【第52回】学科一般・問題3(2019年8月試験)

 図A~Cのように,山の西側の麓で温度15℃の空気塊A~Cが,山を越えて東側の麓まで断熱的に移動する場合を考える。それぞれの空気塊は,西側斜面を上昇する間に図に示された高度で飽和に達する。その高度から山頂まで雲が発生し,凝結した水分は落ちるものとする。また,空気塊は,山頂から東側斜面を下降し始めると,すぐに未飽和となり雲は消散するものとする。
 このとき,空気塊A~Cの東側の麓における温度TA,TB,TCの大小関係として正しいものを,下記の①~⑤の中から一つ選べ。ただし,湿潤断熱減率は一定とする。

TA > TB > TC
TA > TC > TB
TB > TC > TA
TB > TA > TC
TC > TB > TA
答え
③ TB > TC > TA
解説
フェーン現象に関する問題です。フェーン現象は「風が山を越えるときに、吹き降りる側で高温の風となって気温が上がる現象」です。

下図はフェーン現象の例です。

※乾燥断熱減率(10℃/1000m)と湿潤断熱減率(5℃/1000m)の数字は分かりやすくするためにキリのよい数字にしています。

湿潤断熱減率のほうが乾燥断熱減率より小さい理由は、湿潤断熱変化には潜熱の放出が伴うからです。熱が発生するので、温度の下がり方が鈍くなります。

今回の問題で、それぞれの空気塊の温度変化を考えていきます。

<空気塊A>
①0mで15℃ → 1500mで雲になり始める(=凝結が始まる)
②1500m → 2000mまで上がる
③2000m → 0mまで下がる

①では15℃の空気が乾燥断熱変化で0m→1500mまで持ち上がるので、
 15℃ ー (1500m×(10℃/1000m)) = 0℃
②では0℃の空気が湿潤断熱変化で1500m→2000mまで持ち上がるので、
 0℃ ー (500m×(5℃/1000m)) = -2.5℃
②では-2.5℃の空気が乾燥断熱変化で2000m→0mまで降りてくるので、
 -2.5℃ + (2000m×(10℃/1000m)) = 17.5℃

<空気塊B>
①0mで15℃ → 1000mで雲になり始める(=凝結が始まる)
②1000m → 2000mまで上がる
③2000m → 0mまで下がる

①では15℃の空気が乾燥断熱変化で0m→1000mまで持ち上がるので、
 15℃ ー (1000m×(10℃/1000m)) = 5℃
②では5℃の空気が湿潤断熱変化で1000m→2000mまで持ち上がるので、
 5℃ ー (1000m×(5℃/1000m)) = 0℃
②では0℃の空気が乾燥断熱変化で2000m→0mまで降りてくるので、
 0℃ + (2000m×(10℃/1000m)) = 20℃

<空気塊C>
①0mで15℃ → 1000mで雲になり始める(=凝結が始まる)
②1000m → 1750mまで上がる
③1750m → 0mまで下がる

①では15℃の空気が乾燥断熱変化で0m→1000mまで持ち上がるので、
 15℃ ー (1000m×(10℃/1000m)) = 5℃
②では5℃の空気が湿潤断熱変化で1000m→1750mまで持ち上がるので、
 5℃ ー (750m×(5℃/1000m)) = 1.25℃
②では1.25℃の空気が乾燥断熱変化で1750m→0mまで降りてくるので、
 1.25℃ + (1750m×(10℃/1000m)) = 18.75℃

よって正解は「TB > TC > TA」です。

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