Cloud - Kumo (English spelling) cloud

Japanese: 雲 - くも（英語表記）cloud

A group of tiny liquid droplets or solid particles floating in the atmosphere. Clouds made of various substances form in planetary atmospheres. In the Earth's atmosphere, water vapor in the air changes into droplets or ice crystals, mainly in the troposphere, and clouds of various shapes form. When the cloud base (the bottom surface of a cloud) touches the ground surface, it is called fog rather than cloud. However, fog on mountaintops (called gas in mountaineering terminology) looks like a cloud when viewed from a distance, so the distinction between the two can sometimes be difficult to clearly distinguish.

[Ryuji Kimura]

History of cloud classification

Around 200 BC, Theophrates of ancient Greece left a record of cloud shapes, but no other documents on cloud shapes have been found for the next 2000 years. The "Guidelines for Meteorological Observation" published in Mannheim, Germany at the end of the 18th century, states that cloud cover should be observed in seven classes and the characteristics of cloud shapes should be recorded. However, it did not go so far as to classify cloud shapes.

The first person to classify cloud types was the French natural scientist Lamarck. He is famous for his theory of biological evolution, but in 1802 he published a paper titled "On Cloud Forms," in which he classified cloud types into five basic types. In 1805, he further developed the classification to 12 types, but it was not widely adopted by the general public. The basis for today's 10 cloud types was proposed by British meteorologist L. Howard, who was around the same time as Lamarck. He considered cirrus, cumulus, and stratus to be the basic types of clouds, and thought of clouds with intermediate forms between these, and clouds with a form that is a mixture of the basic forms (rain clouds). This idea spread throughout Europe, and a distinction was made between altocumulus clouds in 1870 and cumulonimbus clouds in 1879. At the time, it was not well understood what clouds were made of. It seems that the theory that they were tiny air bubbles was widely believed.

Cloud shapes were also thought to vary by region and country. Swedish meteorologist Hildebrandson traveled around the world to confirm that cloud shapes were the same everywhere, and created a cloud chart using photography, which was then available (1879). In 1887, he proposed the basic ten cloud classes currently in use, in collaboration with British meteorologist Arbor Crombie. At the International Meteorological Congresses held in Munich, Germany in 1891 and in Uppsala, Sweden in 1894, the goal of standardizing cloud classification worldwide was discussed, and the International Cloud Class Chart was created. The current standard for cloud classification was the International Cloud Class Chart published by the World Meteorological Organization (WMO) in 1956.

[Ryuji Kimura]

Cloud Classification

The International Cloud Classification Chart classifies the basic cloud shapes into 10 types, so it is called the 10 cloud classes (or 10 cloud forms). First, the 10 basic shapes are classified into genera, and each class is assigned several species, varieties, supplementary characteristics, and associated clouds. The basic cloud forms are defined as follows:

(1) Cirrus (symbol Ci). Thin white fibers or thin white ribbons of cloud, separated from each other. They give the impression of fibers (hair) or the luster of silk, or both.

(2) Cirrocumulus, symbol Cc. A thin, shadowless cloud made up of very small, granular or ripple-like elements. The overall shape is a layer that spreads horizontally high up in the sky. The patterns within it are arranged in a relatively regular pattern, sometimes connected together and sometimes separated. The spacing between the patterns is within 1 degree (about the width of your little finger when you hold your arm outstretched).

(3) Cirrostratus (symbol Cs). A transparent, whitish, veil-like cloud that covers the entire sky or part of it. It gives a fibrous or smooth appearance. It often produces a halo.

(4) Altocumulus (symbol Ac): A white or gray or mixed white-gray layer of cloud, consisting of a regular arrangement of partly shaggy round lumps or rolls spaced at intervals between 1 and 5 degrees (the width of three fingers at arm's length).

(5) Altostratus (symbol As). Gray or bluish layered clouds that can be streaked or appear uniform throughout. In the thinnest areas, the sun is seen dimly, as through frosted glass. No halo is produced.

(6) Nimbostratus (symbol Ns). A dark gray cloud that produces continuous rain or snow. At or below the base of a nimbostratus, there is often an irregular low cloud that resembles a piece of torn paper. The sun cannot be seen through a nimbostratus.

(7) Stratocumulus (Sc): A gray or whitish layered cloud with dark mosaics, blobs, or rolls. The arrangement is regular, with the elements sometimes separated and sometimes joined together. The spacing is about 5 degrees.

(8) stratus (St). A flat-based gray cloud that produces drizzle, frost, and snow. Through a thin stratus, the outline of the sun is clearly visible. No halo is visible except when temperatures are very low. Stratus sometimes appears irregularly patchy.

(9) Cumulus cloud, symbol Cu. A dense, well-defined cloud consisting of individual clouds. It grows upwards in a dome or tower shape. The top part resembles a cauliflower. The part exposed to sunlight is white and shiny, but the base is relatively dark and flat. Sometimes cumulus clouds are irregular in shape.

(10) Cumulonimbus, symbol Cb. A dense cloud with vertical growth like a mountain or a huge tower. At least part of the upper part is flat, smooth, and fibrous. This part often spreads out like an anvil or a huge plume. The cloud base is dark, and irregular turbulence exists at or below the cloud base. Trailing clouds (rainfall) may also be seen.

