【第60回 気象予報士試験 一般知識】問7 傾度風平衡と暖気核低気圧をわかりやすく解説
こんにちは！今回は第60回気象予報士試験 一般知識 問7を解説します！
この問題は、軸対称の低気圧について、傾度風平衡・静力学平衡・暖気核構造を組み合わせて考える問題です。
ポイントは、低気圧の中心が周囲より高温である場合、上空ほど中心と周囲の気圧差が小さくなり、その結果、風速も小さくなるという流れを理解することです。
この問題で重要なポイント
- 低気圧の周りを回る風では、傾度風平衡を考える
- 低気圧では、気圧傾度力がコリオリ力と遠心力の和とつり合う
- 中心が高温の低気圧は、暖気核低気圧と考えられる
- 高温の空気柱は層厚が大きくなる
- 中心が高温だと、上空ほど中心と周囲の気圧差が小さくなる
- 気圧差が小さいほど、気圧傾度力が小さくなる
- そのため、高度が高くなるほど風速は小さくなる
■ 問題文
図は、軸対称の気圧分布・風速分布をもつ低気圧の中心とその周辺の気温及び気圧の分布を、高度1000mから2000mの範囲で模式的に示したものである。 この低気圧に伴う風と気圧について述べた次の文章の下線部（a）〜（d）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、この低気圧の範囲では静力学平衡、及び傾度風平衡が成り立っており、コリオリパラメーターは一定、風向はどの高さでも同じとする。 また、以下の文では気圧差は高い気圧から低い気圧を引いた差であり、すべて正である。
傾度風平衡にあるこの低気圧においては、（a）気圧傾度力がコリオリ力と遠心力の和と釣り合っている。 また、この低気圧では、どの高度でも中心に近いほど高温であった。 このとき、2つの高度1000m、2000mで考えると、静力学平衡の仮定より、中心Oの周辺の点Rにおける2つの等圧面間の気圧差ΔPRは、中心Oにおける2つの等圧面間の気圧差ΔPOよりも（b）大きい。 このことから、高度2000mにおける2点O’、R’間の気圧差ΔP2000は、高度1000mの2点O、R間の気圧差ΔP1000よりも（c）小さいことが分かる。 これらのことから、中心ほど高温で軸対称な分布を持つこの低気圧においては、高度が高くなるほど風速は（d）小さくなることが分かる。
| 選択肢 | （a） | （b） | （c） | （d） |
|---|---|---|---|---|
| ① | 正 | 正 | 正 | 正 |
| ② | 正 | 正 | 誤 | 誤 |
| ③ | 正 | 誤 | 誤 | 誤 |
| ④ | 誤 | 正 | 正 | 正 |
| ⑤ | 誤 | 誤 | 正 | 誤 |
■ 解答
①
（a）正
（b）正
（c）正
（d）正
■ 解き方の方針
この問題は、文章が長く、図も立体的なのでかなり難しく見えます。
ただし、考える順番は次のように整理できます。
低気圧の風
↓
傾度風平衡を考える
中心ほど高温
↓
暖かい空気柱は層厚が大きい
中心の方が層厚が大きい
↓
同じ高度差での気圧低下が小さい
上空ほど中心と周辺の気圧差が小さくなる
↓
気圧傾度力が小さくなる
↓
風速が小さくなる
つまり、この問題は「中心が高温だから、上空ほど風が強くなる」と考えるのではなく、中心が高温だから、上空ほど気圧差が小さくなると考えるのがポイントです。
■ 参考イメージ図
（「よくわかる気象学」中島俊夫著 掲載図を参考に生成AIにより生成）
■ （a）低気圧では気圧傾度力がコリオリ力と遠心力の和とつり合うか
（a）では、傾度風平衡にある低気圧では、気圧傾度力がコリオリ力と遠心力の和と釣り合っていると述べています。
これは正しいです。
傾度風は、曲がった等圧線に沿って吹く風です。 そのため、地衡風のように気圧傾度力とコリオリ力だけでなく、曲率による遠心力も考える必要があります。
低気圧性循環の傾度風平衡
気圧傾度力
↓
低気圧の中心向き
コリオリ力
＋
遠心力
↓
外向き
つり合い
↓
傾度風平衡
低気圧の周りでは、気圧傾度力は中心向きに働きます。 一方、コリオリ力と遠心力は外向きに働き、その和が気圧傾度力とつり合います。
したがって、（a）は正しいです。
■ （b）周辺Rの気圧差ΔPRは中心OのΔPOより大きいか
（b）では、周辺の点Rにおける2つの等圧面間の気圧差ΔPRが、中心Oにおける気圧差ΔPOよりも大きいと述べています。
これは正しいです。
問題文では、この低気圧ではどの高度でも中心に近いほど高温であったとされています。
高温の空気柱では、空気が膨張して層厚が大きくなります。
高温の空気柱のイメージ
中心ほど高温
↓
空気が膨張
↓
層厚が大きい
↓
同じ高さだけ上がっても気圧の下がり方が小さい
静力学平衡では、上に行くほど気圧は下がります。 ただし、暖かい空気柱では密度が小さいため、同じ高度差での気圧の減少量は小さくなります。
中心O付近は周辺Rより高温なので、1000mから2000mまでの気圧の減少量は中心Oの方が小さくなります。 つまり、周辺Rの気圧差ΔPRの方が、中心Oの気圧差ΔPOより大きいです。
ここが一番つまずきやすいポイント
中心が高温
↓
中心の空気柱は軽い
↓
高度1000mから2000mでの気圧低下が小さい
↓
ΔPOは小さい
周辺は中心より低温
↓
密度が大きい
↓
同じ高度差での気圧低下が大きい
↓
ΔPRは大きい
