この章では、気温、つまり地表から1.2m（4フィート）の高さで観察される空気の温度に焦点を当てます。 気温は、私たちが着る衣服から支払う燃料費に至るまで、人間生活の多くの側面を左右します。 また、気温と気温のサイクルは、その地域の生物学的景観を構成する植物や動物を選択する作用もある。 そして気温は、降水量とともに、気候を決定する重要な要素であり、第7章でさらに深く掘り下げていきます。
気温に影響を与える5つの重要な要素：
- Latitude. 日射量の日周、年周は緯度によって系統的に変化し、気温や気温の周期も変化する。 日射量は極地に行くほど減少するので、空気を暖めるエネルギーは少なくなります。 しかし、日射の季節的な周期は緯度とともに強くなるため、高緯度では年間を通じて気温の幅が大きくなる
- 表面タイプ。 都市部の気温は一般に農村部より高い。 都市の表面素材、アスファルト、屋根板、石、レンガは、農村部や森林の湿った土壌表面に比べて水分をほとんど保持しないため、蒸発による冷却がほとんど行われない。 また、都市部の素材は、植物に覆われた表面よりも色が濃く、太陽エネルギーをより多く吸収する。 砂漠のような不毛の地や岩石の多い地でも同様です。
- 沿岸部または内陸部。 海に近い場所では、大陸の内陸部に比べて気温の幅が狭くなります。 水域は陸域よりもゆっくりと加熱・冷却されるため、水域の気温は陸域の気温よりも極端ではありません。 空気が水から陸に流れるとき、沿岸の場所は隣接する水の影響を受けます。
- 標高。 気温は標高が高くなるにつれて低下する。 標高が高いと、地表の大気が少なくなり、温室効果ガスが断熱材としてあまり効果的でなくなる。 地表の熱はより多く空間に奪われる。 高山では、雪が積もり、長く残る。 温室効果の低下により、一日の気温の変化も大きくなります。
- 大気循環と海洋循環。 ある地域の空気が別の地域に流れ込むと、その地域の気温が急激に上昇したり下降したりすることがある。 沿岸地域の気温は、暖流または寒流の影響を受けることがあります。 (この要素については第5章で詳しく調べます。)
SURFACE TEMPERATURE
温度はよく知られた概念です。 気体、液体、固体を問わず、物質中の原子の運動エネルギーのレベルを示すものです。 太陽光のような放射エネルギーを受けると、その物質の温度は上昇します。 同様に、物質がエネルギーを失うと、その温度は下がります。 例えば、土壌の非常に薄い表面層は、実際には太陽の短波放射を吸収し、長波放射を宇宙空間に放出します。
表面の温度は、そこを移動するさまざまなエネルギー流間のバランスによって決まります。 純放射（入射短波放射と出射長波放射の間のバランス）は、表面を加熱または冷却することができる放射エネルギー流を生成する。 日中は、通常、入射太陽放射が出射長波放射を上回るので、正味放射収支はプラスとなり、地表は暖められる。 エネルギーは地表から地下の冷たい土壌に流れ込む。 夜間、正味の放射は負であり、表面温度が低下し、表面が長波エネルギーを宇宙に放射するため、土壌はエネルギーを失う。
エネルギーは、他の方法で表面に、または表面から移動することもできる。 伝導は、直接接触することによって、より暖かい物質からより冷たい物質へ顕熱を流すことを説明する。 日中、暖かい表面から熱が土に流れ込むとき、それは伝導によって流れます。 夜には、熱はより冷たい土の表面に戻ってくる。 また、潜熱も重要である。 地表で水が蒸発するとき、液体から蒸気への状態変化で蓄えられた熱を奪って、地表を冷やす。
エネルギー移動のもう一つの形態は対流で、これは混合によって流体中に熱が分散されるものである。
AIR TEMPERATURE
