雪国
『国境の長いトンネルを抜けると雪国であった。夜の底が白くなった。』（川端康成『雪国』冒頭より引用）という有名な一節で謳われた「国境の長いトンネル」とは、上越線・清水トンネルのことです。
越後湯沢には、実際に川端康成が『雪国』を執筆した「雪国の宿 高半」が今も残されているほか、郷土の資料館である『雪国館』でも川端康成関係の展示が充実していますが、『雪国』冒頭部の描写は清水峠・谷川連峰が気候の厳しい豪雪地帯であることも物語っています。
なぜ雪国は雪国となるのでしょうか。そこにはいくつかのステップが存在します。
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「湿った雲」が雪を降らせるまで
シベリア気団と越後山脈
大陸から日本海を渡って日本へと流れてくる季節風（乾いた寒気）が、大雪のそもそもの原因となります。
ここでいう季節風とは、気圧の高い西側（大陸方面）から気圧の低い東側（日本列島方面）に向かって吹いてくるという、冬場特有の気圧配置がもたらす風のことです。
西からの乾いた寒気（季節風）はシベリア気団と呼ばれますが、気団とは、温度・湿度などで似たような性質を持つ「大気の塊」を指します。
低層を移動して日本海を渡る「冷たく重い」シベリア気団は、日本海通過時に海面から水蒸気を大量に吸い上げ「雪の基」となる湿った雲へ姿を変えると、日本上陸後には上信越地方にとっての脊梁山脈である越後山脈（谷川連峰など）へ流れることによって、高所で雪雲となるんですね。
飽和水蒸気量とは
水蒸気が雪や雨へと姿を変えるメカニズムには、温度によって空気が保持できる水分の限界値が異なる「飽和水蒸気量」が深く関係しているのですが、飽和水蒸気量とは「１m3あたり何グラムまでの水蒸気を含むことが出来るか」を示す指標です。
表現を変えると「飽和水蒸気量を超えた水蒸気は、原則として液化する（例外的に、氷点下の環境では気体→固体と昇華する場合あり）」ということでもありますが、
- 「この分量までは水蒸気でいられる」
- 「この分量を超えたら液化する」
双方は着眼を変えているだけで、結論としては同じ状態を指し示しています。
単位はg/m3、参考までに、
- 20℃の飽和水蒸気量は約17グラム/m3
- 30℃の飽和水蒸気量は約30グラム/m3
です。それぞれ、１m3あたりにつき
- 20℃であれば17グラムまで
- 30℃であれば30グラムまで
水蒸気のままでいられます（がそれ以上の量は無理です）、ということですね。
例えば8畳のワンルームの容積を36.4㎥、一般的な小学校の教室の容積を約180㎥と置くと、それぞれの30℃、20℃の飽和水蒸気量は、
| 場所＼温度 | 30℃ | 20℃ |
| 8畳ワンルーム | 1092g | 618g |
| 小学校の教室 | 5400g | 3060g |
となります。夏→冬の「飽和水蒸気量（限界値）の変化」は、
- 8畳ワンルーム：1リットル→500ミリ
- 小学校の教室：5リットル半→3リットル
と、ともに大幅な変化となっていることがわかります。
例えば８畳ワンルームであれば、冬場の水蒸気の含有量は多くても500ミリまでで限界となるところ、夏場であればほぼ倍近くまで行けてしまうということで、双方の違いは往々にして体感でも感知できるところとなります。
小学校の教室でも然りですが、夏場はひたすら蒸すことが多く、逆に冬場はカラカラに乾燥することが多いという状況が、このデータによって可視化されている形ですね。
コップの汗と高山の雪
このほか、冷たい飲み物を入れたコップを部屋に放置しておくとコップに水滴が付く現象からも、空気中の水蒸気の存在を確認することが出来ます。
室温に触れているだけであれば水蒸気のままでいられたはずの「小さな水の粒の元」は、「コップに入った冷たい飲み物の温度」に触れることによって「飽和水蒸気量超えの水蒸気」となり、その結果コップに付着する水の粒に姿を変えるのですが、本質的に同じ現象は雲の内部でも起こっています。
「より冷たい空気の中に送り込まれた雲」（＝ひとかたまりの空気、気塊）は、まずは冷たい空気の中に送り込まれることによって、「飽和水蒸気量超えの水蒸気」を生み出します。
- 室内でコップの冷気に触れてしまった水蒸気
を
- より冷たい空気の中に送り込まれた雲（水蒸気を含んだひとかたまりの空気、気塊）