Since the symbols for the basic cloud shapes alone are not enough to fully express the cloud shapes, the symbols for species, varieties, supplementary forms, and associated clouds are sometimes added after the basic cloud shapes. Species, varieties, and supplementary forms are determined by their shapes, and some of the more distinctive and much talked about clouds include the following: contrails formed by aircraft exhaust gas, rib clouds, hook-shaped cirrus also known as rain whitebait, beehive-shaped cirrocumulus, double altocumulus, lenticular clouds, umbrella clouds, and hanging clouds formed by the influence of strong winds and topography, vitriol, precipitation clouds, and mammatus clouds associated with precipitation, tower cumulus and majestic cumulus before they become cumulonimbus clouds seen in summer, and waterfall clouds, flag clouds, veil clouds, and shelf clouds formed by the topography of mountainous areas are well known.

[Ryuji Kimura]

A microscopic look at clouds

Cloud particles are made up of water droplets or ice crystals about 10 micrometers (microns) in diameter. If the temperature inside the cloud is -4°C or above, it is mostly water droplets, and if it is below -20°C, it is mostly ice crystals. Between -4°C and -20°C, the cloud may be entirely water droplets (supercooled water droplets) (water clouds), or entirely ice crystals (ice clouds), or a mixture of both. Clouds made of water droplets generally have clear outlines. Clouds made of ice crystals have blurred outlines or appear fibrous. The former are common in low-level clouds such as cumulus and mid-level clouds, while the latter are common in high-level clouds such as cirrus, cirrostratus, and anvil clouds.

The number of cloud droplets is several tens per cubic centimeter in thin stratus clouds and about 300 in cumulus clouds. The falling speed of cloud droplets 10 micrometers in diameter is 0.2 centimeters per second. The falling speed of water droplets less than 100 micrometers in diameter is proportional to the square of the diameter.

[Ryuji Kimura]

What causes clouds to form?

Before considering clouds outdoors, let's think about a bathroom, for example. Water vapor constantly evaporates from the surface of the water in the bathtub, and some of it turns into water droplets (steam) in the air. Some of it condenses on the window glass and mirrors, causing the glass to fog up. This phenomenon means the following. That is, only a limited amount of water vapor (gaseous water molecules) can exist in the air in the bathroom. This amount, expressed as the weight (grams) of water vapor per cubic meter of air, is called the saturated water vapor volume, and its partial pressure is called the saturated water vapor pressure. The saturated water vapor volume increases when the temperature is high. The air in contact with the bathtub is warmed and becomes undersaturated, so evaporation from the water surface continues. The warm air rises and mixes with the surrounding cold air, becoming supersaturated, generating steam. The air in contact with the window glass is further cooled, so the saturated water vapor volume decreases and condensation occurs. In the case of dew, water molecules gather on the surface of glass and form droplets, but in the case of steam, the phenomenon of water molecules accidentally colliding and combining in the air does not occur unless the air is extremely oversaturated. In most cases, water vapor condenses around dust particles (condensation nuclei) floating in the air and grows into droplets.

Well, outdoor clouds are similar to steam in a bathroom, but the way the air containing water vapor cools is different from that in a bathroom. It does not mix with cold air, but the air mass containing water vapor itself cools. There are two ways it cools: radiative cooling and adiabatic cooling. Radiative fog is formed by radiative cooling, but clouds are often formed due to adiabatic cooling.

Adiabatic cooling refers to the phenomenon whereby when an air parcel rises, the air pressure drops and it expands, causing a drop in temperature. As it expands, the water vapor pressure also decreases (so it appears to be moving away from the saturated water vapor pressure), but the drop in saturated water vapor pressure caused by the drop in temperature is greater, so when an air parcel rises, the water vapor becomes saturated and clouds form. Conversely, when a saturated air parcel descends, it becomes unsaturated and the clouds disappear. Therefore, it is safe to say that roughly speaking, where there are clouds there is an updraft, and where there are no clouds there is a downdraft.

If cloud droplets are very small, they will evaporate quickly due to surface tension even if the water vapor pressure exceeds the saturation pressure. In the atmosphere, cloud droplets form easily when the degree of supersaturation is very low (relative humidity barely exceeds 100%), so they must be a certain size from the beginning. This means that water droplets form around condensation nuclei. Salt particles remaining after evaporation of seawater droplets and combustion products appear to be effective condensation nuclei.

Ice cloud droplets can be formed when supercooled water droplets freeze, or when water molecules sublimate around ice nuclei to form ice crystals. Snowflake fragments are the most effective ice nuclei, but clay particles are also effective. Silver iodide, which is used in artificial rainfall, acts as an artificial ice nucleus.

[Ryuji Kimura]

Why do different cloud shapes form?

The 10 cloud classes are classified according to the shape of the cloud and the height at which it occurs, but if we focus only on the shape of the cloud, we can see that it is made up of a combination of the three types of shapes shown in Figure A. Type A is clumpy, type B is spread out horizontally, and type C looks like it has been rubbed with a brush. Type A, B, and C each have different causes for the formation of the cloud.

A is the shape that occurs when the atmosphere is unstable and the cloud is rising due to its own buoyancy. When water vapor condenses, 600 calories of latent heat (heat of condensation) is generated per gram of water vapor, which heats the air mass containing the cloud particles, causing it to rise using the same principle as a hot air balloon. When the cloud loses buoyancy, its outline becomes blurred and disappears, as in A'. Clouds that contain A are called cumulus clouds.