表面温度とは対照的に、地表から1.2mの高さを基準として測定されるのが気温である。 気温は地表温度とかなり異なることがあります。 夏の晴れた日に駐車場を歩くと、体の上部に当たる空気よりも舗装の方がずっと熱いことに気づくだろう。 一般に、地表の気温は地上の気温と同じ傾向を反映するが、地上の気温はより極端である可能性が高い。
米国では、気温は今でも広く華氏尺度で測定・報告されている。 本書では、国際標準である摂氏温度目盛りを使用します。 セルシウススケールでは、水の氷点は0℃、沸点は100℃です。 この2つのスケール間の換算式を図3.4に示す。
気温の測定は気象台で日常的に行われている。 1時間ごとに気温を報告する気象台もありますが、ほとんどは24時間の間に記録された最高気温と最低気温のみを報告しています。 これらは気温の長期的な傾向を観察する上で最も重要な値です。
気温の測定値は、米国気象局やカナダ気象局など、天気予報を担当する政府機関に報告されます。 これらの機関は通常、日ごとの最高気温、最低気温、平均気温を用いて、各観測所の日ごと、月ごと、年ごとの気温統計を公開している。 日平均気温は、日中の最高気温と最低気温の平均値として定義される。 月平均気温は、1ヶ月の日平均気温の平均値です。
地表付近の気温
地面から数メートル以内の土壌、地表、大気の温度は一日を通じて変化している（図3.6）。 一日の温度変化は地表面直上で最も大きい。 標準的な高さの空気の温度は、はるかに変化が少ない。 土壌では、1日の周期は深くなるにつれて徐々に小さくなり、地表の1日の温度変化では全く変化が生じないところまで到達する。
ENVIRONMENTAL CONTRASTS: 都市と農村の温度
暑い日、農村環境は都市環境よりも涼しく感じられるでしょう。 農村部では、植物の根が水分を取り込み、蒸散と呼ばれるプロセスで葉に移動します。 この水分が蒸発することで葉の表面が冷やされ、その結果、近くの空気も冷やされます。 土壌の表面は、雨が降ると土壌に水がしみ込むため、湿っています。 この水は上方に吸い上げられ、太陽光で表面が温められると蒸発し、再び冷却する。
都市の地表が農村部より暑い理由はほかにもあります。 多くの都市の表面は暗く、太陽エネルギーを反射するというよりむしろ吸収しています。 実際、アスファルト舗装は植生の2倍以上の太陽エネルギーを吸収します。 雨は屋根や歩道、道路から雨水管に流れ込みます。 都市表面は乾燥しているため、気温を下げるのに役立つ蒸発はほとんどありません。 もうひとつ重要なのは、廃熱です。
冬には、建物や構造物からの熱が直接都市環境に伝わります。
THE URBAN HEAT ISLAND
これらの効果の結果、都市の中心部の気温は、図3.8に示すように、周囲の郊外や田舎の気温より数度高くなることが一般的です。 昼下がりの都市部の気温プロファイルのスケッチは、この効果を示している。 中心部の気温が著しく上昇していることから、私たちは都市型ヒートアイランドと呼んでいる。 日中に大量の熱が地中に蓄積され、夜間も周囲より高い気温を維持しているのである。 アトランタの中央商業地区の夜の熱赤外線画像は、ヒートアイランド効果を示しています。
都市のヒートアイランド効果は、重要な経済的影響をもたらします。 気温が高くなると、夏にはより多くのエアコンと電力が必要になります。 この電力を生成するために燃やされる化石燃料は、大気中に二酸化炭素と大気汚染物質を放出します。 気温の上昇はスモッグの発生につながり、不健康で、物質にもダメージを与えます。 こうした影響を減らすために、多くの都市では植物を増やしたり、コンクリートや明るい屋根材など、太陽エネルギーを宇宙へ反射させる表面を使用したりしています。
ヒートアイランド現象は、必ずしも砂漠気候の都市に当てはまるわけではありません。 砂漠では、都市の灌漑された植物の蒸発散が、周囲の不毛の地域よりも都市を実際に涼しく保つことがあります。
高山地環境
