【第55回 気象予報士試験 一般知識】問8 大気による顕熱輸送・潜熱輸送をわかりやすく解説

こんにちは！今回は第55回 気象予報士試験 一般知識 問8を解説します！

この問題は、年平均した大気による熱の北向き輸送量から、顕熱輸送・潜熱輸送・ハドレー循環・傾圧不安定波を読み取る問題です。

受験生がつまずきやすいのは、熱輸送量が極に近づくほど小さくなる＝冷却と考えてしまうところです。

しかし大事なのは、輸送量そのものではなく、その場所に熱が入ってくる量と出ていく量の差です。

この問題で重要なポイント

  • 熱輸送量が極向きで、極に近づくほど小さくなる場合、その緯度帯では熱が収束している。
  • 熱が収束している場所では、大気は加熱される。
  • 低緯度側の顕熱輸送は、主にハドレー循環が担う。
  • 中緯度側の顕熱輸送は、主に傾圧不安定波が担う。
  • 傾圧不安定波は、温帯低気圧による熱輸送と考えるとよい。
  • 潜熱輸送では、水蒸気が発散する場所と収束する場所を読み取る。
  • 水蒸気が収束する場所では、降水や凝結に関係しやすい。

■ 問題文

図は，年平均した大気による熱の北向き輸送量の緯度分布を示したものである。

この図について述べた次の文章の空欄(a)〜(e)に入る語句や記号の組み合わせとして正しいものを，下記の①〜⑤の中から1つ選べ。

大気による顕熱輸送はほぼ極向きであり，高緯度ではその輸送量は極に近づくほど小さくなっている。つまり高緯度の大気を (a) していることがわかる。

図のB，Cの緯度付近を極大・極小とする大気による顕熱輸送は，主に (b) によって担われ，A，Dの緯度付近を極大・極小とする大気による顕熱輸送は，主に (c) によって担われている。

一方，大気による潜熱輸送をみると，図の (d) 付近では蒸発した水蒸気が南北両方向へ輸送され，図の (e) 付近では水蒸気が収束している。

図
選択肢 (a) (b) (c) (d) (e)
①加熱ハドレー循環傾圧不安定波PとRQ
②加熱ハドレー循環傾圧不安定波QPとR
③加熱ウォーカー循環ハドレー循環PとRQ
④冷却ハドレー循環傾圧不安定波PとRQ
⑤冷却傾圧不安定波ウォーカー循環QPとR

