【第59回 気象予報士試験 一般知識】問8 温帯低気圧の発達と上空の構造をわかりやすく解説

こんにちは！今回は第59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、発達中の温帯低気圧について、熱輸送、気圧の谷の傾き、エネルギー変換、対流圏界面の高度を問う問題です。

ポイントは、温帯低気圧を平面図だけでなく、立体構造としてイメージすることです。 特に、発達中の温帯低気圧では、上空の気圧の谷が地上低気圧の西側に位置し、軸は高度とともに西へ傾くことが重要です。

この問題で重要なポイント

  • 発達中の温帯低気圧では、低緯度側から高緯度側へ熱が輸送される
  • 気圧の谷の軸は、上空ほど西へ傾く
  • 「東へ傾く」は発達中の温帯低気圧の典型構造としては誤り
  • 暖気が上昇し、寒気が下降することで有効位置エネルギーが運動エネルギーへ変換される
  • そのため、発達時に環境の有効位置エネルギーが増加するわけではない
  • 発達した温帯低気圧の上空では、対流圏界面が低くなることがある
  • 上空寒気や低圧部と対流圏界面の低下を結びつけて考える

■ 問題文

温帯低気圧について述べた次の文（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。

（a）発達中の温帯低気圧では、極向きに熱が輸送されており、気圧の谷の軸は上空ほど東に傾いている。

（b）発達中の温帯低気圧では、暖かい空気が上昇し、冷たい空気が下降することに伴い、環境場の有効位置エネルギーが増加している。

（c）発達しきった最盛期の温帯低気圧の上空では、対流圏界面が周囲より高くなっている。

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

■ 解答

⑤

（a）誤
（b）誤
（c）誤

■ 解き方の方針

この問題は、温帯低気圧の発達を次の流れで整理すると解きやすいです。

南北に気温差がある
↓
傾圧不安定が起こる
↓
暖気が北へ、寒気が南へ動く
↓
極向きに熱が輸送される
↓
暖気上昇・寒気下降
↓
有効位置エネルギーが運動エネルギーへ変換
↓
低気圧が発達する

