大気圏ー熱圏

熱圏は高度80km～1000kmに位置する大気圏最上の層で、これより先は宇宙空間へと繋がっている。
熱圏の温度はその時々に放射される紫外線の強さにも影響される。
紫外線を受けた大気が電子とイオンに分離して電離層を形成。
オーロラが出るのはここ

大気圏ー中間圏

電離層は、熱圏の下部と中間圏の上部あたりにあり、宇宙空間の強い太陽光線で、薄い大気の原子や分子が電離した領域。
電離した薄い大気層は、地上からの電波を反射する。
（人工衛星や宇宙ロケットとの通信は、高い周波数の短い波長の電波を使って行う）
太陽の活動が盛んな年には、電離層の変化や発生も大きくなる。（太陽表面の黒点の多い時期などが活発）

大気圏ー成層圏

成層圏：上空ほど高温になり対流が起きにくい。20-30kmのところにオゾン層がある。
オゾン層は、人間にとっての有害物質である紫外線を吸収している。
成層圏の下層では対流圏を流れている偏西風の影響を受けて西風が吹いている。
ジェット機の飛行高度は約10km。このくらいの高さの空気の濃度がジェットエンジンの効率が良く、空気抵抗も少ないという絶妙なバランスの良さ

大気圏ー対流圏

対流圏：天気に関係するのはここ。雲ができる範囲は10-11㎞まで。高くなるほど気温が下がる。
大気の構造において最下層にある、地上から高さ約10から11kmまでの層。活発な対流がある。地球上のほとんどの生物が生活している。
対流圏の界面は緯度や季節の温度差によっても多少の差を生じ、赤道で最も高く、北極や南極では低くなる。
地球上に存在している分子や原子などの総量の約80%はこの対流圏にあり、また、大気に大量の水蒸気が含まれているため、雲の発生や降水といった気象現象もここで発生する。

大気の組成

大気中には酸素や二酸化炭素、窒素などといったさまざまな分子や原子が存在しており、それらは地上から高さ80kmのあたりまではだいたい同じような構成の割合と密度を示している。

太陽放射のエネルギー

地球に届く太陽放射エネルギーは約1.37kW/m².　太陽定数という
1m²に受ける太陽放射がどのくらいのエネルギーかというと、水1gの温度を1℃上昇させるのに必要なエネルギーが約4.2J（これは1cal）。１W＝１J/s。1.37kWは1370J/s。 1秒当たり1370÷4.2≒326gの水を1℃上昇させるエネルギーに相当する。

太陽高度と太陽放射

球状をしている地球は，太陽高度は低緯度が高く，高緯度ほど低い。このため，単位面積当たりの太陽エネルギーの入射量は低緯度ほど高くなる。太陽高度（h）における単位面積当たりの入射量はsin(h)に比例する。
緯度30度の太陽高度は90-30=60で60度

大気の循環

低緯度ほど太陽エネルギーの入射量は高いが，地球全体では熱収支がつりあっている。単位面積当たりの地球からの吸収量と地球からの放射量を緯度別にみると，低緯度では吸収量が多く，高緯度では放射量が多く熱収支が不足している。
熱が過剰である低緯度から不足している高緯度への熱輸送は，以下の３つの方法で行われている。
１．大気の大循環による熱輸送
２．海流による熱輸送
３．大気中の水蒸気（潜熱）による熱輸送

海流による熱輸送

湿度

水は一定の気温のもとで単位体積当たりの空間に含むことのできる水蒸気量に限界がある。これを飽和水蒸気量という。
これは気温が高いほど大きい。
湿度は飽和水蒸気量に対する、水蒸気の量の割合をいう。
だから気温15℃で湿度50%と気温30℃で湿度50%では30℃の時のほうが水蒸気量は2倍以上ある。

