コップの水をこぼせば、床へ落ちます。雨も、空から落ちてきます。
それなのに、同じ水でできている雲は、何事もないように空に浮かんでいます。あの水は、どうして落ちてこないのでしょうか。
実は、雲の小さな水滴も、空気の中ではゆっくり落ちています。たとえば、小さな雲粒が落ちる速さは毎秒1センチメートルほど。上向きの空気の流れがそれを上回ると、地面から見た水滴は上へ運ばれます。
ポイントは、「小さくて落ちるのが遅いこと」と「空気も動いていること」の二つです。
前の記事では、雲が白く、雨雲の底が黒く見える理由を光から考えました。今回は雲の中の粒に目を向けて、浮かんで見える理由と、雨になるまでの流れを見ていきましょう。
雲は、水でいっぱいの袋ではない
遠くから見ると、雲は綿あめのようなかたまりに見えます。でも、中身が水でぎっしり詰まっているわけではありません。
雲として見えているのは、空気中に散らばった小さな水滴や氷の粒です。気体の水である「水蒸気」そのものは、目には見えません。
このうち、液体の小さな水滴を「雲粒（くもつぶ）」と呼びます。まずは雲全体ではなく、この一粒がどう動くかに注目してみましょう。
小さい粒ほど、空気のブレーキがよく効く
重さは1000分の1、空気のブレーキは約10分の1
部屋に差し込む光の中で、細かなほこりがゆっくり漂っていることがあります。小さな粒は空気の抵抗で落ちるのが遅く、わずかな空気の流れにも運ばれます。雲粒も、この二つの影響を受けています。
雲粒にも重さがあり、重力で下へ引っ張られます。一方、空気の中を落ちると、その動きを妨げる「空気抵抗」を受けます。いわば、落下にかかるブレーキです。
では、なぜ小さな水滴ほど遅くなるのでしょうか。
同じ水でできた球を、直径だけ10分の1に縮めると考えてみてください。縦・横・高さがそれぞれ10分の1になるので、体積は1000分の1。重さも1000分の1です。
雲粒のようなごく小さな球がゆっくり動く範囲では、同じ空気の中・同じ速さで比べると、空気抵抗はほぼ直径に比例します。直径が10分の1なら、抵抗は約10分の1です。
重さは1000分の1なのに、ブレーキは約10分の1。小さな粒ほど「自分の重さに比べて、ブレーキがよく効く」状態になります。
落ち始めた粒は、スピードが上がるほど強い空気抵抗を受け、やがて重力と空気抵抗がほぼつり合う速さに落ち着きます。小さな雲粒は、ごく遅い速さでこのつり合いに達します。
雲粒が1メートル落ちるには、約1分40秒
代表的な大きさと、静かな空気の中で落ちる速さの目安を並べてみましょう。
| 比べるもの | 直径の目安 | 落ちる速さの目安 |
|---|---|---|
| 雲をつくる水滴 | 約0.02ミリメートル | 毎秒約1センチメートル |
| 雨粒 | 約2ミリメートル | 毎秒約6〜7メートル |
毎秒1センチメートルなら、1メートル進むだけで100秒。約1分40秒もかかります。
さらに、風も蒸発もなく、同じ大きさ・速さのまま1キロメートル落ちると仮定すると、雲粒は約28時間、雨粒は約2分半。同じ距離でも、これだけの差がつきます。
空気が上へ動けば、落ちる粒も持ち上がる
空気はじっとしているわけではありません。地面に暖められた空気が上昇するなどして、上向きの流れが生まれます。これが「上昇気流」です。
川の流れに逆らって泳ぐ魚を想像してみてください。水に対して上流へ泳いでいても、流れのほうが速ければ、岸から見ると下流へ運ばれます。
雲では、これが上下方向に起きています。
雲粒も、周りの空気に対しては下へ落ちています。それでも、空気そのものがそれより速く上がっていれば、地面から見ると上へ運ばれます。
落ちる速さと空気が上がる速さが同じなら、地面から見た粒の高さは変わりません。「落ちている」と「浮かんで見える」は、両立するのです。
では、下向きの空気に乗った雲はどうなる？
上昇気流が粒を持ち上げるなら、下降気流に乗った粒は、そのまま地面まで降りてきそうですよね。
ここで効いてくるのが、蒸発です。下降する空気は圧縮されて温まり、雲の水滴が蒸発しやすくなります。周りの乾いた空気が混ざることでも、水滴は消えていきます。
つまり、粒が下へ運ばれても、水滴のまま地面に届くとは限りません。
雲の中や縁では、新しい水滴ができる一方で、蒸発して見えなくなる水滴もあります。雲は移動するだけでなく、中の粒が生まれたり消えたりしながら形を変えています。
穏やかな日に、安全な場所から小さな雲の端を見てみてください。ふくらんでくる部分や、すうっと薄くなる部分が見つかることがあります。ただ流されているだけ、と思っていた雲が、少し忙しく見えてきます。