Shape B occurs when air moves slowly upward along a particularly stable layer (such as a front). When the cloud surface undulates up and down, it becomes an undulating cloud. Also, when convection occurs within the cloud surface, a honeycomb pattern appears. Convection occurs when the top of the cloud is cooled by radiation cooling or the evaporation of water droplets. Clouds that are shape B are called stratus clouds.

Shape C is the shape that appears when cloud particles are carried by the wind as they fall. Even if the wind is blowing, if the wind direction and speed are constant regardless of height, the clouds are also carried by the wind and should fall straight down. However, the wind direction or speed usually differs depending on the height, so they take on a sideways shape. This is why cirrus and vitriol clouds form.

Examples of special cloud shapes include cap clouds, hanging clouds, mountain flag clouds, and lenticular clouds that form near mountains, as well as lee waves, mother-of-pearl clouds that form in the stratosphere, and noctilucent clouds that form in the mesosphere.

[Ryuji Kimura]

Clouds seen from space

The 10 cloud classes are based on knowledge of the sky gained by looking up from the ground. The range of the sky visible from the ground (the troposphere) is about 100 kilometers horizontally. Even if you observe clouds from an airplane, the parts close to the horizon are oblique and difficult to see, so in the end, the range is not much different from that visible from the ground. Therefore, the horizontal extent of clouds that can be classified into the 10 cloud classes is limited to a few meters to a few tens of kilometers.

The world's first practical weather satellite, launched by the United States in 1966, brought about a revolutionary change in this situation. Today, geostationary weather satellites monitor the distribution of clouds across the entire Earth every hour, and the state of clouds seen from space is used in weather forecasts.

Figure B is a visible image (image taken in visible light) taken at noon on January 1, 1984 (Japan time), which shows a cloud distribution that cannot be classified into Class 10 clouds. Irregular clumps of clouds are distributed at low latitudes. The irregular clumps come in all sizes and appear to be linked east and west on either side of the equator. These clouds are huge cumulonimbus clouds, and you can see the anvil clouds blowing out of them. These clouds fluctuate dramatically from day to day, but there are fixed locations where they are likely to appear, known as the intratropical convergence zone.

The distribution of clouds in mid-latitudes is closely related to the distribution of atmospheric pressure. Weather forecasts can be made based on atmospheric pressure distribution maps (weather maps). Linear clouds are clouds that follow fronts (mainly cold fronts). They persist for several days and move from west to east, gradually changing shape. A mesh-like distribution of clouds can be seen to the north of the cold front. These are low-level clouds that result from mesoscale cellular convection caused by cold air being heated from below over the ocean surface. Mesh-like low-level clouds and the Karman vortices that occur within them are phenomena discovered by meteorological satellites. The clouds associated with extratropical cyclones and typhoons have distinct characteristics.

[Ryuji Kimura]

Cloud cover

If the visible sky area (or a predetermined fixed area) is 10, the area of that that is covered by clouds is called the cloud cover. In weather forecasts, a cloud cover of 1 or less is called clear, 2 to 8 is called sunny, and a cloud cover of 9 or more is called cloudy.

Globally, the cloud cover never reaches 0 (zero) or 10. For reasons that are unclear, the cloud cover always remains close to 5. Because clouds effectively reflect the solar radiation that hits the Earth, cloud cover is closely related to the amount of solar radiation absorbed by the atmosphere, and therefore to temperature. For this reason, global cloud cover is an important factor in changing the climate.

[Ryuji Kimura]

Planet Clouds

Since the American Mariner 2 explored Venus in 1962, many unmanned space probes have approached or landed on Mars, Venus, Jupiter, Saturn, and other planets, sending back a variety of meteorological data. These observations have provided a great deal of knowledge about planetary meteorology. The planetary atmospheres are discussed in the entries for each planet, but here we will provide an overview of the clouds on each planet.

(1) Clouds on Venus When viewed with visible light, Venus always shines pure white. This is because the entire planet is covered in clouds. The clouds on Venus exist at an altitude of 50 to 70 kilometers and are made up of tiny droplets of concentrated sulfuric acid. Even when inside the clouds, you can see for several kilometers, so they are not very dense. Beneath the cloud layer is a dusty layer (haze). This dust may be volcanic ash supplied by active volcanoes on Venus. When the clouds on Venus are viewed with ultraviolet light, large-scale patterns appear.

(2) Clouds on Mars Due to the low temperature and pressure in the current Martian atmosphere, water is either in the form of ice or water vapor. Mountain waves and swirling white clouds similar to those seen in the Earth's atmosphere have been observed, which are probably ice clouds. However, the cloud cover is very small, and the orange areas visible from Earth are the surface of the planet. However, large dust storms sometimes occur, covering the entire Martian atmosphere with dust. These dust storms can last for several weeks. Even when they clear up, the fine dust remains in the upper atmosphere, giving the sky a reddish color. Conversely, sunsets are blue.

(3) Clouds on Jupiter The interior of Jupiter is covered by an ocean of liquid hydrogen, and above that, in an atmosphere of hydrogen and helium about 1,000 kilometers thick, there are clouds of various colors, from red to white, brown to blue, starting from the upper layer. The main components of the clouds are thought to be ammonia, ammonium hydrogen sulfide, and water. If methane clouds exist, they may form in the descending air currents and disappear in the ascending air currents, unlike on Earth. This is because the saturated vapor pressure of methane does not change with temperature as much as that of water vapor, so when compressed in the descending region, the gas condenses, and when expanded in the ascending region, it vaporizes. The stripes on the surface of Jupiter and the Great Red Spot that can be seen from Earth are cloud patterns.