に置き換えたとしても、いずれも温度の低下によって『飽和水蒸気量超えの水蒸気』を生み出すことになる、ここまでは同じなのですが、それぞれが触れた温度、すなわち「冷たいコップの外周」と「高所の外気中」では冷たさが異なることから結果も異なります。
それぞれの「冷たさ」が異なる上、元々「水」自体が0度で凍結するためですね。
例えばそれが氷点下に冷えた高山エリアなどでの話であれば、「大粒の水滴」＝雨の元はそのまま「雪の元」になります。冬季の新潟の豪雪地帯がまさにこのケースに該当しますが、日本海側から流れてくる湿った雲は、山間部でそのまま大雪の元となっていきます。
大雪の基は「フェーン」へ -高所の低温と、低所の高温-
大雪の基とフェーン
「新潟側からの続き」として群馬北部の山間部にも大雪が降る地域がありますが、当然のこととして、「大気中に含まれる水蒸気」が減少すればしただけ、潜在的な降雪量も減少します。
雪を降らせるだけ降らせた「日本海からの湿った雲」、すなわち地表付近の低層を移動し越後山脈を超えたシベリア気団は、やがてカラカラに乾いた風の流れ（いわゆる「上州の空っ風」）となって、群馬県内に吹き下ります。
この風は、低地に近づけば近づいただけ暖かい風となるという、お馴染み「フェーン」と呼ばれる風です。
冬場のフェーンは温度上昇の影響がさほどではない分、むしろ強い風が吹くことによって体感温度は下がったように感じるところ、もともと暑い夏場のフェーンでは、風が山間部を下ることによる気温上昇の影響が深刻なものとなるのですが、とはいえ。
「寒いところから吹いてくる風が次第に暖かくなる」現象は、一見するとどこか摩訶不思議な現象でもありますね。
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- 気象庁 “フェーン現象“
高所の低温と、低所の高温
この点、一般に、
- 高所へ吹く風が寒く（冷たく）なる理由：外部との熱のやり取りなしで体積が膨張することになるため
- 低所へ吹く風が暖かく（熱く）なる理由：外部との熱のやり取りなしで体積が圧縮されることになるため
と解されていますが、前者は断熱膨張、後者は断熱圧縮と呼ばれます。
「外部との熱のやり取りなし」とは「人為的に熱を加えるようなことはしない」という意味ですが、もともと空気は断熱性が極めて高い（＝外部の熱が伝わりにくい性質を持っている）ため、外部から自然に熱が加わる影響を無視することができる、すなわち「断熱」という前提を置くことが可能となります。
結論として、
- 断熱膨張時：「膨張」の過程で元々持っていたエネルギーを使うために温度が低下する
- 断熱圧縮時：「圧縮」の過程で外部のエネルギーが注入されるために温度が上昇する
と捉える形ですね。
参考までに、海抜０メートル地点（地表付近）の気圧が約1013hPaであることに対して、高度２５００メートル地点の気圧は750hPa程度、富士山の山頂付近（3776メートル）だとさらに下がって640〜630hPa程度となっていますが、気圧の高い地表付近から気圧の低い高地付近への移動によって気塊は膨張し、反対に気圧の低い高地付近から気圧の高い地表付近への移動では気塊は圧縮されます。
やや補足すると、「膨張」も「圧縮」も、外部からの働きかけ（気圧の変化）をきっかけとしている点においては等しいですが、それぞれ、「膨張」が自らのエネルギーを必要とする変化である点に対して、「圧縮」は外部のエネルギーにもたらされた変化である点が異なっています。
まとめると、
- 気圧の低い高山エリアでは気塊が膨張、膨張には自らのエネルギーを使うため温度が低下する
- 気圧の高い地表付近では気塊が圧縮されることでエネルギーを与えられ、温度が上昇する
というのが温度変化の直感理解の核に当たる部分ですが、これを補佐する理論としては、高校物理のボイル・シャルルの法則、およびエネルギー保存則があげられます。
（PV/T）＝一定（ボイル・シャルルの法則）、すなわち体積は圧力に反比例し（温度一定時、ボイルの法則）、絶対温度に比例する（圧力一定時、シャルルの法則）、かつ「エネルギーの総量は一定に保たれる」（エネルギー保存則）ということで、
- 気塊上昇時：気圧低下による体積膨張→体積膨張による気温低下（膨張により気塊のエネルギー低下）
- 気塊下降時：気圧上昇による体積圧縮→体積圧縮による気温上昇（圧縮により気塊のエネルギー上昇）
双方とも、矢印の両サイドが「ボイルシャルル」、（ ）内がエネルギー保存則を根拠としています。