気温が14℃で1m³中に9gの水蒸気を含んだ空気があります。
(1)この空気の湿度は何％ですか。四捨五入して小数第一位まで答えなさい。
　湿度は飽和水蒸気量に対する水蒸気量の割合を言う。よって
　ここで飽和水蒸気量は表より12.1g、現在の水蒸気量は9gだから
　湿度は　9÷12.1＝0.7438　小数第一位までの％で答えるので　0.7438×100＝74.38　四捨五入して74.4　湿度は74.4%
(2)この空気の温度を20℃まで上げると、1m³あたり、あと何gの水蒸気を含むことができますか。
　表より20℃の飽和水蒸気量は17.3g。よって　17.3-9=8.3　答え　8.3g
(3) この空気の温度を6℃まで下げると、1m³あたり、何gの水滴が生じますか
　6℃での飽和水蒸気量は表より7.3g。よって、現在9g含まれている水蒸気のうち過剰なものが水滴になる。よって
　9-7.3=1.7　答え　1.7g

大気の安定／不安定

空気の塊をある高さに持っていった場合は、上昇した空気の塊の重さが周囲の空気より軽ければ上昇し、重ければ下降する。
同じ量の空気を比べた場合、温度の低い空気の方が温度の高い空気よりも密度が高くなる。
空気の塊が上昇すると、高い所は気圧が低いので、上昇した空気の塊は膨張して温度が下がる。上昇した空気の温度が周りの空気より下がると、密度は周囲の空気より高く重くなり、もとの高さに戻る。
上昇させた空気の塊の温度が周囲の空気よりも高い場合（左）は、上昇した空気の塊の方が周囲の空気よりも密度が小さく軽いと。このため、上昇した空気の塊はさらに上昇する。

安定な大気
地上の気温が20℃、上空100mの気温が19.8℃だったとする。
このとき、地上にある空気の塊が上昇したとすると、上昇した空気は、100m上昇するごとに約1℃下がるから、上空100mでは19℃になる。
このように、持ち上がった空気の塊が周りの空気よりも温度が低い場合、持ち上がった空気の塊の方が重いので、上昇せず下降する。
空気が下降するということは、上空に雲ができない。そのため大気が安定し、雨が降らない。

不安定な大気
地上の気温が20℃で、上空100mの気温が18℃だったとする。
このとき、風が海から山の方に吹くなどして、地上にある20℃の空気が持ち上がったとする。
上昇した空気は、100m上昇するごとに約1℃下がるから、上空100mでは19℃になる。
このとき、持ち上がった空気の塊は周りの空気よりも気温が高くなっている。
そのため、持ち上がった空気の塊の方が軽いので、空気の塊は浮力を受けて、どんどん上昇する。つまり、持ち上がった空気の温度が周りの空気の温度より高いと上昇気流が起こる。
上昇気流が続くと、いずれ雲が発達して、雨が降る。

断熱変化

空気は熱を伝えにくい物質なので、短い時間では、空気の塊とまわりの空気の間で熱のやり取りは無視できるほど少ない。
周囲との熱のやり取りが無視できる状態で体積が変化することを断熱変化という。

大気中を空気塊が上昇するとき初めは乾燥断熱率（1℃／100m）で温度が下がり、凝結高度（水蒸気が水になり始める温度になる高さ）に達すると雲が発生する。（雲底）
こののちは湿潤断熱率（0.5℃／100m）で温度が下がり、雲が成長する。
空気塊の温度とまわりの温度が等しくなると雲の成長が止まる。（雲頂）

フェーン現象

ふもとで20℃の気温は、山頂(2000m)と山の反対側(0m)の気温は何度になっているか。
まず、水蒸気をたくさん含んだ湿った空気が山に沿って上昇する。
標高が高くなるにつれて、気温が下がり、水蒸気は水滴となって雲ができる。
　　1000mのところの空気の温度は？乾燥空気なので10℃下がるから20-10=10　10℃
この雲が雨を降らせて、山頂まで達する。
　　山頂での空気の温度は、湿潤空気が1000m上昇するので、さらに5℃下がる。よって10-5=5　山頂は5℃
その後の空気は乾燥。
この空気が山に沿って下降。
　　乾燥空気が2000m下がるので、気温は20℃上がる。よって反対側のふもとは、5+20=25　25℃
ちなみに、乾燥空気（雲がない） ：1000m上昇につき10度気温が下がる。
湿潤空気 （雲がある）：1000m上昇につき 5度気温が下がる。
と計算する