■ 解答

①

(a) 加熱
(b) ハドレー循環
(c) 傾圧不安定波
(d) PとR
(e) Q

■ 解き方の方針

この問題は、グラフを細かく読む前に、次の3つを分けて考えます。

顕熱輸送
↓
空気の温度そのものによる熱輸送

潜熱輸送
↓
水蒸気として運ばれる熱輸送

輸送量の増減
↓
熱の発散・収束を見る

特に(a)は、単に「輸送量が減っている」と読むのではなく、その緯度帯に熱がたまっているかを考えるのがポイントです。

■ (a) 高緯度の大気は加熱か冷却か

(a)には加熱が入ります。

高緯度では、大気による顕熱輸送は極向きですが、極に近づくほど輸送量は小さくなっています。

ここで大切なのは、輸送量が小さくなることを「熱が少ない」とだけ見ないことです。

ここが受験生のつまずきポイントです

低緯度側から入る熱
＞
高緯度側へ出ていく熱

差し引き
↓
熱がたまる

熱の収束
↓
加熱

つまり、極へ向かう途中で輸送量が小さくなるということは、その緯度帯で熱が収束しているということです。

したがって、高緯度の大気は加熱されています。

■ (b) B，C付近の顕熱輸送は何が担うか

(b)にはハドレー循環が入ります。

B，Cは低緯度側の顕熱輸送の極大・極小に対応しています。

低緯度の大気大循環で代表的なのがハドレー循環です。

ハドレー循環では、赤道付近で上昇し、上層で高緯度側へ向かい、亜熱帯で下降する循環が形成されます。

低緯度の顕熱輸送

低緯度
↓
大規模な南北循環
↓
ハドレー循環

したがって、B，C付近の顕熱輸送は主にハドレー循環によって担われます。

■ (c) A，D付近の顕熱輸送は何が担うか

(c)には傾圧不安定波が入ります。

A，Dは中緯度側の顕熱輸送の極大・極小に対応しています。

中緯度では、南北の温度差が大きく、偏西風帯で温帯低気圧が発達します。

この温帯低気圧のような波動が、傾圧不安定波です。

中緯度の顕熱輸送

中緯度
↓
南北温度差が大きい

温帯低気圧が発達
↓
暖気を北へ
寒気を南へ

傾圧不安定波
↓
顕熱輸送を担う

したがって、A，D付近の顕熱輸送は主に傾圧不安定波によって担われます。

■ (d) 蒸発した水蒸気が南北両方向へ輸送される場所

(d)にはPとRが入ります。

潜熱輸送は、水蒸気として熱が運ばれる輸送です。

水蒸気が蒸発して、その場所から南北両方向へ運ばれるということは、その地点が水蒸気輸送の出発点、つまり発散域になっているということです。

図では、潜熱輸送の向きがその地点を境に南北へ分かれている場所がPとRです。

潜熱輸送の発散

蒸発が多い場所
↓
水蒸気が増える

そこから南北へ輸送
↓
水蒸気の発散

図ではPとR

したがって、(d)はPとRです。

■ (e) 水蒸気が収束している場所

(e)にはQが入ります。

水蒸気が収束している場所では、南北から水蒸気が集まってきます。

図では、潜熱輸送が集まる場所がQです。

潜熱輸送で迷ったら

水蒸気が出ていく場所
↓
発散
↓
PとR

水蒸気が集まる場所
↓
収束
↓
Q

したがって、(e)はQです。

■ 選択肢確認表

空欄 答え 理由
(a) 加熱 高緯度では極向きの顕熱輸送量が極側ほど小さくなり、熱が収束しているため。
(b) ハドレー循環 B，C付近の低緯度側の顕熱輸送は、主にハドレー循環が担う。
(c) 傾圧不安定波 A，D付近の中緯度側の顕熱輸送は、主に温帯低気圧に対応する傾圧不安定波が担う。
(d) PとR 蒸発した水蒸気が南北両方向へ輸送される発散域にあたる。
(e) Q 水蒸気が南北から集まる収束域にあたる。

以上より、正しい組み合わせは①です。

■ 受験生がつまずくポイント

1. 輸送量が減る＝冷却と考えてしまう

輸送量が極に近づくほど小さくなるということは、低緯度側から入る熱の方が、極側へ出ていく熱より多いということです。つまり熱収束であり、加熱です。

2. ハドレー循環と傾圧不安定波の担当緯度を逆にする

低緯度はハドレー循環、中緯度は温帯低気圧に対応する傾圧不安定波と整理しましょう。

3. 傾圧不安定波を難しく考えすぎる

試験では、傾圧不安定波は中緯度の温帯低気圧による熱輸送と考えると理解しやすいです。

4. 潜熱輸送をハドレー循環だけで考えてしまう

潜熱輸送は、水蒸気がどこで蒸発し、どこへ運ばれ、どこで収束するかを図から読む必要があります。循環名だけで決めないようにしましょう。

■ まとめ

  • 高緯度で顕熱輸送量が極側ほど小さくなるのは、熱が収束しているため。
  • 熱収束は大気を加熱する。
  • 低緯度側の顕熱輸送は、主にハドレー循環が担う。
  • 中緯度側の顕熱輸送は、主に傾圧不安定波が担う。
  • 潜熱輸送では、PとR付近で水蒸気が南北両方向へ輸送される。
  • Q付近では水蒸気が収束している。
  • (a)加熱、(b)ハドレー循環、(c)傾圧不安定波、(d)PとR、(e)Q。

正解は①

この問題で必ず押さえたいこと

極向き熱輸送が
極側ほど小さくなる
↓
入る熱 ＞ 出る熱
↓
熱収束
↓
加熱

低緯度の顕熱輸送
↓
ハドレー循環

中緯度の顕熱輸送
↓
傾圧不安定波
↓
温帯低気圧による熱輸送

潜熱輸送
↓
PとR：水蒸気の発散
Q：水蒸気の収束

※ 本記事では、一般財団法人 気象業務支援センターより利用許諾を受けて、気象予報士試験問題を掲載しています。
問題文の著作権は一般財団法人 気象業務支援センターに帰属します。

以上、第55回 一般知識 問8の解説でした！

訂正・ご意見などありましたら、ぜひコメントで教えてください！
皆で最高の独学環境を作っていきましょう！