観察するときの注意
太陽を直接見ないでください。黒い雲が近づく、雷が聞こえる、急に冷たい風が吹くときは観察を切り上げて、頑丈な建物の中へ移動しましょう。
雨粒1個には、雲粒100万個分の水が入る？
表に出てきた直径0.02ミリメートルの雲粒と、2ミリメートルの雨粒。直径の差は100倍です。
「それなら、雲粒を100個集めれば雨粒になるの？」と思うかもしれません。
でも、水の量は長さではなく体積で決まります。球の直径が2倍なら、体積は2×2×2で8倍。100倍なら、100×100×100で100万倍です。
つまり、この二つの大きさを球として比べると、雨粒1個の水の量は、雲粒約100万個分に相当します。
実際には水蒸気を取り込んで育つ分もあるため、100万個は「集める個数」ではなく「水の量」の比較です。
ポツンと落ちてくる一滴も、雲粒から見れば、とんでもない大きさです。
雲の粒が雨になる、二つの育ち方
1. 水滴どうしがぶつかって合体する「暖かい雨」
雲の中の水滴は、周りの水蒸気を取り込んで少しずつ大きくなります。さらに成長を進めるのが、水滴どうしの衝突・合体です。
大きい水滴は速く、小さい水滴はゆっくり落ちます。そのため、大きい粒が小さい粒に追いつき、ぶつかって一つになることがあります。
合体して大きくなると、さらに速く落ち、別の粒と出会いやすくなる。雪だるま式に育っていくイメージです。雲の中の複雑な空気の動きも、水滴の出会い方に関わります。
こうして落ちる速さが増し、上昇気流の速さを上回ると、粒は雲の下へ落ちていきます。氷を経由せず、水滴のまま育って降る雨を「暖かい雨」と呼びます。
2. 氷の粒として育ち、途中でとける「冷たい雨」
もう一つは、冷たい雲の中で氷の粒が育つ道筋です。
0℃以下の雲にも、凍らずに残った水滴があります。氷の粒は、周りの水蒸気を取り込んだり、水滴やほかの氷の粒とくっついたりして成長します。
育った粒が落ち、途中の暖かい空気の層でとければ、液体の雨になります。とけずに届けば、雪やあられなどとして降ります。このように氷を経由してできる雨を「冷たい雨」と呼びます。「暖かい雨」と「冷たい雨」という名前は、肌で感じる温度ではなく、雨のでき方の違いを表しています。
日本の降水の多くには、この氷を経由する過程が関わると考えられています。真夏の夕立も、少し前までは上空で雪や氷だったことがあります。
雲があるのに、雨が降らないのはなぜ？
粒が十分に育っていない
空一面に雲があるのに、傘がいらない日もあります。
雲ができても、水滴が小さいままなら落下はゆっくりです。雨粒への成長には、水分の量、粒が雲の中にいる時間、水滴どうしの出会いやすさなどが関わります。雲が広がっただけで、すぐ雨になるわけではありません。
落ちていても、地面に届く前に消える
雲から落ちた水滴が、乾いた空気の中で蒸発し、水蒸気に戻ってしまうこともあります。
雲の下からすだれのように筋が伸びているのに、地面に着く前に途切れていることがあります。このように、地面へ届く前に消えてしまう雨や雪などの筋を「尾流雲（びりゅううん）」と呼びます。英語では「virga」です。
地上では雨が降っていなくても、少し上では降っている。空を見上げるときの、ちょっと面白い見どころです。
水滴が蒸発するのは、洗濯物が乾くのと同じ仕組みです。水は100℃にならなくても蒸発します。詳しくは、洗濯物が乾く理由と、蒸発・沸騰の違いで紹介しています。
雨粒の形は、しずくマークより「おまんじゅう」に近い
天気予報のマークでおなじみの、上がとがったしずく形。実際に空を落ちている雨粒は、あの形ではありません。
小さな雨粒は、ほぼ丸い形です。大きくなるにつれて、空気抵抗で底が平たくなり、おまんじゅうのような形になります。さらに大きくなると、形が崩れて分裂することもあります。
窓や蛇口にくっついている水滴と、空中を落ちる雨粒では、周りから受ける力が違います。
水が丸くまとまろうとする力は「表面張力」です。その仕組みは、水滴の形と表面張力の話で紹介しています。
まとめ：雲と雨の違いは、粒の大きさと空気の動き
- 小さな雲粒も重力で落ちるが、空気のブレーキがよく効き、落下はゆっくり。
- 上昇気流が落ちる速さを上回ると、粒は上へ運ばれる。
- 雨粒は、衝突・合体や氷の成長を通じて大きく育つ。
- 雲から粒が落ちても、途中で蒸発して地面に届かないことがある。
雲を「空に浮かぶ水のかたまり」と考えると、不思議に見えます。でも、一粒ずつに近づくと、ゆっくり落ちる水滴と、それを運ぶ空気の姿が見えてきました。
