対流有効位置エネルギー（CAPE）の気象学的解説
📌 主なポイント
- ✓対流有効位置エネルギー（CAPE）は、空気塊が自由対流高度から中立高度まで上昇する際に受ける浮力のエネルギーを表す。
- ✓CAPEの単位には通常ジュール毎キログラム（J/kg）が用いられる。
- ✓エマグラム上で擬断熱上昇線と状態曲線に囲まれる正の面積部分として視覚化される。
- ✓大気の不安定度を評価する指標として、対流抑制エネルギー（CIN）などと併せて用いられる。
対流有効位置エネルギー（たいりゅうゆうこういちエネルギー、英: Convective Available Potential Energy、略称: CAPE）とは、気象学において、ある空気塊を断熱的かつ強制的に自由対流高度（LFC）から中立高度（無浮力高度、浮力ゼロ高度、EL）まで上昇させたとき、その空気塊に加わる浮力のエネルギーの総量を表す指標である。
概要と大気の不安定度との関係
CAPEは、空気塊に働く浮力と移動距離の積であり、その空気が大気中でどれくらい上昇気流を起こしやすいかを示す、大気の不安定度を評価するための重要な指標の1つである。エマグラム（気象観測用図表）上でグラフを描くことによって視覚的に理解することができる。
ある地点から仮想の空気塊を上昇させていくプロセスを考えると、はじめは乾燥断熱線に沿って気温が低下するが、露点温度に達する持ち上げ凝結高度（LCL）に達すると、雲の発生に伴って放出される凝結熱の影響により、気温の減少率が小さい湿潤断熱線に沿った変化に変わる。この仮想的な空気塊の温度変化を示す線（擬断熱上昇線）と、実際の大気の温度高度分布を示す線（状態曲線）の間には交点が生じる。
エマグラム上の表現と計算
擬断熱上昇線と状態曲線が交わる点のうち、下側の交点付近で擬断熱上昇線よりも状態曲線の温度減少率が大きい高度を自由対流高度（LFC）、上側の交点を中立高度（EL）と呼ぶ。自由対流高度から中立高度までの間で、擬断熱上昇線と状態曲線に囲まれる領域（正の面積部分）が対流有効位置エネルギー（CAPE）に相当する。
この囲まれる面積の広さはエネルギーの大きさを表しており、一般に高度方向の積分によって算出される。単位にはジュール毎キログラム（J/kg）が用いられる。
関連するエネルギー指標
大気中には、CAPEとは逆に空気塊が下降しようとするエネルギーも存在し、これは対流抑制エネルギー（CIN）と呼ばれる。大気全体としての不安定度は、CAPEとCINの差から評価され、正の値であれば大気は不安定、負の値であれば安定と判断される。ただし、数値のみでは実際の気象現象や天候の変化と完全に一致しない場合もあるため、実務的な気象予測においては他の多様な大気安定度指標も併用されている。