2022年度 中間レポート 問題 (1)

教科書 (佐藤, 2019) の 練習問題 4-3 (75ページ) をやってください。

• (*) [ページ画像]

補足 (2022-06-12)

これは、いわゆるフェーン現象のうち風上側での凝結・降水をともなうもの (教科書 3.3節 54-55ページの話題) を、定量的にとらえるための考えかたを、 数量の計算ではなく、「エマグラム」という形式の図上で考える問題です。 エマグラムについては授業ではあまりくわしく説明しませんでしたが、 教科書 (佐藤, 2019) の 4.2 節 (66-68ページ) に説明されています。

また、気象庁のつぎのページには、エマグラムの線を色わけして説明した図があります。

• [外] (気象庁) [知識・解説 > 気象衛星・気象観測 > ラジオゾンデによる高層気象観測]

エマグラムの用紙には、あらかじめ、罫線のように、いくつかの曲線群がえがかれています。 曲線群はそれぞれ、ある数量の等値線です。 たとえば 温位 300 K と 305 K の等値線があれば、 温位 302.5 K の等値線はそのほぼ中間をほぼ平行して走っているだろうというふうに、 内挿して考えることができます。

• 「乾燥断熱線」 ... 温位 ([大気の成層と対流のおこりやすさ (1) 水の相変化のないばあい] の終わりのほうであつかいました) の等値線です。 空気塊が乾燥断熱変化で上下に動くときには、その気圧の変化にともなう温度変化は、この線にそいます。
• 「湿潤断熱線」 ... 空気塊が湿潤断熱変化で (飽和をたもちながら) 上下に動くときには、 その気圧の変化にともなう温度変化は、この線にそいます。 【これは、飽和相当温位 (指定された気圧と気温をもち、水蒸気で飽和している空気塊の相当温位) の等値線です。 「相当温位」という量については、 [大気の成層と対流のおこりやすさ (2) 水の相変化のあるばあい] の終わり近くで ふれました。ただし、実際の空気塊の相当温位は飽和相当温位と同じとはかぎりません。】
• 「飽和等混合比線」 ... 気温と気圧できまる飽和混合比の等値線です。 [水の相変化、大気中の水蒸気] のページに書いたように (「混合比」は講義で説明しなかったかもしれませんが)、 混合比は「水蒸気の質量 / 水蒸気をのぞく空気の質量」、 比湿は「水蒸気の質量 / 水蒸気をふくむ空気の質量」で、 数値はすこしちがいますが、一方がきまれば他方の値もきまるので、 混合比の等値線は、比湿の等値線でもあります。 空気塊が、水の相変化をおこさないで上下に動くときには、その比湿も混合比もかわりません。 この線は、つぎにのべるように、持ち上げ凝結高度をもとめるときにつかいます。

エマグラムには、観測にもとづいて、ある時刻・ある場所の気温と露点温度の鉛直分布が書きこまれます。

出発点の高さにある空気塊が、もしその高さで冷却されたとしたとき、 飽和に達する温度が「露点温度」です。 つまり、空気塊の比湿は、その空気塊の露点温度の飽和比湿に等しいです。

空気塊が持ち上げられて断熱的に温度が下がるばあいに凝結がはじまるところは、 気圧がかわるので、温度が露点温度からずれます。 そのエマグラム上の位置は、 仮想的に、露点温度から飽和をたもちながら上昇する (気圧が下がる) ように考えて 得ることができます。