こんにちは！今回は気象予報士試験 第58回 一般知識 問7を解説します！
解答&解説
解答：⑤
- 直方体に出入りする空気の量から、底面の鉛直流について考えます。問題文では空気の密度が一定とされているため、直方体の中に入る空気の量と外へ出る空気の量は等しくなる必要があります。この条件をもとに、上面・側面・底面の順に確認していきます。
上面からの空気の流入
上面は東西 10 km、南北 10 km の正方形であり、下向きに 1 m/s の鉛直流が与えられています。そのため、
上面の面積は 100 km²
下向きの流れによって
100 の空気が直方体の中に流れ込んでいる
と考えられます。
側面からの空気の出入り
次に、東西南北の側面を考えます。直方体の高さは 1 km なので、各側面の面積は 10 km² です。ここでは、東西の側面では東西風、南北の側面では南北風に注目します。
各側面での空気の出入りは次のようになります。
東面：風速 2 m/s により空気が外へ出ていく
西面：風速 1 m/s により空気が中へ入ってくる
南面：風速 2 m/s により空気が外へ出ていく
北面：風速 1 m/s により空気が中へ入ってくる
これらをまとめると、
側面から入る空気の量：20
側面から出る空気の量：40
となり、差し引き 20 の空気が側面から外へ流出していることがわかります。
底面の鉛直流
ここまでで、
上面から入る空気：100
側面から出る空気：20
であることがわかりました。空気の密度は一定なので、残りの
80 の空気が底面から外へ出ていく
必要があります。底面の面積は上面と同じ 100 km² ですので、底面における鉛直流の速さは 0.8 m/s となります。
次に、渦度の鉛直成分について考えます。渦度は、平面内の風の変化から求められ、
南北方向における東西風の差
東西方向における南北風の差
の2つに注目します。
東西風の南北方向の差
上から見た平面図を見ると、
北辺：西風 2 m/s
南辺：西風 2 m/s
となっており、南北方向で東西風の差はありません。そのため、この成分は渦度に寄与しません。
南北風の東西方向の差
一方で、
西辺では南向きに 1 m/s
東辺では北向きに 4 m/s
の風が吹いています。向きが逆であるため、南北成分の風速差は合計で 5 m/s となります。
渦度の符号
風の向きを全体として見ると、空気は時計回りに回転しています。気象学では、
反時計回り：正の渦度
時計回り：負の渦度
と定義されているため、今回の渦度は負になります。したがって、求める渦度の鉛直成分は −5×10⁻⁴ /s です。
以上より、底面の鉛直流が 0.8 m/s、渦度の鉛直成分が −5×10⁻⁴ /s となる選択肢は ⑤ です。
以上です！独自解説とAIを組み合わせ解答・解説を作成しています。訂正・ご意見あればコメントやご連絡いただけると幸いです。皆で最高の独学環境を作り上げていきましょう！
【過去問解説】第58回 一般知識 問7