(4) Clouds of Saturn The clouds of Saturn are similar to those of Jupiter. However, the contrast of the stripes is not as clear as on Jupiter. Vortices with shapes similar to those of Jupiter have also been observed.

[Ryuji Kimura]

Cloud folklore

The Japanese have had a deep interest in clouds and fog since ancient times, as evidenced by the fact that, of the approximately 4,500 poems in the Manyoshu, 119 poems mention clouds and 77 mention fog. In the Edo period, in 1759 (the 9th year of the Horeki era), Hogen Meitsu of Matsuyama, Iyo, wrote Tsuuki Zukai, which includes around 44 diagrams of clouds and explains the relationship between clouds and weather. There are some signs of a scientific perspective, but most remain at the level of folklore. Among the general public, sailors and fishermen would look at the sky to predict changes in the weather. Fishermen along the Suruga Bay coast, where Mt. Fuji can be seen, are adept at predicting weather changes based on the shape of the clouds hanging over the mountain. When Kannuki clouds appear, it means a strong wind will blow, and there are over a dozen names for Kasa clouds, with Hanaregasa meaning fine weather, Hitotsugasa meaning rain, Lensugasa meaning wind and rain, and Yokosujigasa meaning wind. They predict the weather by matching the clouds' morphological characteristics. In Toyama Bay, when clouds over Mt. Tateyama look like a monk's triangular-collared robe, fishermen say that a Hobuku has appeared, and they see it as a sign of a severe storm (Noto Town History). In Nagaoka, Echigo (Niigata Prefecture), if clouds hang over Mt. Yahiko, it will rain the next day, and if the clouds clear, it will be sunny. In the area around Kii Onigajo (Mie Prefecture), it is said that if clouds cover Mount Nachi in spring, it will rain (Kawaguchi Magojiro, "Nature Calendar").

[Yoshiharu Kamino]

"The Physics of Clouds and Rain" by B.J. Mason, translated by Ota Shoji and Uchida Eiji (1969, Sogo Tosho)" ▽ "The Science of Clouds and Lightning" by Magono Nagaharu (1969, NHK Books)" ▽ "The Faces of Clouds" by Ito Yozo (1974, Hoikusha, Color Books)" ▽ "Clouds - A Meteorological Almanac" by Ando Takao (1980, Nippon Shoseki)" ▽ "Observations of Clouds and Weather" by Fujii Yukio (1980, Kodansha)" ▽ "Lectures on Atmospheric Science 2: Atmosphere with Clouds and Precipitation" by Asai Tomio, Takeda Takao, and Kimura Ryuji (1981, University of Tokyo Press)" ▽ "Japan's Weather as Seen by Satellites" edited by Takahashi Koichiro et al. (1982, Iwanami Shoten)" ▽ "Color Photo Collection 'Clouds' - The Real Face at an Altitude of 10,000 Meters" edited by Ishizaki Hideo (1982, Japan Aeronautical Association)" ▽ "The Four Seasons of the Weather Satellite 'Himawari' by Iida Mutsujiro and Watanabe Kazuo (1982, Yama-to-Keikoku-sha)" ▽ "Nature Observation Series 26, Geology Edition, Clouds" by Kurashima Atsushi and Suzuki Shoichiro (1986, Shogakukan)" ▽ "Series on Reading Natural Landscapes 6, Reading Clouds and Wind" by Nakamura Kazuo (1991, Iwanami Shoten)" ▽ "The Language of Wind, Light and Clouds - Meteorological Japanese in Photographs" by Takahashi Kenji (1996, Kodansha)" ▽ "The Names of the Sky, photographed and written by Takahashi Kenji (1999, Kadokawa Shoten)" ▽ "Clouds Seen from an Altitude of 10,000 Meters, photographed and written by Imai Masako, commentary by Ayaichi (2000, Seizando Shoten)" ▽ "Applied Meteorology Series 3: Meteorology of Clouds and Rain, edited by Kimura Ryuji and written by Mizuno Ryo (2000, Asakura Publishing)" ▽ "Cloud Guide: An Easy-to-Understand Explanation of Clouds, edited by Yuyama Iku and the Meteorological Information Department of the Japan Weather Association (2000, Climb Meteorological Book Publishing Division)" ▽ "Investigating Wind, Clouds, and Fog, edited by the Japan Weather Association (2001, Poplar Publishing)" ▽ "Global Meteorological Exploration: A Planet with an Atmosphere in Photographs, written by Michael Araby and translated by Koba Takeyumi (2002, Fukuinkan Shoten)" ▽ "Reading Japan Maps by Weather: Legends of Wind, Clouds, and Rain from Around the World, written by Yamada Yoshihiko (PHP Shinsho)" ▽ "The Face of the Clouds, written by Takeda Yasuo (Shogakukan Bunko)" ▽ "Japanese Literature and Meteorology, written by Takahashi Kazuo (Chuko Shinsho)" ▽ "Reading the Clouds, written by Takahashi Koichiro (Kodansha, Bluebacks)"

Basic diagram of cloud shape (Figure A)
©Shogakukan ">

Basic diagram of cloud shape (Figure A)

Example of cloud distribution (Figure B)
©Japan Meteorological Agency ">

Example of cloud distribution (Figure B)