次に雲を見上げたら、その中にある小さな水滴と、そこから育つ雨粒を想像してみてください。直径2ミリメートルの一粒に、0.02ミリメートルの雲粒100万個分もの水が入る。そう思うと、いつもの雨も少し違って見えます。
参考資料
気象研究所・荒木健太郎「雲の微物理過程の研究」。雲粒の落下速度、上昇流、水滴・氷粒子の成長。
https://www.mri-jma.go.jp/Dep/typ/araki/cloud_microphysics.html
ハワイ大学公開教材「Chapter 7: Precipitation Processes」。雲粒と雨粒の代表的な直径、落下と空気抵抗。
https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/atmo/chapter/chapter-7-precipitation-processes/
USGS「Precipitation and the Water Cycle」（2019年9月8日）。降水の成長過程と、落下する雨粒の形。
https://www.usgs.gov/water-science-school/science/precipitation-and-water-cycle
NASA GPM「Frequently Asked Questions」。水滴の合体と氷を経由する降水、雲の構成。
https://gpm.nasa.gov/education/faq
NSF NCAR／UCAR「Raindrops grow with turbulence in clouds」（2024年7月25日）。水滴の衝突・合体と雲内の空気の動き。
https://news.ucar.edu/132969/raindrops-grow-turbulence-clouds
NOAA「How Clouds Form」。凝結・蒸発による雲の発生、消散、形の変化。
https://www.noaa.gov/jetstream/clouds/how-clouds-form
気象庁「積乱雲が近づくサインを見逃さない」「積乱雲が近づいてきたら･･･」。観察を中止する兆候と安全な場所への避難。
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/tenki_chuui/tenki_chuui_p8.html
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/tenki_chuui/tenki_chuui_p9.html
東京航空地方気象台「尾流雲について」（2012年2月29日）。尾流雲の日本語での定義と、地上到達前に消散する降水。
https://www.data.jma.go.jp/haneda-airport/weather_topics/file/rjtt_wt20120229.pdf
NASA・Gatlin／Petersen「A Rain Taxonomy for Degraded Visual Environment Mitigation」（2018年3月）、1.2 Raindrop Fall Speed。直径約2ミリメートルの雨粒の落下速度。本文の時間比較は、一定速度を仮定した距離÷速度の計算。
https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20180002207/downloads/20180002207.pdf
米国国立気象局掲載・Jeff Haby「How Do Clouds Dissipate?」。下降する空気の昇温、乾いた空気の混合と雲の消散。
https://www.weather.gov/source/zhu/ZHU_Training_Page/clouds/clouds_dissipation/cloud_dissipation.htm
OpenStax「College Physics 2e」5.2 Drag Forces。小さな粒が低速で動くときのストークス抵抗と、粒の半径・速度との比例関係。
https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/5-2-drag-forces
名古屋大学「気象50のなぜ＋10」16. 暖かい雨・冷たい雨って何？ 氷を経由するかどうかによる雨のでき方の区別。
https://www.isee.nagoya-u.ac.jp/50naze/meteorology/16.html
資料確認：2026年11月15日
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