実際の気象状況では「ボイル」や「シャルル」の前提（ボイル＝温度一定、シャルル＝圧力一定）が崩れているように見えてしまう、それがどうしても気になるという場合は、まずは各法則が成立していると判断できるくらい「限りなく小さい温度変化or圧力変化の範囲」にて、各個の状況を捉えてみてください。
表現を変えると、ここでは各法則の前提を崩す変化は考慮に入れない、ということですね。
「実在」を考えるにあたっては、温度、体積、圧力、全てが変数ではあるのですが、まずは簡略化のため「ボイル」も「シャルル」も成立すると判断できる範囲で考えた上で、改めて、
- 「体積と圧力」に温度変化が与える影響を加味する（「ボイル」の発展形）
- 「体積と温度」に圧力変化が与える影響を加味する（「シャルル」の発展形）
それぞれを段階的に「実在気体」の変化に近づけていくと、よりわかりやすくなると思います。
「ボイルの発展形」「シャルルの発展形」の結論としての形が「ボイル・シャルルの法則」で、
- （PV/T）＝一定、ないしはPV=nRT（R＝気体定数、n=(w/M)）
と数式化されます。
n=(w/M)では、wは気体分子の質量、Mは分子量、nは物質量を表しますが、直感的には「n=日常用語としての『重さ』のようなもの」くらいの理解でもOKです。
ここに「分子間力（ファンデルワールス力）」を発見したことでもお馴染み、ノーベル物理学賞を受賞したファン・デル・ワールス博士が考案した「ファンデルワールスの状態方程式」を噛み合わせることで、「ボイル・シャルル」をベースとした気温のあり方が説明されます。
例えば「高所の低温」や「低所の高温」は、この式によって理論的に説明されうると言うことなのですが、とはいえ。
この先では、より厳密な理論構成（分子自体の大きさや、分子間に働く引力の把握など）のほか、それらが高度とともにどう変化するかというプロセス（動き）を記述する「微分方程式」などが必要となるのですが（乾燥断熱減率を導く、温度と高度を変数とする微分方程式をベースとして、さらに諸条件を加味します）、ここではその部分は省略します。
ところにより筆者のキャパを超えてしまうためなのですが、もしどうしてもこの先が気になる方は、大学の物理学科や機械工学科の学生などが勉強する「熱力学」の教科書等を参照してみてください。
気象予報士の試験問題でもこの分野（気圧変化と温度変化の関係）はしばしば触れられるようですが、かといって、理論の細かい部分は省略されているようです。
難所の所以と点線国道区間
高所の気候
高山では、その厳しい自然環境が植物の生成に適さないことから「森林限界」と呼ばれるラインを形成することがありますが、谷川岳の場合は高度1500メートルのラインが森林限界にあたるといわれています。
参考までに、富士山の森林限界は五合目付近、高度2400～2500メートルです。
標高が高い地区は、地表に比べて気温が低いことから雨や雪が降りやすく、さらには風も強い、総じて天気が変わりやすいという特徴を持っていますが、中でも強風、雨、雪、雷の与える影響は深刻なものとなり、雪崩、崖崩れ、土砂崩れ等の発生をもたらします。
その結果斜面は急峻となり、崖や滝や川が出来、人の意思とは無関係に自然の手が加わり続けていくこととなりがちなので、必然的に人間の生存活動には適さない領域が増えていきます。
結論として、無理に人の手を加えたところで、維持・管理自体が難しいものとなって来るんですね。
点線国道・点線県道
谷川岳といえば、遭難者数世界一という不名誉な記録を持つ「魔の山」とも呼ばれる山岳地帯ですが、その谷川岳を含む谷川連峰上に位置する清水峠は、国道291号線上の「点線区間」＝徒歩で通行する区間に含まれています。
国道や県道上の点線区間は、それぞれ「点線国道」「点線県道」と呼ばれ、車両通行不能区間＝徒歩通行区間を意味しますが、点線区間が要求する徒歩通行は、単なる街中のお散歩通行的なものではなく、しばしば通行人にそれなりの準備と経験を要求するタイプの登山が含まれます。
往々にして人の手が入らなくなって久しい状態にあり、用いられる「酷道」（国道を揶揄）や「険道」（県道を揶揄）という表現が言い得て妙だという雰囲気を醸すこともままあるのですが、国道291号線の場合、国道17号線が開通したことによって太平洋側と日本海側を結ぶルートの確保が出来たことから、現在に至るまでかれこれ100年以上延伸計画がとん挫し、放置されたままになっています。
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