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

大気中に、微小な液滴または固体の粒が群をなして浮かんでいるもの。惑星大気中には、さまざまな物質からできた雲が生じる。地球大気の場合は、おもに対流圏の中で、空気中に含まれる水蒸気が水滴または氷晶に変化し、いろいろな形の雲が生じる。雲底（雲の底面）が地表面に接しているときは、雲といわずに霧という。しかし、山頂の霧（登山用語ではガスという）は、遠くから見ると雲に見えるから、両者の区別が明確にできない場合もある。

［木村龍治］

雲形の分類の歴史

紀元前200年ころ、古代ギリシアのテオフラテスが雲形についての記録を残しているが、それ以後2000年間にわたって、雲形に関する文献はみいだされていない。18世紀末にドイツのマンハイムで作制された『気象観測の指針』には、雲量を7階級で観測し、雲形の特徴を記録することが述べられている。しかし、雲形を分類するまでに至らなかった。

　初めて雲形を分類したのはフランスの自然科学者ラマルクである。彼は生物の進化論で有名であるが、1802年に『雲形について』という論文を発表し、雲形を五つの基本形に分類した。05年には分類を発展させて12種としたが、広く一般に採用されることはなかった。今日の10種雲級の基礎は、ラマルクと同時期に提案されたイギリスの気象学者L・ハワードによる。彼は、巻雲(けんうん)、積雲、層雲を雲の基本形とし、これらの中間の形態をもつ雲、および基本形が混合した形態をもつ雲（雨雲）を考えた。この考え方はヨーロッパに広まり、1870年に高積雲、1879年に積乱雲せきらんうんが区別された。当時は、雲が何でできているかよくわかっていなかった。微小な気泡であるという説が広く信じられていたようである。

　また、雲形は、地方や国によって異なると考えられていた。スウェーデンの気象学者ヒルデブランドソンは各国を旅行して、雲形がどこでも同じであることを確かめ、当時実用化された写真を利用して雲形図を作成した（1879）。1887年には、彼はイギリスの気象学者アーバークロンビーと共同で、現在用いられている10種雲級の基本形を提案した。1891年ドイツのミュンヘンで、また1894年スウェーデンのウプサラで開かれた国際気象会議で、雲の分類を世界的に統一することが議題になり、国際雲級図が作成された。現在の雲形分類の基準は1956年に世界気象機関（WMO）から発行された国際雲級図である。

［木村龍治］

雲の分類

国際雲級図は雲の基本形を10種に分類してあるので、10種雲級（または10種雲形）とよばれる。まず、10種の基本形を類generaとし、それぞれの類に数種類の種species、変種varieties、補足的な特徴および付随雲を定める。基本雲形の定義は次のとおりである。

(1)巻雲cirrus　記号Ci。白く細い繊維状、もしくは白く細い帯状の雲であり、一つ一つが離れ離れになっている。繊維（毛髪）、または絹の光沢、またはその両方の感じを与える。

(2)巻積雲cirrocumulus　記号Cc。粒状またはさざ波状の非常に小さい要素からなる薄い影のない雲。全体の形は空高く水平に広がる層状。その中の模様は比較的規則的に配列され、くっつき合っているときも離れていることもある。配列の間隔は1度（腕を伸ばしたときの小指の幅の程度）以内である。

(3)巻層雲cirrostratus　記号Cs。透き通った感じの白っぽいベール状の雲であり、全天または空の一部を覆う。繊維（毛髪）状の感じ、または滑らかな感じを与える。ハローhalo（暈(かさ)）を生じることが多い。

(4)高積雲altocumulus　記号Ac。白または灰色、あるいは白と灰色の混ざった層状の雲であり、部分的にけば立った、まるい塊またはロールの規則的な配列が見られる。配列の間隔は1度から5度（腕を伸ばしたときの指3本の幅）の間である。

(5)高層雲altostratus　記号As。灰色または青みがかった層状の雲であり、筋が見えることも、全体が均一に見えることもある。薄い部分では、太陽が、曇りガラスを透かして見るように、ぼんやり見える。ハロー（暈(かさ)）は生じない。

(6)乱層雲nimbostratus　記号Ns。持続的に雨や雪を降らせる灰色の暗い雲であり、乱層雲の雲底、または雲底の下には、紙をちぎったような不規則な下層雲があることが多い。乱層雲を通して太陽は見えない。

(7)層積雲stratocumulus　記号Sc。灰色または白っぽい層状の雲であり、モザイク、まるい塊、ロール状などの暗い部分がある。その配列は規則的で、各要素が離れているときもあるし、くっついていることもある。間隔の幅は5度程度である。

(8)層雲stratus　記号St。雲底が平らな灰色の雲であり、霧雨、細氷、雪を降らせる。薄い層雲を通して、太陽の輪郭がはっきりわかる。気温が非常に低い場合を除いて、ハローは見えない。層雲はときどき不規則なまだら模様になることがある。

(9)積雲cumulus　記号Cu。一つ一つが離れ離れになった雲であり、濃く、はっきりした輪郭をもつ。ドーム状または塔状の形で上方に発達していく。上部はカリフラワーのような形になる。日射を受けた部分は白く輝いているが、雲底は比較的暗く、平らである。ときどき積雲は不規則な形になる。

(10)積乱雲cumulonimbus　記号Cb。　山か巨大な塔のように、鉛直方向に発達した濃い雲。少なくとも上部の一部分は平らかつ滑らかであり、繊維状になっている。この部分はしばしば鉄床(かなとこ)か巨大な煙のように広がっている。雲底は暗く、不規則に乱れた雲が雲底、または雲底の下に存在する。尾流(びりゅう)雲（雨足）が見られることもある。