地表がその真上の空気の温度に影響を与えることを見てきました。 しかし、標高の高い場所に行くとどうなるのでしょうか。 例えば、山に登ると息切れがしたり、日焼けしやすくなったりします。 また、気温の低下も感じられるようになります。 キャンプをすれば、夜の気温が予想以上に低くなることがわかります。
これらの影響は、なぜ起こるのでしょうか？ 標高の高いところでは、上空の空気がかなり少なくなるので、気圧が低くなります。 肺の中の酸素圧が下がるので、単純に息苦しくなります。 また、太陽の光を散乱・吸収する分子が少ないので、太陽の光が強く感じられるようになります。 二酸化炭素や水蒸気も少ないので、温室効果は少なくなります。 温暖化が少なければ、夜間の気温はさらに下がる傾向にあります。 この章の後半で、気温が下がるパターンが上空にも広がっていることを確認します。
図3.10は、ペルーのアンデス山脈の異なる高さの5つの観測点の気温グラフを示したものです。 平均気温は海抜16℃から標高4380mの地点では1℃と、明らかに標高が高くなるにつれて低下している。 最高気温と最低気温の差も標高が高くなるにつれて大きくなるが、コスコは例外である。
TEMPERATURE INVERSION
これまでのところ、気温は標高とともに低下するようです。 しかし、これは常に正しいのでしょうか？ 晴れた穏やかな夜に何が起こっているかを考えてみましょう。 地表は長波エネルギーを上空に放射し、正味の放射は負になります。 地表は冷やされる。 これは、図3.6で見たように、地表付近の空気も冷やされることを意味します。 地表が冷たいままだと、図3.11のように、地上の冷たい空気の層が、暖かい空気の層の下に積み重なることになる。 これが温度逆転である。
温度逆転では、地面近くの空気の温度が氷点下まで下がることがある。 この温度条件は、成長期の敏感な植物に影響を与えるため、実際の霜が形成されなくても、殺霜と呼ばれます。
果樹や他の作物の栽培者は、逆転現象を打破するためにいくつかの方法を使用します。
気温指数
気温は、他の気象および気候データと共に、気温が環境や人間の状態に与える影響の指標である気温指数を作成するために使用することもできます。 より身近な指標として、風邪指数と暑さ指数があります。
風邪指数は、実際の気温だけでなく風速にも基づいて、気温がどれくらい低く感じるかを判断するために使用されます。 実は空気は非常に優れた断熱材なので、空気が止まっているときは、私たちの皮膚の温度と周囲の環境の温度は大きく異なることがあります。 しかし、空気は皮膚の上を移動する際に、顕熱と潜熱を取り除き、体から遠ざけてくれます。 夏場は汗が蒸発することで体温が下がり、涼しくなります。
米国で用いられている風寒指数（単位：°F）は、実際の気温と大きく異なることがあります（図3.12）。 例えば、実際の気温が30°F（?1℃）で、風速が30m/hr（13.45m/s）の場合、15°F（?26℃）の風邪になります。
暑さ指数は、実際の気温と相対湿度からどれくらい暑く感じるかを示すものである。 相対湿度は、ほとんどの天気予報で示される湿度であり、大気中の水蒸気の量が最大量の何パーセントであるかを示しています。 相対湿度が低いと比較的乾燥した大気状態を示し、高いと比較的湿度の高い大気状態を示します。
なぜ相対湿度は気温の感じ方に影響を与えるのでしょうか。 私たちの体が余分な熱を除去する方法の1つは、皮膚から汗を蒸発させることです。 この汗の蒸発によって潜熱が奪われ、体が冷やされるのです。 しかし、相対湿度が高いと、周囲の大気がすでに比較的湿っているため、蒸発量が少なくなり、冷却効果が低下します。
暑さ指数は°Fで示され、風邪と同様に実際の気温と大きく異なることがあります（図3.13）。 例えば、実際の気温が90°F（32℃）で相対湿度が90%の場合、暑さ指数は気温が122°F（50℃）に感じられることを示します。その差は32°F（18℃）！
