【第57回 気象予報士試験 一般知識】問6 緯度による日射量の違いをわかりやすく解説

こんにちは！

今回は第57回気象予報士試験 一般知識 問6を解説します！

この問題は、緯度による日射量の違いについて問う問題です。

ポイントは、太陽高度を計算したうえで、地表面が受ける日射量が太陽高度の正弦、つまり sinα に比例することを使う点です。

受験生がつまずきやすいのは、太陽高度そのものを比べるのではなく、sin の値で日射量を比べるところです。

この問題で重要なポイント

  • 太陽光が赤道面となす角度δは、春分・秋分の日に0°
  • 夏至の日はδ=23.5°
  • 冬至の日はδ=-23.5°
  • 北半球の緯度φの地点の南中時の太陽高度は α = 90° − φ + δ
  • 地表面が受ける日射量は、おおむね sinα に比例する
  • 太陽高度30°と60°では、日射量は単純に2倍ではなく sin の比で考える
  • 緯度による日射量の違いは、大気大循環の大きな駆動源になる

■ 問題文

緯度による日射量の違いについて述べた次の文章の下線部(a)〜(c)の正誤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。

ただし、sin30°=0.5、sin60°=0.87とする。

太陽からの光が地球の赤道面となす角度δは夏至の日に23.5°、(a) 春分と秋分の日には0°になる。

北半球の緯度φの地点の南中時における太陽の高度角αは

α = 90° − φ + δ

で表される。

雲のない冬至の日の太陽の南中時に地表面が受ける日射量は、北緯6.5°の熱帯の地点の方が北緯36.5°の中緯度の地点よりも、(b) 43.5％大きい。

緯度による日射量の違いは、(c) ハドレー循環などの大規模な大気循環の駆動源である。

選択肢 (a) (b) (c)
① 正 正 正
② 正 誤 正
③ 正 誤 誤
④ 誤 正 誤
⑤ 誤 誤 誤

■ 解答

②

(a) 正
(b) 誤
(c) 正

■ 解き方の方針

この問題は、まず冬至の日のδを確認します。

冬至の日
↓
太陽は南半球側にある
↓
δ = -23.5°

次に、北緯6.5°と北緯36.5°で太陽高度αを計算します。

そして最後に、日射量をsinαの比で比較します。

太陽高度を出す
↓
sinαを比べる
↓
日射量の差を判断する

ここで太陽高度そのものを比べると間違えやすいです。

■ (a) 春分・秋分の日のδは0°か

(a)は正しいです。

δは、太陽からの光が地球の赤道面となす角度です。

春分・秋分の日には、太陽は赤道上にあるため、δは0°になります。

季節とδの整理

夏至
↓
δ = 23.5°

春分・秋分
↓
δ = 0°

冬至
↓
δ = -23.5°

したがって、(a)は正しいです。

■ (b) 日射量は43.5％大きいか

(b)は誤りです。

ここは計算で確認します。

冬至の日なので、δ=-23.5°です。

北緯6.5°では、

α = 90° − 6.5° − 23.5° = 60°

北緯36.5°では、

α = 90° − 36.5° − 23.5° = 30°

地表面が受ける日射量は、太陽高度αのsinに比例します。

したがって、日射量の比は、

sin60° : sin30°
= 0.87 : 0.5

です。

つまり、北緯6.5°の地点の日射量は、北緯36.5°の地点の

0.87 ÷ 0.5 = 1.74倍

です。

これは74％大きいという意味です。

問題文の「43.5％大きい」は正しくありません。

ここが受験生のつまずきポイントです

太陽高度60°と30°
↓
差は30°
↓
なんとなく43.5％？

ではありません

日射量は太陽高度そのものではなく、sinαで比べます。

日射量 ∝ sinα

したがって、(b)は誤りです。

■ (c) 日射量の違いは大気大循環の駆動源か

(c)は正しいです。

地球上では、低緯度ほど日射量が大きく、高緯度ほど日射量が小さくなります。

そのため、低緯度では空気が暖められやすく、高緯度では冷やされやすくなります。

この南北の加熱差が、大気の大規模な循環を生み出す原因になります。

大気大循環のイメージ

低緯度
↓
日射が多い
↓
加熱される

高緯度
↓
日射が少ない
↓
冷却される

南北の温度差
↓
大気循環の駆動源

ハドレー循環などの大規模な大気循環は、この緯度による日射量の違いを背景として形成されます。

したがって、(c)は正しいです。

■ 選択肢確認表

項目 判定 理由
(a) 正 春分・秋分の日には太陽光と赤道面のなす角δは0°
(b) 誤 日射量比はsin60°/sin30°=0.87/0.5=1.74で、43.5％大きいではない
(c) 正 緯度による日射量の違いは大規模な大気循環の駆動源

以上より、正しい組み合わせは②です。

■ 受験生がつまずくポイント

1. 冬至の日のδをプラスにしてしまう

北半球の冬至では、太陽は南半球側にあります。

そのため、北半球で考えるとδは-23.5°です。

2. 太陽高度を出しただけで終わってしまう

日射量を比べるには、太陽高度αそのものではなく、sinαを使います。

60°と30°を出したあと、必ずsin60°とsin30°を比べましょう。

3. 「43.5％」という数字に引っ張られる

sin60°=0.87、sin30°=0.5なので、

0.87 ÷ 0.5 = 1.74

です。

つまり、約74％大きいのであり、43.5％大きいではありません。

4. 日射量の違いと大気循環を別々に覚えている

ハドレー循環などは、低緯度と高緯度の加熱差によって生じます。

日射量の違いが大気大循環の出発点です。

5. 「南中時」だけを見て、季節の条件を忘れる

同じ南中時でも、夏至・冬至・春分・秋分で太陽高度は変わります。

この問題では「冬至の日」であることを必ず使います。

■ まとめ

  • 春分・秋分の日はδ=0°
  • 冬至の日はδ=-23.5°
  • 北緯6.5°の冬至南中時の太陽高度は60°
  • 北緯36.5°の冬至南中時の太陽高度は30°
  • 日射量はsinαに比例する
  • 日射量比はsin60°/sin30°=1.74
  • 緯度による日射量の違いは大気大循環の駆動源
  • したがって、(a)正、(b)誤、(c)正

正解は②

(a) 正
(b) 誤
(c) 正

この問題で必ず押さえたいこと

冬至
↓
δ = -23.5°

太陽高度
↓
α = 90° − φ + δ

日射量
↓
sinαに比例

sin60° ÷ sin30°
= 0.87 ÷ 0.5
= 1.74

低緯度と高緯度の日射差
↓
南北の温度差
↓
大気大循環

※ 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57回 一般知識 問6の解説でした！

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