　基本雲形の記号だけでは、雲形が十分表現できないので、種、変種、補足形、付随雲の記号を基本雲形の後ろに添える場合がある。種、変種、補足形は形状から決められており、特徴のある雲、話題の多い雲をそのなかから拾ってみると次のようなものがある。航空機の排気ガスを核にして生ずる飛行機雲、肋骨(ろっこつ)雲、雨しらすともよばれるかぎ状巻雲、蜂(はち)の巣状巻積雲、二重高積雲、また強風と地形との影響で生ずるレンズ雲や笠(かさ)雲とつるし雲、降水に関連する尾流雲および降水雲と乳房(ちぶさ)雲、夏にみられる積乱雲になる前の塔状積雲や雄大積雲、また、山岳地帯の地形によって生ずる滝雲や旗雲およびベール雲や棚雲などが知られる。

［木村龍治］

雲をミクロに見る

雲粒（くもつぶ、うんりゅう）は直径10マイクロメートル（ミクロン）程度の水滴または氷晶でできている。雲の内部の気温が零下4℃以上であれば、ほとんど水滴、零下20℃以下であれば、ほとんど氷晶である。零下4℃から零下20℃の間は、全部水滴（過冷却水滴）のこともあるし（水雲(みずぐも)）、全部氷晶のこともあり（氷晶雲）、また両者が混在していることもある。一般に水滴からできている雲は、輪郭がはっきりしている。氷晶からできている雲は、輪郭がぼやけたり、繊維のような感じを与える。前者は積雲など下層雲や中層雲に多く、後者は巻雲、巻層雲、鉄床雲など上層雲に多い。

　雲粒の数は、薄い層雲で1立方センチメートル当り数十、積雲で300程度である。落下速度は、直径10マイクロメートルの雲粒で毎秒0.2センチメートル。直径100マイクロメートル以下の水滴の落下速度は直径の2乗に比例する。

［木村龍治］

雲の発生する原因

野外の雲について考える前に、たとえば浴室について考えてみると、浴槽の水面からは絶えず水蒸気が蒸発しており、その一部は空中で水滴（湯気）になる。一部は、窓ガラスや鏡に結露してガラスを曇らせる。この現象は次のことを意味している。すなわち、浴室内の空気中には限られた量の水蒸気（気体の水分子）しか存在できないということである。その量を1立方メートル当りの空気に対する水蒸気の重さ（グラム）で表したものを飽和水蒸気量、水蒸気の分圧で表したものを飽和水蒸気圧という。飽和水蒸気量は気温が高いと大きくなる。浴槽に接した空気は暖められるから未飽和になり、水面からの蒸発が持続する。暖められた空気は上昇し、周りの冷たい空気と混ざって過飽和になり、湯気が発生する。窓ガラスに接触した空気はさらに冷やされるので、飽和水蒸気量が小さくなり、結露する。露の場合はガラスの面上に水分子が集まって水滴になるのであるが、湯気の場合は、空中で水分子が偶然に衝突して結合する現象は、よほど過飽和にならないとおこらない。ほとんどの場合は、空中に浮かんでいる塵(ちり)（凝結核）の周りに水蒸気が結露して水滴に成長する。

　さて、野外の雲は浴室の湯気と似ているが、水蒸気を含んだ空気の冷やされ方が浴室と異なっている。冷たい空気と混ざり合うのではなく、水蒸気を含んだ空気の塊自身が冷える。冷える方法としては、放射冷却と断熱冷却がある。放射霧は放射冷却で生じるが、雲は断熱冷却が原因で生じることが多い。

　断熱冷却とは、空気の塊が上昇すると気圧が低くなるので膨張し、その際に気温が下がる現象をさす。膨張すれば水蒸気圧も低くなる（したがって、飽和水蒸気圧から遠ざかるようにみえる）が、気温が下がることによる飽和水蒸気圧の低下のほうが大きいので、空気塊が上昇すると水蒸気は飽和し、雲が発生する。逆に、飽和した空気塊が下降すると未飽和になるため、雲は消える。したがって、おおよそ雲のある所は上昇気流、ない所は下降気流があると考えてよいであろう。

　雲粒が非常に小さい場合は、表面張力の作用で、飽和水蒸気圧以上でもすぐに蒸発してしまう。大気中では、過飽和度が非常に小さい状態（相対湿度が100％をほとんど超えない状態）で雲粒が容易に発生するので、最初からある程度の大きさがあるはずである。それは、凝結核の周りに水滴が形成されることを意味する。凝結核としては、海水の飛沫(ひまつ)が蒸発したあとに残る塩の粒子や、燃焼生成物などが有効のようである。

　氷晶雲の雲粒は、過冷却水滴が凍結する場合と、氷晶核の周りに水分子が昇華して氷晶ができる場合がある。氷晶核としては、雪結晶の破片がもっとも有効であるが、粘土粒子も有力である。人工降雨に使われるヨウ化銀は人工的な氷晶核として働く。

［木村龍治］

さまざまな雲形のできる理由

10種雲級は、雲の形と発生する高さによって分類したものであるが、雲の形だけに着目すると、図Aに示す3種類の形の組合せからできていることがわかる。Aは塊になっているもの、Bは水平方向に広がっているもの、Cは刷毛(はけ)でこすったような感じを与えるものである。A、B、Cはそれぞれ、雲の発生する原因が異なっている。

