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ナ~の戯言3:低気圧に於ける降雨についての考察 。(人工降雨装置)

2020/04/24 21:31 投稿

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  • 公開 2020-04-24 21:31:49


このブログは "ナ~" の妄想と妄言で構成されていますw。
不快と感じ取られる内容が有るかもしれませんので、その場合はブラウザバックしてください。


雨が降る機構には、大まかに言って二つの種類が有ります。

一つは対流圏に於ける気流の乱れによって起きる降雨。もう一つは低気圧で起きる降雨です。

対流圏で起きる降雨の機構は極めて複雑です。対流圏では、空気は幾つかの層に分かれています。そして、対流の無い静的な状態ではその層が混ざり合う事は、あまりありません。

すべての層を同じ気圧とすると、最も温度が低く、そして最も湿度が高い層が一番下の層になり、最も温度が高く、そして最も湿度が低い層が一番上の層になります。※

静的な状態であれば、それらの層は混ざり合うことはあまりありませんが、気流が乱れ、それらが混ざり会うと大気が不安定な状態になり、降雨をもたらす事になります。(その場合、気圧の変動を伴うことは多々有るでしょう。)

それ以外でも降雨は起きます。

夏に海上で暖められ湿度を多く貯めた空気が上昇し、上空のより暖かく湿度の低い空気の層にその行き場を遮られ停滞し、積乱雲となって降雨をもたらす現象はよく観られます。
また、気流の流れによって山の斜面を登り、湿度の飽和条件が変化し、降雨 (降雪) をもたらす現象もよく観られます。

一方、低気圧に伴う降雨は、対流圏での降雨とは異なります。
その説明をする為には、まず水の性質を知ってもらう必要があります。

通常、一気圧での水の融点は 0℃ であり、沸点は 100℃ です。
では、気化温度は何度でしょうか?
水分子は(H2O:分子量 18)ですが、この分子量に近い物質をあげてみました。

名称     分子式   分子量  融点 (℃)  沸点(℃)  常温状態

メタン   CH4   16    -183    -162    気体
エタン   C2H6   30    -183    -89     〃
プロパン  C3H8   44    -187    -42     〃

水      H2O   18     0      100    個体、又は液体


他の物質に比べ融点、沸点が非常に高い事が分かります。これは水の分子が水素結合で結ばれていることに因りますが、固体の氷の表面、あるいは液体の水の表面ではその結合が弱まります。メタンやエタンの沸点程には低くはないとしても、かなり低い温度で気化しているものと思われます。
おそらく零度以下の氷の表面でも(極地方の常温状態に於いても)気化が起きているでしょう。

つまり常温では、氷や水の表面からの気化は、地球上の氷や水の在る、あらゆる地点で起こっている事になります。

気化した水の単分子 (以下、水単分子と表記) は、対流圏の主な気体成分、窒素 (N2:分子量 28)、酸素 (O2:分子量 32)、二酸化炭素 (CO2 :分子量 44)) の分子より分子量が小さく軽いため上昇します。そして成層圏に達します。
(成層圏のどの辺りまで存在するのか? おそらくオゾン層の少し上まで存在すると思われます。(理由はいずれまた))

仮に成層圏の気体が全て水単分子だとすると、対流圏と成層圏の境の気圧は 0.1 気圧から 0.15 気圧程ですので、液体の水に換算すると約1m から 1.5m 程となります。

つまり、上空には深さ 約1m 程の海が広がっている事になります。
浅い様に思えますが、水単分子は常に供給されており、対流圏と成層圏の境では、ほぼ飽和状態でしょう 。そして必ず "過飽和状態" になっている場所があります。それが低気圧です。

過飽和状態になると、水単分子は次第に多分子の水粒子となり、対流圏へと降下をし始めます。すると、そこに空きができるため水単分子はそこへ移動することになり、そして再び水粒子となり降下します。この現象が連鎖して起こるため降雨となります。(対流圏の空気の流れが速い場合は降雨に至らず、雲となってたなびくことになりますね。)

下の写真では、水単分子が低気圧に落ち込んで行く様子が良く分かります。

補足:白い雲の部分は既に過飽和状態となり、対流圏に降下している部分です。水単分子が低気圧に落ち込んで行くのは、透明な部分となります。

追記:成層圏は空に広がる海なのです。






つまり、人工的に気圧を低くしてやれば、降雨が期待できるわけです。

それで、低気圧発生装置を考案してみました。その装置は下の図の様なものになります。






装置の中央には送風装置を設置し、中央の開口部より空気を吸引し、外周部斜め上、同一回転方向に排気をし、渦流を作ることに因ってより効率良く上空の気圧を低下させます。
単純ですねw。(MMDモデル配布先:https://seiga.nicovideo.jp/seiga/im10396056)

