気の質量が周囲に比べて少ない。

回答No.7

QCD2001

雲を作っている水は、外から来たのではありません。もともと空気に溶けていたものが、析出したものです。高気圧よりも水が多いということはありません。

地表の気温が高くなると空気は熱により膨張します。膨張すると軽くなるので上へ昇り上昇気流ができます。
上昇気流によって空気が上空へ動くと、気圧が低くなり膨張します。すると断熱膨張によって気温が低くなります。
気温が低くなると、空気に解けることができる水蒸気の量が減少します。解けることのできる水蒸気が減少し、現在溶けている水蒸気量よりも溶けることができる水蒸気量の方が少なくなると、過飽和の状態になりますから水蒸気が水滴となって析出し、雲になります。

高気圧の部分では下降気流が生じていますから、空気中の水蒸気は析出せず、低気圧の部分と同じだけの水蒸気が溶けていても析出せず、雲はできません。

雲があるのは水が多いのではありません。水が空気に溶けることができず水滴になっているだけです。
雲が有るかないかは、そこにある水が水滴の状態になっているか水蒸気になっているかだけであって、水の総量は変わりません。

回答No.6

Nouble

〉大気圧はなぜ生じている？

端的に、言って、

大気にも、重さがあり、
何kmにも、渡り
積み重なっているから、
です。

上積みされた、
大気の、重さを
下が、支えている。

下は、其の分
圧縮される。

圧縮された分、
逆に、
応力と、して
圧力が、発生する。

と、言う構図で、
含有物質量が
主な、要因では
ないのです。

回答No.5

seble

考え方が逆な気がします。
気圧が低いから低気圧と呼ぶのです。低気圧だから気圧が低いという順番ではありません。
で、なんで低いかというと上昇気流のせいです。湿度などは特に関係ありません。静止状態なら湿度などで違うでしょうけど、それよりも気流の影響の方がずっと大きいのです。
で、上昇気流が発生すると気圧が下がり、気圧が下がると溶けられる水分量が減り、結果として空気中の水蒸気が液体の水になり、気体の水に比べて格段に重くなるために落ちてしまい、結果として雨が落ちてくるという事になります。
雨で落ちてしまいますから、気圧には関わらない事にもなりますね。雨の圧力も気圧に加算すれば低気圧が高気圧になるかもね。飛行機が墜落したら史上まれにみる高気圧ってか？んな訳ないから。
でも、どの時点で雨になるかは程度問題なので、低気圧だから必ず雨になるとも限りません。
当たるも八卦、当たらぬも八卦。

回答No.4

fujic-1990

気圧を水圧に置き換えると実感できると思いますが、「低気圧＝空気の圧力が小さい＝空気層の密度が薄い」です。

　さて、なぜ上昇気流が発生するのかは、お尋ねの趣旨から外れるので略しますが、とにかく「低気圧」と言われている場所では、上昇気流が発生しています。

　地上の空気が、上へ上へと吸い上げられているのです。竜巻や台風が典型です。

　だから、（掃除機の吸い込み口をむけると、空気が吸い込まれて薄くなるのと同じ理屈ですが）上昇気流が起きているその区域の空気の密度は薄くなります。空気密度が薄くなるので気圧も低くなります。

　だから、これを「低気圧」と呼びます。その区域の空気層の重さを測れば、通常より「軽」く表示されます。

　雲ができるのは、地上の暖かい空気が上空に行って冷やされると、飽和水蒸気量が減るので、水蒸気のまま抱え込んでいることができなくなり、細かな水滴（雲）になってしまうのです。飽和水蒸気量って分かりますよね？

　雲も、もともと空気の中にあった水蒸気（気体）が液化しただけの話なので、空気層全体の重さは変わりません。重そうに「見える」ようになったダケの話なのです。

　空気層を体重計に載せれば、体重計は軽い数値を示すことになります。

　透明人間が姿を現しただけ。透明人間だってそこにいるんですから、体重計に乗れば、60kgとか、体重は測れます。姿を現しても、透明でも、体重は変わらない。体が見えると重そうに見えるダケ、というのと同じ理屈です。

　つまり、上昇気流で薄くなった空気は、雲ができても軽いままなのです。

　他方、高気圧の区域では、「下降気流」がおきています。

　空気が上からドンドン降ってくる状態なのです。水も、雨の下にいる時より、滝の下にいる時の方が圧力は強いでしょ？同じ理屈です。

　上空にあった空気は、下降につれて飽和水蒸気量が増します。上空にあった時よりたくさんの水分を水蒸気（気体）として維持することができます。

　なので雲はできません。雲が無いので、空気層が「軽そう」に見えるのです。

　しかし実際は、上述のとおり、空気が上から降ってきていますので、空気は濃くなり、重い（空気層を体重計に載せれば重く表示される）ことになります。

回答No.3

skp026

空気中の水分が同じ時は、高気圧だと雲はできにくいです。
以下はペットボトルで雲を作る実験です。
https://youtu.be/7qurexSz2w8

動画にも出ますが飽和水蒸気量というものがあります。
以下が参考になると思います。
http://rikamato.com/2017/11/23/2_16/

すこし乱暴な理屈ですが、
高気圧の場合は、雲にならずに空気中に溶けたまま
という解釈もできます。

圧力と空気中の水分は別物とすれば、
理解しやすいかもしれません。

理解する上で参考にならなかったらごめんなさい。

回答No.2

himana77

気圧は、保有する水蒸気の量で決まるのではないと思います。
海水面や地面の温度上昇がおきると空気が温まり軽くなって上昇します。その結果、地表の気圧が低くなる。そして上空に吹き上げられた空気は冷えるので（飽和水蒸気が低下する結果）水蒸気は結露して雲になる。だから低気圧は曇や雨。空中の水の量は上空に行って増えるのではなく地上付近にあったときと同じです。なお暖かい空気は飽和水蒸気が高い、つまりたくさんの水蒸気を含むことができますので、それが上空で雲になると真っ黒な雲になるのでしょう。（風が吹き込みますので気圧はそのうちに元に戻ります）

逆に、上空の気温が低い場合、空気の密度が高まるので重くなり下にさがる。この結果地表近くは気圧が高くなる。冷たい空気は飽和水蒸気が低い、つまり水蒸気をあまり保有できません。しかも地表近くにさがって来てやや暖かくなると、飽和水蒸気は高くなる、つまり保有できる水蒸気量は多くなるので結露することはなく透明な空気のままです。だから高気圧は晴れ。

回答No.1

aokii

飛んでいる飛行機の下では重くなるのと同じですが、上空に雲があって、大量の水があれば、その下では重くなります。低気圧のときはその下では軽くなり、高気圧のときはその下では重くなります。気圧と、その下に居る時の重い軽いとは必ずしも一致しません。