気象庁では、つくば市 の 館野 (たての) にある高層気象台や、 そのほか複数の観測所で、ラジオゾンデという方法で上空の気温、気圧、湿度、風などを 1日2回 (世界時 0時と12時、日本時間では9時と21時) 観測している。 その観測値は、気象庁ウェブサイトのつぎのページで見ることができる。
その一例 (2022年 5月 11日 日本時間 9時) の数値をぬきだしてここに置いた。
気圧(hPa) ジオポテンシャル高度(m) 気温(℃) 相対湿度(%) 風速(m/s) 風向(°) 1000 181 12.6 77 4 331 925 830 8.6 86 7 60 900 1057 7.9 68 6 54 850 1527 5.6 24 10 45 800 2019 4.1 11 5 16 700 3097 0.1 7 3 314 600 4315 -6.2 5 6 310 500 5711 -14.7 2 21 275 400 7370 -22.3 3 32 277 350 8338 -29.0 40 35 272 300 9419 -37.9 72 36 273 250 10649 -47.3 /// 42 272 200 12087 -59.1 /// 52 267 175 12912 -61.2 /// 40 269 150 13872 -60.4 /// 36 262 125 15007 -62.7 /// 21 278 100 16369 -65.7 /// 24 271 70 18551 -63.3 /// 14 283 50 20639 -59.5 /// 7 293
ここではこの「指定気圧面」からさらに代表的な気圧面である 1000, 850, 700, 500, 300, 200, 150, 100 hPa をとりだして、つぎの量を計算し、 下のほう (地表面に近いほう) が紙面・画面でも下になる形で表にしてみよう。
ただし、標準の気圧 p0 は 1000 hPa、 空気に対する気体定数 Rair は 287 J/(kg K)、 空気の定圧比熱容量 cp は (7/2) Rair、 重力加速度 g は 9.8 m/s2 とする。
温位の計算は、べき乗の計算が、指数が整数にかぎらず実数 (の近似値) であるばあいについて できるソフトウェアがあれば、基本的な式のとおりにやればよい。 ただし、べき乗の演算子は「^」であるばあいと「**」であるばあいがある。 Excelでは「^」、Python では「**」である。
別の地点・別の日時についてやってみてもよい。
気温減率からみて、対流圏と成層圏との境 (対流圏界面) は、 高さにしてどのくらい、気圧にしてどのくらいのところにあるか。
【ここではあつかわないが、気象庁では、指定気圧面だけでなく多数の気圧面での 気温の観測値をつかって、圏界面の高さをきめている。】
成層圏下部の温位は、地表面付近の温位よりも高いか低いか。 そのちがいはおよそどのくらいか。
気温や温位の鉛直分布をグラフにしてみよう。
Python 言語によるプログラム例を、 [高層気象観測データの鉛直プロファイルのグラフ (Pythonによる試作)] に置いた。
Excel や LibreOffice Calc などの表計算ソフトウェアのグラフ機能をつかうこともできる。 そのばあい、散布図でなくても「散布図」機能をつかうのがよさそうだ。 そのやりかたの説明は、増田からは提供しない。