他にもいろいろ気圧を下げる方法がありそうです。

人工降雨装置:「人工的に低気圧を作り降雨を促す人工降雨装置」 
として、特許を出願する予定でした。


追記:天に井戸を穿つのです。


8/22 10/11
追記:※地表に最も近い一番下の層では、二酸化炭素 (分子量が大きい) の濃度にかなりの影響を受けている様に思えます。
対流圏での一番下の層の水単分子の密度は、上の層の水単分子の密度より高いはずなのですが、しかし雲は常に上の層で発生します。
これは水単分子が上昇する際、二酸化炭素の濃度が高い層から低い層へと移動する際に、急激に圧力が低くなり、水単分子が水粒子へと遷移するのではないかと思われます。
実際は下の層の水単分子の密度の方が高いのです。(たぶん酸素濃度が低くなる層もあるでしょう。)

10/27
追記:二酸化炭素の量が少ない地域では、雲の発生高度は低くなる?

7/14
追記:低気圧に因る降雨は、成層圏から降下して来る水単分子が主なのですが、前線に因る降雨は複合的なものになります。まず対流圏に因る降雨が起き、その影響で気圧が下がり、そこに低気圧に因る降雨が重なります。
降下しても降雨に至らなかった場合は、雲となって対流圏の気流に流され、高気圧の方へ移動します。(流されてしまった雲には、あまり降雨は期待できません。) そして再び水単分子となり、成層圏へと上昇します。

8/23
ゲリラ豪雨の発生のメカニズムを考えてみました。

まず地面が熱せられ、上昇気流が発生、それが渦を巻きながら上昇、その結果中央部の気圧が低下し低気圧性の降雨が発生すると考えてみました。そうすれば、大量の降雨も理解できるのではないでしょうか? (人工降雨装置の原理と同じです。)

21/02/02
(渦ではなく、水分子の圧力のせいかもしれない?)

8/03
追記:そうすると、逆に気圧を上げてやる、あるいは気圧の傾斜を緩くしてやれば集中豪雨を緩和することが出来ることになるのではないだろうか?
それならば、送風機で気圧の高い方から気圧の低い方へ空気を送り込めばいいのではないだろうか、とか考えてみる・・・

21/02/19
水が気化する際には熱を奪います。逆に粒子化する際には熱を放出します。
つまり、低気圧の降雨 (降雪) の起こっている上空では、盛んに熱が放出されて周りの空気が暖められ、その結果低気圧性の対流が発生します。
地表付近では、高気圧から低気圧へ、低気圧の中心付近では上昇、上空では低気圧から高気圧へ渦をともなう気流が起きることになります。

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余談:このアイデアを思い付いたのは凡そ30年ほど前。そしてその5年ほど前にスピーカーの特許を出願し、特許を取得しました。※
そして、そのスピーカーの巨大なものを作り雨を降らせることは出来ないか?と考えたのですがどうやら無理という結論になりました、が、他に何か方法はないかと考えていて思い付きました。

印税が入れば特許を出願し、実験しようと思ったのですが、業界からは完全に無視され、特許の買い手は付かず、時効となってしまいました。

そんな訳で、モチベは完全に失せて、「日本は多雨だし、設置しても採算の取れるところはほとんどないだろうし、国際特許取得は金が掛かりすぎる」。と云うわけで放置していました。

しかし、昨今の台風被害や、集中豪雨の被害を観るに鑑み、例えば南の島にこの装置を設置し、人工的に台風の芽となるような低気圧を発生させて、巨大な台風が発生しないように出来るのではないかとか、
集中豪雨の起こりやすい場所の近くに設置して、集中しないように出来るのではないかとか思うに至り、やはり出願しようと準備をしていたのですが、どうやら色々無理っぽいので、諦めて公開することにしました。


※:1987年に特許取得、特許第2579459号、現在時効となっています。(そのスピーカーに最近新たに名前を付けました "点駆動フルレンジスピーカー" と申します(ヤフオクにて絶賛発売中。お値段"1億円"w) 。


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