【過去問解説】第62回　専門知識　問2

【第62回 気象予報士試験 専門知識】問2 ウィンドプロファイラの風向・風速をわかりやすく解説

こんにちは！今回は第62回気象予報士試験 専門知識 問2を解説します！

この問題は、ウィンドプロファイラで観測されたドップラー速度から、上空の風向・風速を読み取る問題です。

一見すると計算問題に見えますが、本質は風向は「風が吹いてくる方向」であることと、風速比較ではsin10°が共通になることを見抜く問題です。

■ 問題文

■ 解き方の方針

■ ウィンドプロファイラとは？

ウィンドプロファイラは、上空に電波を発射し、空気中の乱れなどによって散乱されて戻ってくる電波を利用して、上空の風向・風速を測定する装置です。

このとき使われるのがドップラー効果です。

電波を発射し、戻ってくる電波の周波数のずれを調べることで、空気が観測点から遠ざかっているのか、観測点に近づいているのかを判断します。

■ ドップラー速度の正負を確認する

この問題では、ドップラー速度について次の条件が与えられています。

たとえば、北方向のビームでドップラー速度が正なら、空気は観測点から北方向へ遠ざかっていると考えます。

逆に、南方向のビームでドップラー速度が負なら、南方向から観測点へ近づいているので、これも北向きの流れを示します。

■ 時刻Aの風向を考える

時刻Aのドップラー速度は、北方向が4、東方向が-4、南方向が-4、西方向が4です。

方向	ドップラー速度	読み取り
北	4	北方向へ遠ざかるので、北向き成分がある
南	-4	南方向から近づくので、北向き成分がある
東	-4	東方向から近づくので、西向き成分がある
西	4	西方向へ遠ざかるので、西向き成分がある

したがって、時刻Aでは空気の流れに北向き成分と西向き成分があります。

北向き成分
＋
西向き成分
↓
空気は北西へ進む

しかし、風向は「空気が進む方向」ではありません。

風向は風が吹いてくる方向です。

空気が北西へ進んでいるということは、風は反対側の南東から吹いていることになります。

したがって、時刻Aの風向は南東です。

■ 時刻Bの風向を考える

時刻Bのドップラー速度は、北方向が5、南方向が-5、東方向と西方向は0です。

方向	ドップラー速度	読み取り
北	5	北方向へ遠ざかるので、北向き成分がある
南	-5	南方向から近づくので、北向き成分がある
東	0	東西方向の成分はない
西	0	東西方向の成分はない

したがって、時刻Bでは空気は北へ進んでいると判断できます。

空気が北へ進んでいるので、風は反対側の南から吹いています。

空気の進む向き：北
↓
風が吹いてくる向き：南
↓
風向：南

したがって、時刻Bの風向は南です。

■ なぜsin10°で割るのか？

ここがこの問題で一番わかりにくいところです。

ウィンドプロファイラの電波は、真上ではなく、真上から10°傾けて発射されています。

そのため、観測されるドップラー速度は、水平風速そのものではありません。

実際に見えているのは、水平風速のうち、電波のビーム方向に投影された成分です。

■ 風速VAとVBの大小関係

時刻Aでは、北向き成分と西向き成分がそれぞれあります。

それぞれのドップラー速度の大きさは4m/sなので、水平風成分は次のようになります。

北向き成分 ＝ 4 ÷ sin10°
西向き成分 ＝ 4 ÷ sin10°

したがって、時刻Aの風速VAは、2つの成分を合成して、

VA ＝ √{(4/sin10°)^2 ＋ (4/sin10°)^2}
＝ 4√2 ÷ sin10°

となります。

一方、時刻Bでは、北向き成分だけがあります。

ドップラー速度の大きさは5m/sなので、

VB ＝ 5 ÷ sin10°

です。

したがって、風速の大小関係はVA ＞ VBです。

■ 選択肢確認表

項目	答え	理由
時刻Aの風向	南東	空気は北西へ進むため、風は南東から吹く
時刻Bの風向	南	空気は北へ進むため、風は南から吹く
風速の大小	VA ＞ VB	VA＝4√2÷sin10°、VB＝5÷sin10°で、4√2＝5.6＞5

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

以上、第62回 専門知識 問2の解説でした！

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