　Aは、大気の安定度が悪く、雲が自分の浮力で上昇しているときの形である。水蒸気が凝結する際に、1グラムの水蒸気当り600カロリーの潜熱（凝結熱）が発生して、雲粒を含んだ空気塊を加熱するために、熱気球と同じ原理で上昇するのである。浮力を失うとA´のように輪郭がぼやけて消えてしまう。Aを含む雲は積雲系の雲という。

　Bは、安定度がとくに大きな層（前線面など）に沿って、大気が緩やかに上昇しながら動くときに発生する。雲の発生している面内が上下にうねると波状雲になる。また、雲の発生している面内で対流が生じると蜂の巣のようなパターンが現れる。対流は、雲の上面が放射冷却または水滴の蒸発で冷やされるときに生じる。Bの形をした雲は層雲系の雲という。

　Cは、雲粒が落下しながら風に流されるときに現れる形である。風が吹いていても、風向・風速が高さによらず一定であれば、雲も風に流されているので、真下に向かって落下するはずである。しかし、普通は高さによって風向または風速が異なるので、横にたなびくような形になる。巻雲や尾流雲はこのような理由で生じる。

　特殊な形の雲としては、山の近くにできる笠雲、つるし雲、山旗雲、レンズ雲、また、風下波、成層圏にできる真珠母雲、中間圏にできる夜光雲などがある。

［木村龍治］

宇宙から見た雲

10種雲級は、地表面から空を見上げて得られた空の知見に基づいている。地表面から見える空（対流圏）の範囲は水平方向100キロメートル程度である。航空機から雲を観察したとしても、水平線に近い部分は斜めになってよくわからないから、結局、地表から眺められる範囲と大差がない。したがって、10種雲級で分類できる雲の水平の広がりは数メートルから数十キロメートルに限られる。

　1966年にアメリカによって世界で初めて打ち上げられた実用気象衛星は、このような事情に革命的変化をもたらした。今日では、静止気象衛星によって1時間ごとに地球全体の雲の分布がモニターされ、宇宙から見た雲のようすは天気予報に用いられている。

　図Bは、1984年1月1日正午（日本時間）の可視画像（可視光線で撮影した画像）で、ここには、10種雲級では整理できない雲の分布が見られる。低緯度には不規則な塊になった雲が分布している。不規則な塊は大小あり、赤道を挟んで東西に連なっているように見える。これらの雲は巨大な積乱雲で、積乱雲から吹き出す鉄床(かなとこ)雲が見えているのである。これらの雲は日々激しく変動するが、雲の現れやすい場所は定まっており、熱帯内収束帯とよばれる。

　中緯度の雲の分布は、気圧の分布と密接に関連している。気圧の分布図（天気図）を基にして天気予報ができるのである。線状の雲は前線（おもに寒冷前線）に沿った雲である。数日間持続し、形をすこしずつ変えながら、西から東へ移動する。寒冷前線の北側に網目状の雲の分布が見られる。これは、寒気が海面上で下から加熱されて生じる中規模細胞状対流の結果生じる下層雲である。網目状の下層雲やその中に生じるカルマン渦などは、気象衛星によって発見された現象である。温帯低気圧や台風に伴う雲の特徴は顕著である。

［木村龍治］

雲量

見える範囲（または、あらかじめ定めた一定の範囲）の空の面積を10とするとき、その中で雲の占める面積を雲量という。天気予報では、雲量1以下を快晴、2から8を晴、雲量9以上を曇という。

　地球全体では、雲量0(ゼロ)になることも10になることもない。理由ははっきりしていないが、つねに雲量が5に近い状態が保たれている。雲は、地球に入射する太陽放射をよく反射するから、雲量は大気が吸収する太陽放射エネルギーの量、したがって気温と密接に関連している。このため、地球全体の雲量は気候を変化させる要因として重要である。

［木村龍治］

惑星の雲

1962年にアメリカのマリナー2号が金星探査を行って以来、多くの無人惑星探査機が火星、金星、木星、土星などに接近または着陸して、さまざまな気象データを送ってきた。これらの観測は惑星の気象について飛躍的な知見をもたらした。惑星大気については、それぞれの惑星の項目で述べるが、ここでは、各惑星の雲のようすを概観する。

(1)金星の雲　可視光線で金星を見ると、つねに真っ白に輝いている。全体が雲に覆われているからである。金星の雲は、高度50キロメートルから70キロメートル層に存在し、濃硫酸の微小な液滴からできている。雲の内部に入っても数キロメートル先まで見渡せるので、それほど濃い雲ではない。雲層の下に塵の多い層（ヘイズ）が存在する。この塵は、金星の活火山から供給された火山灰である可能性がある。紫外線で金星の雲を見ると、大規模な模様が出現する。

(2)火星の雲　現在の火星大気は気温と気圧が低いために、水は氷か水蒸気のどちらかの形になっている。地球大気に見られるのと似た山岳波や渦巻状の白い雲が観察されているが、これはおそらく氷晶雲であろう。しかし、雲量はごくわずかで、地球から見えるオレンジ色の部分は地表面である。しかし、ときどき大規模な砂嵐(すなあらし)が発生して、塵が火星大気の全部を覆ってしまうことがある。砂嵐は数週間も続く。それが晴れても、細かい塵が上層大気に残っているので、空は赤みがかった色になっている。逆に夕焼けは青い。

