【第55回 気象予報士試験 一般知識】問9 晴れた日中の大気境界層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9を解説します！

この問題は、晴れた日中の陸上で発達する大気境界層の特徴を問う問題です。

受験生がつまずきやすいのは、水蒸気が地表から供給される＝相対湿度が下ほど高いと単純に考えてしまうところです。

この問題で重要なポイント

  • 晴れた日中は、地表面加熱により大気境界層が発達する。
  • 接地境界層を除く混合層では、大気が上下によく混合される。
  • 混合層内では、風速や温位、水蒸気量が比較的一様になりやすい。
  • 相対湿度は水蒸気量だけでなく、気温にも左右される。
  • 接地境界層内では、温位が高度とともに減少する絶対不安定な状態が生じることがある。
  • 日の出後、日射加熱により大気境界層の上端高度は上昇していく。

■ 問題文

一般風の弱い晴れた日中における，平坦で地表面状態が一様な陸上の大気境界層の一般的な特徴について述べた次の文(a)〜(d)の正誤の組合せとして正しいものを，下記の①〜⑤の中から1つ選べ。

(a) 接地境界層を除く大気境界層内では，大気が上下によく混合されているので，風速は鉛直方向にほぼ一様になる。

(b) 水蒸気は地表面から大気に供給されるので，相対湿度は接地境界層の上端から大気境界層の上端まで高度とともに次第に減少する。

(c) 接地境界層内では，温位が高度とともに減少する絶対不安定な状態が持続することがある。

(d) 大気境界層内の気温は日の出から午後にかけて上昇するが，大気境界層の上端の高度は，この間ほとんど変化しない。

選択肢 (a) (b) (c) (d)
①正正正誤
②正正誤正
③正誤正誤
④誤正誤誤
⑤誤誤誤正

■ 解答

③

(a) 正
(b) 誤
(c) 正
(d) 誤

■ 解き方の方針

晴れた日中の大気境界層は、次の流れで考えるとわかりやすいです。

日射で地表面が加熱
↓
地表付近の空気が暖められる

暖められた空気が上昇
↓
上下によく混合

混合層が発達
↓
境界層の上端高度も高くなる

この問題では、混合される層と地表すぐ近くの接地境界層を分けて考えるのがポイントです。

■ (a) 混合層内では風速が鉛直方向にほぼ一様か

(a)は正しいです。

晴れた日中は、地表面が日射で暖められ、対流が活発になります。

そのため、接地境界層を除く大気境界層内では、上下の混合がよく起こります。

このような混合層では、風速や温位などが鉛直方向に比較的一様になりやすいです。

混合層のイメージ

日中の加熱
↓
対流が活発
↓
上下によく混ざる
↓
風速がほぼ一様

したがって、(a)は正しいです。

■ (b) 相対湿度は高度とともに減少するか

(b)は誤りです。

たしかに、水蒸気は主に地表面から大気へ供給されます。

しかし、だからといって相対湿度が高度とともに単純に減少するとはいえません。

相対湿度は、水蒸気量だけでなく、気温によって決まる飽和水蒸気量にも左右されます。

ここが受験生のつまずきポイントです

水蒸気が地表から供給される
↓
下ほど水蒸気が多そう
↓
だから相対湿度も下ほど高い？

このように考えたくなりますが、相対湿度は「水蒸気量」だけでは決まりません。

相対湿度
＝
実際の水蒸気量
÷
その気温で含める最大量

日中の混合層では上下によく混ざるため、水蒸気量も比較的一様になりやすく、相対湿度が単純に高度とともに減少するとはいえません。

したがって、(b)は誤りです。

■ (c) 接地境界層内で絶対不安定な状態が続くことがあるか

(c)は正しいです。

晴れた日中には、地表面が強く加熱されます。

すると、地表面に接するごく下層の空気が特に暖められます。

その結果、接地境界層内では、温位が高度とともに減少する絶対不安定な状態が生じることがあります。

接地境界層のイメージ

地表面が強く加熱
↓
地表付近の空気が特に暖かい

少し上の空気より
下の空気の温位が高い
↓
温位が高度とともに減少
↓
絶対不安定

したがって、(c)は正しいです。

■ (d) 大気境界層の上端高度はほとんど変化しないか

(d)は誤りです。

日の出後、地表面が日射によって加熱されると、対流混合が強まります。

その結果、混合層が次第に厚くなり、大気境界層の上端高度は上昇します。

つまり、日の出から午後にかけて、気温だけでなく大気境界層の高さも大きく変化します。

ここもよく狙われます

朝
↓
境界層は浅い

日射加熱が進む
↓
対流混合が強まる

午後
↓
境界層は深くなる

したがって、「上端高度はほとんど変化しない」は不適切です。

したがって、(d)は誤りです。

■ 選択肢確認表

項目 判定 理由
(a) 正 日中の混合層では大気が上下によく混合されるため、風速は鉛直方向にほぼ一様になりやすい。
(b) 誤 相対湿度は水蒸気量だけでなく気温にも左右され、混合層内で高度とともに単純に減少するとはいえない。
(c) 正 日中の強い地表加熱により、接地境界層内で温位が高度とともに減少する絶対不安定な状態が生じることがある。
(d) 誤 日の出後から午後にかけて対流混合が発達し、大気境界層の上端高度は上昇する。

以上より、正しい組み合わせは③です。

■ 受験生がつまずくポイント

1. 大気境界層全体を同じ性質だと思ってしまう

接地境界層と、その上の混合層では特徴が異なります。問題文がどちらを指しているかを確認しましょう。

2. 水蒸気量と相対湿度を混同する

水蒸気が地表から供給されることと、相対湿度が高度とともに減少することは同じではありません。相対湿度は気温の影響も受けます。

3. 絶対不安定を「長時間ありえない」と決めつける

地表面が強く加熱される接地境界層では、温位が高度とともに減少する絶対不安定な状態が生じることがあります。

4. 大気境界層の高さが固定されていると思ってしまう

晴れた日中は、日射加熱により混合層が発達し、境界層の上端高度は時間とともに上昇します。

■ まとめ

  • 晴れた日中は、地表面加熱により大気境界層が発達する。
  • 接地境界層を除く混合層では、上下によく混合される。
  • 混合層内では、風速は鉛直方向にほぼ一様になりやすい。
  • 相対湿度は、水蒸気量だけでなく気温にも左右される。
  • 接地境界層内では、絶対不安定な状態が生じることがある。
  • 日の出から午後にかけて、大気境界層の上端高度は上昇する。
  • (a)正、(b)誤、(c)正、(d)誤。

正解は③

この問題で必ず押さえたいこと

晴れた日中
↓
地表面加熱
↓
対流混合が発達

混合層
↓
上下によく混ざる
↓
風速はほぼ一様

接地境界層
↓
地表付近が強く加熱
↓
絶対不安定になることがある

日の出から午後
↓
境界層の上端高度は上昇

※ 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9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！