【第64回】2025年８月試験（学科一般試験）問４（氷粒⼦や雪⽚）

本問は、氷粒子や雪片に関する問題です。

氷粒子がどのように成長して雪片になるのか、また雪片が地上付近で雨滴になるかどうかは、気温・水蒸気・湿度が複雑に絡み合っています。

一見すると「低温の方が氷ができやすいから付着もしやすそう」「乾燥していた方が融けやすそう」と直感的に答えたくなりますが、実際はその直感と逆向きになることが多く、本問はそこを突いてきます。

それでは、選択肢を１つずつ見ていきましょう。

本問の解説：(a) について

（問題）気温が０℃以下で雪結晶どうしが衝突・付着して雪⽚ができるとき、気温が低いほど雪結晶は付着しやすく、⼤きな雪⽚ができやすい。

→ 答えは 誤 です。

凝集（ぎょうしゅう）過程 とは、落下速度の異なる雪結晶どうしが空中で衝突し、互いに付着して雪片として成長していく過程のことです。

雪結晶の形（板状・針状・樹枝状など）や大きさによって落下速度が違うため、追いついたり追い越されたりする中で衝突が起こります。

本問で問われているのは、気温が低いほど付着しやすいのか、それとも気温が高いほど付着しやすいのか という点です。

結論からいうと、気温が高い ( ０℃に近い ) ほど雪結晶は付着しやすく、大きな雪片ができやすいというのが正解で、問題文とは逆です。

その理由は、雪結晶の表面状態にあります。

• 気温が低いとき（例：-20℃以下）：雪結晶の表面は乾燥して硬いため、衝突しても跳ね返ってしまい付着しにくい
• 気温が高いとき（０℃に近い）：雪結晶の表面にごく薄い水の膜ができるため、衝突したときに付着しやすい

したがって、問題文の「気温が低いほど雪結晶は付着しやすく」の部分は「気温が高いほど雪結晶は付着しやすく」が正しいので、答えは 誤 となります。

本問の解説：(b) について

（問題）氷粒⼦と過冷却⽔滴が共存する雲の中では、氷⾯に対する飽和⽔蒸気圧が⽔⾯に対する飽和⽔蒸気圧よりも低いことにより、昇華による氷粒⼦の成⻑が卓越する環境となっている。

→ 答えは 正 です。

この選択肢は、冷たい雨の降水過程の基本となる考え方が問われています。

まずは飽和水蒸気圧を確認しましょう

飽和水蒸気圧 とは、ある温度で空気塊が水蒸気を含むことができる最大の圧力のことです。

簡単にいうと、空気塊が水蒸気でギリギリいっぱいになったときの、水蒸気が押す力のことです。

ここで大事なのは、同じ温度でも、基準となる面が「水面」か「氷面」かで飽和水蒸気圧の値が変わるという点です。

下表は、０℃から-40℃までの各温度における、水（過冷却水）と氷それぞれに対する飽和水蒸気圧の値をまとめたものです。

温度 (℃)	水の飽和水蒸気圧 (hPa)	氷の飽和水蒸気圧 (hPa)
0	6.105	4.85
-10	2.60	2.14
-20	1.04	0.892
-30	0.381	0.340
-40	0.131	0.122

上表を見ると、０℃未満のどの温度でも、氷に対する飽和水蒸気圧の方が、水に対する飽和水蒸気圧よりも小さいことが分かります。

例えば -10℃ では、水に対しては 2.60 hPa、氷に対しては 2.14 hPa です。

なぜ氷面の方が飽和水蒸気圧が低いのでしょうか？

飽和状態では、水面や氷面から空気中へ飛び出す水分子の数と、空気中から水面や氷面に戻ってくる水分子の数が釣り合っています。

氷は水よりも水分子どうしの結合が強いため、熱運動によって氷面から空気中に飛び出していく水分子の数は、水面から飛び出していく数よりも少なくなります。

したがって、氷面で平衡を保つために必要な「空気中から氷面に戻ってくる水分子の数」も、水面の場合より少なくて済むのです。

空気中から水面や氷面に戻ってくる水分子の数は、周囲の水蒸気圧が高いほど多くなります。

裏を返せば、氷面は周囲の水蒸気圧が低くても平衡を保てるということになり、その結果、氷面の飽和水蒸気圧は水面の飽和水蒸気圧よりも低くなるのです。

雲の中で何が起きるか

では、氷粒子と過冷却水滴が共存している雲の中を考えましょう。

仮に、雲内の水蒸気圧が水に対する飽和水蒸気圧と氷に対する飽和水蒸気圧の中間にあったとすると、

• 過冷却水滴：周囲の水蒸気圧が水に対する飽和水蒸気圧よりも低い → 未飽和 → 水滴は蒸発
• 氷粒子：周囲の水蒸気圧が氷に対する飽和水蒸気圧よりも高い → 過飽和 → 氷粒子は昇華で成長

つまり、過冷却水滴が蒸発して放出した水蒸気を、氷粒子が吸い取るように 昇華 で取り込んで成長していく という状況が生まれます。

これが問題文にある「昇華による氷粒⼦の成⻑が卓越する環境」の中身です。

したがって、氷粒⼦と過冷却⽔滴が共存する雲の中では、氷⾯に対する飽和⽔蒸気圧が⽔⾯に対する飽和⽔蒸気圧よりも低いことにより、昇華による氷粒⼦の成⻑が卓越する環境となっていますので、答えは 正 となります。

本問の解説：(c) について

（問題）落下する雪⽚は、周囲の気温が０℃以上の場合、湿度が低いほど融解して⾬滴になりやすい。

→ 答えは 誤 です。

この選択肢は、感覚的には「湿度が低い＝乾燥している＝融けやすそう」と答えたくなりますが、惑わされないようにしましょう。

周囲の気温が０℃以上の空気の中を雪片が落下するとき、雪片では ２種類の熱のやり取り が同時に起こります。

① 顕熱による加熱（融解を促進）

周囲の気温が０℃以上ということは、周囲の空気の方が雪片より温度が高いので、周囲の空気から雪片へ熱が伝わります。

この熱（顕熱）は雪片を温め、融解を進める方向に働きます。

② 昇華蒸発による冷却（融解を抑制）

雪片の表面からは、水分子が水蒸気として空気中へ飛び出していきます（昇華）。

このとき、固体から気体への相変化に必要なエネルギー（潜熱）が雪片から奪われるため、雪片は冷やされます。

この冷却は、融解を抑制する方向に働きます。

湿度の役割

ここで湿度が効いてきます。

• 湿度が高い場合：周囲にすでに水蒸気が多いので、昇華はあまり起きない → 潜熱はあまり奪われない → 顕熱で温まって融解が進む
• 湿度が低い場合：周囲が乾いているので、昇華が活発に起きる → 潜熱がどんどん奪われる → 顕熱で温まる分を上回って冷却され、融解しにくい

つまり、湿度が低いほど雪片は融解しにくく、雨滴にはなりにくい ということになります。

したがって、問題文の「湿度が低いほど融解して雨滴になりやすい」は「湿度が低いほど融解しにくく雨滴になりにくい」が正しいので、答えは 誤 となります。

以上より、本問の解答は、(a) 誤 (b) 正 (c) 誤 とする ４ となります。