(3)木星の雲　木星の内部は液体水素の海に覆われており、その上に広がる厚さ1000キロメートルほどの水素とヘリウムの大気中には、上層から赤、白、茶、青とさまざまな色のついた雲が存在する。雲の主成分は、アンモニア、硫化水素アンモニウム、水と考えられている。もしもメタンの雲が存在したとすると、地球の場合と異なり、下降気流の部分で雲が発生し、上昇気流の部分で消える可能性がある。メタンの飽和蒸気圧が水蒸気ほど気温によって変化しないから、下降域で圧縮すると気体が凝集し、上昇域で膨張すると気化するためである。地球から見える木星表面の縞(しま)模様と大赤斑(はん)は雲のパターンである。

(4)土星の雲　土星の雲のようすは木星と似ている。しかし、木星ほど縞模様のコントラストははっきりしない。木星の渦と似た形の渦も観察されている。

［木村龍治］

雲にまつわる民間伝承

日本人も古代から雲や霧に深い関心をもっていたことは、『万葉集』の約4500首のなかで雲について触れた歌が119首、霧について触れたものが77首もあることなどが示している。江戸時代には1759年（宝暦9）に伊予松山の法眼明逸(めいいつ)が『通機図解』を著し、雲の図を44点ほど載せて、雲と天気の関係を解説している。科学的な見方の萌芽(ほうが)もみえるが、多くは民間伝承のレベルのものである。民間では船乗りや漁民たちが空模様を見て天気の変化を予測していた。富士山の見える駿河(するが)湾沿岸の漁民は、この山にかかる雲の形で天候の変化をよく予知し、カンヌキ雲が出るとナライの風が吹くとか、笠(かさ)雲には十数種もの名前があって、ハナレ笠は日和(ひより)、ヒトツ笠は雨、レンズ笠は風雨、ヨコスジ笠は風というぐあいに、雲の形態的特徴に対応させて天気を予知している。富山湾では、立山に雲が坊さんの三角襟の法衣のように見えると、漁師たちはホーブクが立ったといい、大時化(おおしけ)の前兆とみた（『能都(のと)町史』）。越後(えちご)（新潟県）長岡在では、弥彦(やひこ)山に雲がかかったら翌日は雨、雲がとれたら晴れ。紀伊鬼ヶ城（三重県）付近では、春季に那智(なち)山に雲がかかったら雨が降る（川口孫治郎『自然暦』）などと伝えられている。

［神野善治］

『B・J・メイソン著、大田正次・内田英治訳『雲と雨の物理』（1969・総合図書）』▽『孫野長治著『雲と雷の科学』（1969・NHKブックス）』▽『伊藤洋三著『雲の表情』（1974・保育社・カラーブックス）』▽『安藤隆夫著『雲――気象歳時記』（1980・日本書籍）』▽『藤井幸雄著『雲と天気のかんさつ』（1980・講談社）』▽『浅井富雄・武田喬男・木村龍治著『大気科学講座2　雲や降水を伴う大気』（1981・東京大学出版会）』▽『高橋浩一郎ほか編『衛星でみる日本の気象』（1982・岩波書店）』▽『石崎秀夫監修『原色写真集「雲」――高度一万米の素顔』（1982・日本航空協会）』▽『飯田睦治郎・渡辺和夫著『気象衛星「ひまわり」の四季』（1982・山と渓谷社）』▽『倉嶋厚・鈴木正一郎著『自然観察シリーズ26地学編　雲』（1986・小学館）』▽『中村和郎著『シリーズ自然景観の読み方6　雲と風を読む』（1991・岩波書店）』▽『高橋健司著『風と光と雲の言葉――写真で見る気象の日本語』（1996・講談社）』▽『高橋健司写真・文『空の名前』（1999・角川書店）』▽『今井正子写真・文、綾一解説『高度1万メートルから見た雲たち』（2000・成山堂書店）』▽『木村龍治編、水野量著『応用気象学シリーズ3　雲と雨の気象学』（2000・朝倉書店）』▽『湯山生著、日本気象協会気象情報部編『くものてびき――わかりやすい雲の解説』（2000・クライム気象図書出版部）』▽『日本気象協会編著『風・雲・霧を調べる』（2001・ポプラ社）』▽『マイケル・アラビー著、小葉竹由美訳『地球気象探険――写真で見る大気の惑星』（2002・福音館書店）』▽『山田吉彦著『天気で読む日本地図――各地に伝わる風・雲・雨の言い伝え』（PHP新書）』▽『武田康男著『雲のかお』（小学館文庫）』▽『高橋和夫著『日本文学と気象』（中公新書）』▽『高橋浩一郎著『雲を読む本』（講談社・ブルーバックス）』

[参照項目] | アーバークロンビー | 温帯低気圧 | 暈 | 笠雲 | 火星 | 鉄床雲 | カルマン渦 | 寒冷前線 | 気象衛星 | 凝結核 | 霧 | 金星 | 雲学 | 曇り | 巻雲 | 巻積雲 | 巻層雲 | 高積雲 | 高層雲 | 蒸気圧 | 上昇気流 | 水蒸気 | 積雲 | 積乱雲 | 層雲 | 層積雲 | 対流 | 対流圏 | 乳房雲 | 通機図解 | つるし雲 | 土星 | 熱帯内収束帯 | 旗雲 | ハワード | 飛行機雲 | 氷晶 | 尾流雲 | ヒルデブランドソン | 木星 | 夜光雲 | 雄大積雲 | ラマルク | 乱層雲 | レンズ雲 | 肋骨雲

雲形の基本図〔図A〕

雲の分布状況例〔図B〕

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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