【第64回 気象予報士試験 一般知識】問1 大気の鉛直構造をわかりやすく解説
こんにちは！今回は第64回 気象予報士試験 一般知識 問1を解説します！
この問題は、大気の鉛直構造について問う基本問題です。
対流圏・成層圏・中間圏・熱圏の特徴を整理していれば解けますが、特に温位とオゾンの数密度でつまずきやすい問題です。
この問題で重要なポイント
- 国際標準大気では、対流圏の気温減率は一定
- 温位は高さとともに増加する
- 対流圏界面は低緯度ほど高い
- オゾンの数密度最大は成層圏界面ではなく高度20〜25km付近
- 中間圏では高度が上がるほど気温は低下する
■ 問題文
大気の鉛直構造について述べた次の文(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。
(a) 国際標準大気では、対流圏内の気温減率と温位は高さ方向に一定である。
(b) 対流圏界面の高さは、平均的には高緯度の地域より低緯度の地域のほうが高い。
(c) 成層圏のオゾンの数密度は、太陽放射に含まれる紫外線の吸収により気温が極大となる成層圏界面付近で最大になる。
(d) 中間圏では、窒素分子や酸素分子が紫外線を吸収して光電離することにより、上空ほど気温が高くなっている。
■ 解答
④
(a) 誤 (b) 正 (c) 誤 (d) 誤
■ 解き方の方針
この問題は、細かい理屈をすべて追うよりも、まず大気の層ごとの気温変化を押さえると解きやすいです。
| 大気の層 | 高度が上がると気温は？ | 主な特徴 |
|---|---|---|
| 対流圏 | 下がる | 天気現象が起こる |
| 成層圏 | 上がる | オゾンが紫外線を吸収 |
| 中間圏 | 下がる | 上空ほど寒くなる |
| 熱圏 | 上がる | 紫外線やX線の吸収・光電離 |
■ (a) 国際標準大気では温位も一定？
(a)は誤りです。
国際標準大気では、対流圏の気温減率は約6.5℃/kmで一定とされています。
しかし、温位は高さ方向に一定ではありません。
温位とは、空気塊を断熱的に1000hPaまで戻したときの温度です。
上空の空気は気圧が低く、膨張して温度が下がっています。これを地上付近の1000hPaまで断熱的に圧縮して戻すと、温度は上がります。
そして、安定な大気では一般に、上空の空気ほど1000hPaに戻したときの温度、つまり温位が高くなります。
受験生がつまずきやすいポイント
「気温減率が一定」と聞くと、「温位も一定」と考えてしまいがちです。
しかし、気温減率と温位は別物です。
気温減率は一定でも、温位は高さとともに増加する
この違いを押さえておきましょう。
■ (b) 対流圏界面は低緯度ほど高い？
(b)は正しいです。
低緯度、つまり赤道付近では太陽放射が強く、地表付近の空気がよく暖められます。
そのため対流が活発になり、空気が高いところまで上昇しやすくなります。
結果として、対流圏が厚くなり、対流圏界面の高度も高くなります。
覚え方
赤道は対流圏が厚い、極は対流圏が薄い
低緯度では対流圏界面が約15〜18km、高緯度では約8〜10km程度になるとイメージしておくとよいです。
■ (c) オゾン数密度は成層圏界面で最大？
(c)は誤りです。
成層圏では、オゾンが紫外線を吸収するため、上空ほど気温が高くなります。
そのため、成層圏界面付近で気温が極大になる、という部分は正しいです。
しかし、問題文はオゾンの数密度について聞いています。
オゾンの数密度は、成層圏界面付近ではなく、一般に高度20〜25km付近で最大になります。
ここが最大のひっかけ！
「成層圏界面は気温が高い」から「オゾンも最大」と考えてしまうと間違えます。
成層圏界面付近は高度が高く、空気そのものが薄いため、単位体積あたりのオゾン分子の数、つまり数密度は最大ではありません。
オゾン数密度の最大は20〜25km付近
「数密度」と「濃度・混合比」を混同しないようにしましょう。
■ (d) 中間圏では上空ほど気温が高い？
(d)は誤りです。
中間圏では、高度が上がるほど気温は低下します。
上空ほど気温が高くなるのは、成層圏や熱圏の特徴です。
また、窒素分子や酸素分子の光電離が気温上昇に大きく関係するのは、主に熱圏です。
気温変化の覚え方
| 層 | 気温変化 |
|---|---|
| 対流圏 | 下がる |
| 成層圏 | 上がる |
| 中間圏 | 下がる |
| 熱圏 | 上がる |
下がる → 上がる → 下がる → 上がる
■ 選択肢の確認
| 記号 | 判定 | 理由 |
|---|---|---|
| (a) | 誤 | 気温減率は一定だが、温位は高さとともに増加する |
| (b) | 正 | 低緯度ほど対流が活発で、対流圏界面が高い |
| (c) | 誤 | オゾン数密度最大は成層圏界面ではなく20〜25km付近 |
| (d) | 誤 | 中間圏では高度が上がるほど気温は低下する |
■ まとめ
- 国際標準大気では、対流圏の気温減率は約6.5℃/kmで一定
- 温位は高さとともに増加するため、一定ではない
- 対流圏界面は高緯度より低緯度の方が高い
- オゾン数密度は成層圏界面ではなく20〜25km付近で最大
- 中間圏では高度が上がるほど気温は低下する
正解は④
この問題で必ず押さえたいこと
この問題では、単なる暗記だけでなく、言葉の違いに注意することが大切です。
気温減率と温位は別物
オゾン数密度と濃度も別物
特にこの2つは、気象予報士試験で受験生がつまずきやすいポイントです。
※ 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64回 一般知識 問1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！
