気温減率：大気における鉛直温度勾配の基礎

気温減率（きおんげんりつ、英: lapse rate）とは、高度の上昇に伴って大気の気温が低下する割合を指す気象学の用語である。気温逓減率（きおんていげんりつ）とも呼ばれる。この概念は、重力の影響下にある気体全般に適用可能であるが、主に地球大気の鉛直構造を理解する上で不可欠な指標となっている。

定義と数式

気温減率は、高度の変化に対する気温の変化率に負の符号を付けたものとして定義される。高度をz、気温をTとすると、気温減率γは以下の式で表される。

γ = -dT/dz

この値は通常、[℃/km]や[K/km]といった単位で表現される。

気温減率の種類

気温減率には、大きく分けて「環境の気温減率」と「断熱的な気温減率」の二種類が存在する。

環境の気温減率

ある特定の場所と時刻において、静止した大気中の実際の気温が高度とともにどのように変化するかを示す量である。平均的な指標として、国際民間航空機関（ICAO）が定める国際標準大気では、海面から高度11kmまでを約6.5℃/kmの割合で気温が低下すると定義している。ただし、実際の大気では逆転層の存在などにより、場所や時間によってこの値は大きく変動する。

断熱減率

空気塊が上昇または下降する際、周囲との熱のやり取りがない（断熱変化）と仮定した場合の気温変化率である。これには以下の二種類がある。

• 乾燥断熱減率：未飽和の空気塊が上昇する際に気温が低下する割合。その値は約9.8℃/kmである。
• 湿潤断熱減率：飽和した空気塊が上昇する際に、水蒸気の凝結に伴う潜熱の放出により気温の低下が抑制される割合。気温や気圧に依存するが、典型的な値は約5℃/kmである。

気象学における重要性

気温減率は、大気の安定度を判断する上で極めて重要な指標である。環境の気温減率が湿潤断熱減率よりも小さい場合は「絶対安定」と呼ばれ、空気塊の上昇は抑制される。逆に、乾燥断熱減率よりも大きい場合は「絶対不安定」と呼ばれ、対流雲や積乱雲の発達を促す要因となる。

また、フェーン現象の発生メカニズムにおいても、乾燥断熱減率と湿潤断熱減率の差が重要な役割を果たすことが知られている。気象学者はラジオゾンデなどを用いて環境の気温減率を観測し、エマグラムなどの熱力学ダイヤグラムを用いて大気の状態を解析している。