したがって、ΔPRはΔPOより大きいので、（b）は正しいです。
■ （c）高度2000mの気圧差ΔP2000は高度1000mのΔP1000より小さいか
（c）では、高度2000mにおける中心O’と周辺R’の気圧差ΔP2000が、高度1000mにおける中心Oと周辺Rの気圧差ΔP1000よりも小さいと述べています。
これは正しいです。
ここは、図の中の気圧差を縦方向と横方向で整理すると理解しやすくなります。
高度1000mでは、中心Oの方が周辺Rより低圧です。 その差がΔP1000です。
一方、1000mから2000mへ上がるとき、中心側の気圧低下量ΔPOは、周辺側の気圧低下量ΔPRより小さくなります。
中心と周辺の気圧低下の違い
中心O側
↓
高温・密度小
↓
上昇による気圧低下が小さい
周辺R側
↓
中心より低温・密度大
↓
上昇による気圧低下が大きい
つまり、1000mから2000mへ上がると、周辺側の気圧の方が中心側より大きく下がります。 その結果、中心と周辺の気圧差は上空ほど小さくなります。
ΔPR ＞ ΔPO
↓
周辺の方が上に行くほど大きく気圧低下
↓
中心と周辺の気圧差が縮まる
↓
ΔP2000 ＜ ΔP1000
したがって、（c）は正しいです。
■ （d）高度が高くなるほど風速は小さくなるか
（d）では、この低気圧では高度が高くなるほど風速が小さくなると述べています。
これは正しいです。
傾度風平衡では、風速は気圧傾度力の大きさと関係します。 中心と周辺の気圧差が大きいほど気圧傾度力が大きく、風速も大きくなります。
しかし、（c）で確認したように、この低気圧では高度が高くなるほど中心と周辺の気圧差が小さくなります。
気圧差と風速の関係
高度が高くなる
↓
中心と周辺の気圧差が小さくなる
↓
気圧傾度力が小さくなる
↓
風速が小さくなる
受験生がつまずきやすいのは、「低気圧は上空ほど風が強いのでは？」と一般的なイメージで考えてしまうところです。
この問題では、中心ほど高温という暖気核構造が与えられています。 暖気核低気圧では、上空ほど中心と周辺の気圧差が小さくなり、風も弱くなります。
したがって、（d）は正しいです。
■ 選択肢確認表
| 項目 | 判定 | 理由 |
|---|---|---|
| （a） | 正 | 低気圧性の傾度風では、気圧傾度力がコリオリ力と遠心力の和とつり合う |
| （b） | 正 | 中心は高温で密度が小さいため、中心側の気圧低下量は小さく、周辺側のΔPRの方が大きい |
| （c） | 正 | 周辺側の方が上昇による気圧低下が大きいため、上空ほど中心と周辺の気圧差は小さくなる |
| （d） | 正 | 上空ほど気圧差が小さくなり、気圧傾度力が小さくなるため風速も小さくなる |
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. 傾度風平衡の力の向きを整理できない
低気圧の周りを回る風では、気圧傾度力は中心向きに働きます。
一方、コリオリ力と遠心力は外向きに働きます。 この3つの力のつり合いとして傾度風平衡を考えましょう。
2. 中心が高温だと、なぜ気圧差が小さくなるのかで止まる
中心が高温ということは、中心の空気柱の密度が小さいということです。
密度が小さい空気柱では、同じ高度差での気圧の下がり方が小さくなります。 そのため、上空ほど中心と周辺の気圧差が小さくなります。
3. ΔPO、ΔPR、ΔP1000、ΔP2000を混同する
この問題には複数の気圧差が出てきます。
ΔPOとΔPRは、1000mから2000mの縦方向の気圧差です。 一方、ΔP1000とΔP2000は、中心と周辺の横方向の気圧差です。
4. 「暖かい中心＝低圧が強い」とだけ考えてしまう
中心が暖かいと、下層では低気圧として存在していても、上空では中心と周辺の気圧差が小さくなります。
暖かい中心だから上空ほど強くなる、と単純に考えないようにしましょう。
5. 風速の変化を気温だけで判断してしまう
風速を決める直接の要因は、気圧傾度力です。
この問題では、中心が高温であることが、上空での気圧差の縮小につながり、その結果として風速が小さくなります。 「気温→気圧差→気圧傾度力→風速」の順で考えましょう。
■ まとめ
- 低気圧性の傾度風では、気圧傾度力がコリオリ力と遠心力の和とつり合う
- 中心が高温だと、中心側の空気柱は密度が小さくなる
- 中心側では、同じ高度差での気圧低下量が小さい
- 周辺側のΔPRは中心側のΔPOより大きい
- 上空ほど中心と周辺の気圧差は小さくなる
- 気圧差が小さくなるため、高度が高くなるほど風速は小さくなる
正解は①
（a）正
（b）正
（c）正
（d）正
この問題で必ず押さえたいこと
中心ほど高温
↓
中心の空気柱は密度が小さい
↓
同じ高度差での気圧低下が小さい
つまり
↓
ΔPOは小さい
ΔPRは大きい
その結果
↓
上空ほど中心と周辺の気圧差が小さい
↓
気圧傾度力が小さい
↓
風速が小さい
この問題では、暖気核低気圧の構造を「高温 → 層厚大 → 上空ほど気圧差が小さい → 風速が小さい」という流れで押さえることが大切です。
※ 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60回 一般知識 問7の解説でした！
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