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。
| ① | TA ＞ TB ＞ TC |
| ② | TA ＞ TC ＞ TB |
| ③ | TB ＞ TC ＞ TA |
| ④ | TB ＞ TA ＞ TC |
| ⑤ | TC ＞ TB ＞ TA |
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。