ただし、（a）は前半だけ正しく、後半が誤りです。 「極向き熱輸送」は正しいですが、気圧の谷の軸は上空ほど東ではなく西へ傾くため、文全体としては誤りになります。

■ （a）発達中の温帯低気圧で、気圧の谷の軸は上空ほど東へ傾くか

（a）では、発達中の温帯低気圧では極向きに熱が輸送され、気圧の谷の軸は上空ほど東に傾いていると述べています。

これは誤りです。

まず、発達中の温帯低気圧で極向きに熱が輸送されるという前半部分は正しいです。 温帯低気圧は、暖気を高緯度側へ、寒気を低緯度側へ運びながら発達します。

温帯低気圧による熱輸送

暖気
↓
北側・極側へ輸送

寒気
↓
南側・赤道側へ輸送

結果
↓
南北の熱を混ぜる働き

しかし、後半の「気圧の谷の軸は上空ほど東に傾いている」が誤りです。

発達中の温帯低気圧では、上空の気圧の谷は地上低気圧の西側に位置します。 そのため、気圧の谷の軸は、上空ほど西へ傾く構造になります。

ここが受験生のつまずきポイントです

発達中の温帯低気圧
↓
上空の気圧の谷は地上低気圧の西側
↓
軸は上空ほど西へ傾く

「低気圧は偏西風で東へ進む」ことと混同して、 気圧の谷の軸も上空ほど東に傾くと考えてしまうと間違えます。

したがって、（a）は誤りです。

■ （b）発達中に有効位置エネルギーは増加するか

（b）では、発達中の温帯低気圧では、暖かい空気が上昇し、冷たい空気が下降することに伴い、環境場の有効位置エネルギーが増加していると述べています。

これは誤りです。

温帯低気圧の発達では、南北の温度差に伴う有効位置エネルギーが、低気圧の運動エネルギーへ変換されます。

温帯低気圧のエネルギー変換

南北の温度差
↓
有効位置エネルギー
↓
暖気上昇・寒気下降
↓
運動エネルギーへ変換
↓
低気圧が発達

暖かい空気が上昇し、冷たい空気が下降することは、重い空気が下へ、軽い空気が上へ向かう流れです。 これは、位置エネルギーを解放して運動を強める方向です。

そのため、発達中の温帯低気圧では、有効位置エネルギーが増加しているのではなく、有効位置エネルギーが減少し、その分が運動エネルギーに変わっていると考えます。

ここは「増加」か「変換」かに注意

有効位置エネルギーがある
↓
それを使う
↓
運動エネルギーが増える
↓
低気圧が発達する

低気圧が発達しているからといって、有効位置エネルギーそのものが増えているわけではありません。 使われて、運動エネルギーに変換されています。

したがって、（b）は誤りです。

■ （c）最盛期の温帯低気圧の上空で対流圏界面は高くなるか

（c）では、発達しきった最盛期の温帯低気圧の上空では、対流圏界面が周囲より高くなっていると述べています。

これは誤りです。

発達した温帯低気圧の上空には、上空の低圧部や寒冷な空気が対応していることが多く、対流圏界面は周囲より低くなる傾向があります。

温帯低気圧上空の対流圏界面

発達した温帯低気圧
↓
上空に寒気・低圧部
↓
対流圏界面が押し下げられる
↓
周囲より低くなる

温帯低気圧の上空では、対流圏界面が下がり、成層圏由来の高渦位空気が対流圏側へ張り出すような構造を伴うことがあります。

そのため、「対流圏界面が周囲より高くなっている」という説明は逆です。

したがって、（c）は誤りです。

■ 選択肢確認表

項目 判定 理由
（a） 誤 極向き熱輸送は正しいが、発達中の温帯低気圧では気圧の谷の軸は上空ほど西へ傾く
（b） 誤 有効位置エネルギーは増加するのではなく、運動エネルギーへ変換される
（c） 誤 発達した温帯低気圧の上空では、対流圏界面は周囲より低くなる傾向がある

以上より、正しい組み合わせは⑤です。

■ 受験生がつまずくポイント

1. （a）の前半だけ見て正しいと判断してしまう

発達中の温帯低気圧で極向きに熱が輸送されるのは正しいです。

しかし、後半の「気圧の谷の軸は上空ほど東に傾く」が誤りです。 試験では、前半が正しくても後半で逆のことを言っている文がよく出ます。

2. 低気圧が東へ進むことと、谷の軸の傾きを混同する

温帯低気圧は偏西風帯で東へ進むことが多いです。

しかし、発達中の温帯低気圧の立体構造では、上空の気圧の谷は地上低気圧の西側にあります。 そのため、軸は上空ほど西へ傾きます。

3. 「発達＝有効位置エネルギーが増加」と考えてしまう

温帯低気圧が発達するのは、有効位置エネルギーを使って運動エネルギーを増やすからです。

有効位置エネルギーそのものが増加しているわけではなく、運動エネルギーへ変換されています。

4. 暖気上昇・寒気下降の意味を流してしまう

暖かい空気は軽く、冷たい空気は重いです。

暖気が上昇し、寒気が下降することは、安定な配置へ向かう流れであり、位置エネルギーを解放する過程です。 このエネルギーが低気圧の発達に使われます。

5. 対流圏界面は「上昇流があるから高い」と考えてしまう

温帯低気圧の上空では、単純に上昇流だけで対流圏界面の高さを考えると誤りやすいです。

発達した低気圧の上空では、寒気や上空の低圧部に対応して、対流圏界面は周囲より低くなることがあります。

■ まとめ

  • 発達中の温帯低気圧では、極向きに熱が輸送される
  • ただし、気圧の谷の軸は上空ほど東ではなく西へ傾く
  • 温帯低気圧の発達では、有効位置エネルギーが運動エネルギーへ変換される
  • 有効位置エネルギーが増加しているわけではない
  • 発達した温帯低気圧の上空では、対流圏界面が周囲より低くなる傾向がある
  • したがって、（a）（b）（c）はすべて誤り

正解は⑤

（a）誤
（b）誤
（c）誤

この問題で必ず押さえたいこと

発達中の温帯低気圧
↓
極向きに熱輸送
↓
ただし
気圧の谷の軸は上空ほど西へ傾く

暖気上昇・寒気下降
↓
有効位置エネルギーを解放
↓
運動エネルギーへ変換
↓
低気圧が発達

最盛期の温帯低気圧上空
↓
対流圏界面は周囲より低い

この問題では、温帯低気圧を平面図だけでなく、 上空の谷・エネルギー変換・対流圏界面の高さ まで立体的にイメージすることが大切です。

※ 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59回 一般知識 問8の解説でした！

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