過去問一般🟢問2　52～63回　再１周目

　問2は、主に「大気の熱力学」の領域で、学科一般の一つの山の部分です。

52回　問2　湿潤空気について　仮温度と湿潤空気の状態方程式🟢🟢🟢

問2　湿潤空気について述べた次の文章の空欄(a)~(c)に入る適切な語句の組み合わせを,下記の1~5の中から一つ選べ。ただし,大気は静力学平衡の状態にあるものとする。

ある湿潤空気に対して,同じ圧力,同じ(a)🟢をもつ乾燥空気の温度を仮温度と定義することにより,湿潤空気の状態を表す式として,乾燥空気に対する状態方程式を用いることができる。ある気圧における湿潤空気の温度と仮温度とを比べると,仮温度の方が(b)🟢。ある地点において高度 Hから大気上端までの空気の仮温度が高いほど,高度 Hでの気圧は(c)🟢。

(a)密度　仮温度Tv=T(1+0.61w)　[Tv:仮温度 T：乾燥空気の温度 w：空気の混合比 ]
(b)高い　湿潤空気の混合比wは、プラスの数値なので、必然的に Tv>T となる。
　さらに、復習のため[w：空気の混合比]は、湿潤空気の中に含まれる水蒸気と乾燥空気の比です。予備知識：一般に、混合比wは、0.03を超すことはあまりないので、無視（Tv=T）しても実質的な影響はほとんどないようです。
(c)低い　大気上端までの空気の仮温度が高い”ので上昇気流が起きていると考えられる。
水分子が多い＝仮温度が高い＝密度が小さい
密度が小さい空気が上空に多い＝空気柱が軽い
よって、下の層（高度H）での気圧は低くなる
正解は①

　ここで、仮温度と湿潤空気の状態方程式について（テキストP40）についてしっかり確認しておくことが必要だろう。ここでの結論としては、「湿潤空気は乾燥空気より軽い（水18：空気29）」ということだろう。

53回　問2　空気塊の温位と相当温位🔴🟢🔴🔴

(a) 誤　通常の条件だけを考えると正しいような印象を持ちますが、1000hPaより気圧が高い条件では、温位よりも気温が高くなります。

例えば下のエマグラム（下関）では、地上気温は11℃、地上気圧が約1030hPaです。1000hPaの気温つまり温位は282K（9℃）ですね。
だから、温位よりも気温のほうが高くなった例です。

（ｂ）含有している水蒸気の潜熱を放出した結果が相当温位になりますから、湿潤空気の温位は相当温位よりも低くなります。

(c)普通に考えて、乾燥空気は乾燥断熱線に沿って上昇し、温位は保たれたままなので　正

解説には、「乾燥空気が断熱的に上昇するとは、エマグラム上では乾燥断熱線（等温位線）にそって上昇することなので、温位は変わりません。」とあるので考え方も正しかったですね。

(d)正　凝結しながら上昇ということなので、潜熱を放出しながら温位は上昇していくと考えるので

解説には、「飽和した空気塊が水蒸気を凝結させながら断熱的に上昇するとは、エマグラム上では湿潤断熱線に沿って上昇することです。乾燥断熱線（等温位線）よりも湿潤断熱線の傾きが大きいので、上昇に伴って温位が高くなることになります。」とエマグラムを提示しています。考え方正。

54回　問2　空気の全体の気圧＝乾燥空気の分圧＋水蒸気🔴理解できた！

乾燥空気の分圧が問われている。「その空気の全体の気圧＝乾燥空気の分圧＋水蒸気分圧」なので、「乾燥空気の分圧＝全体の気圧－水蒸気分圧」となります。
全体の気圧は1008hPaですが、水蒸気分圧が分からないので求めます。飽和水蒸気密度26gm^ｰ3で相対湿度50％から、この空気塊にはρ＝13gm^ｰ3(0.013kgm^-3)の水蒸気が含まれていることが分かる。
p=ρRTに数値を代入すると、p=0.013kgm^-3×461(J/Kg･K)×300Ｋ
計算すると1797.9N/m²⇒1800Pa⇒18hPa
「乾燥空気の分圧＝全体の気圧－水蒸気分圧」なので、1008－18＝990（hPa）以上
④が正解

55回　問2　空気塊を断熱的に持ち上げたときの相対湿度

今、1,000hPaの相対湿度が50％なので、この空気塊には25℃の飽和水蒸気圧…31.7hPaの50％の水蒸気圧がかかっている。また、気圧が1,000hPaから900hPaまで下がっているので、その90％ということで…31.7×0.5×0.9=14.265　気温減率は、乾燥断熱減率で15℃に下がるので、その時の飽和水蒸気圧は、17hPa。（14.265/17）×100＝83.9　よって、ニアリーイコール　84％

正解は④

56回　問2　湿潤大気中で空気塊を持ち上げたときの気温等の変化

問2　湿潤大気中で空気塊を持ち上げたときの気温等の変化について述べた次の文章の空欄(a),(b)に入る数値の組み合わせとして最も適切なものを,下記の1~5の中から1つ選べ。ただし,乾燥断熱減率は10℃/km,湿潤断熱減率は5℃/km とする。

地上(高度0km)で気温が25℃,高度3km で気温が5℃の大気中において,周囲の空気と混合せずに断熱的に地上から上昇した空気塊の自由対流高度が3kmとなった。
このとき,持ち上げ凝結高度は(a)km,そこでの空気塊の温度は(b)℃となる。

湿潤空気なので気温減率は、5℃/kmである。上昇した空気塊が自由対流高度に達したということは、その空気塊の気温が周囲と等しい5℃になったということを意味している。この時の高度が3kmなので、気温減率5℃/kmで降ろしていくと持ち上げ凝結高度に達するはず。一方、地上25℃の空気塊の気温はは乾燥断熱減率10℃/kmで下がっていき、2つの交点が持ち上げ凝結高度ということで確定する。

正解は②　求める持ち上げ凝結高度をＨとすると、

25－10Ｈ－5（3－Ｈ）＝5と表せる。計算するとＨ＝1

参照　https://kishoyohoshi.com/archives/13938.html

57回　問2　対流圏と成層圏の経度平均した7月の気温・風速の東西成分

問2 対流圏と成層圏の経度平均した7月の月平均の気温及び風速の東西成分について述べた次の文章の空欄(a)~(c)に入る語句の組み合わせとして適切なものを,下記の1~5の中から1つ選べ。

成層圏の気温は,オゾンの紫外線吸収に伴う加熱量の違いから,(a)の方が高い。南北両半球の中緯度の風速の東西成分の鉛直分布を対流圏から上部成層圏まで高度に沿ってみていくと,南北両半球ともに対流圏界面付近で西風が極大となり,下部成層圏には西風の弱い高度があって,そこから上空に向かって北半球では(b),南半球では(c)おおむね高度が高いほど強くなっている。

(a)7月は北半球のほうが受け取る紫外線量が多いため、北極のほうが気温が高くなります。

（ｂ）内容は、成層圏上部の風の話です。北半球では気温が高い北極側を右に見て風が吹くので東風。反対に、南半球では気温が高い方を左に見て西風が吹きます。

（ｂ）南北両半球の中緯度の風速の東西成分の鉛直分布を対流圏から上部成層圏まで高度に沿ってみていくと,南北両半球ともに対流圏界面付近で西風が極大となり,下部成層圏には西風の弱い高度があって,そこから上空に向かって北半球では(b)　　北半球では東風に変わり、南半球では西風のままということになるようです。

（ｃ）成層圏の気温は,オゾンの紫外線吸収に伴う加熱量の違いから,(a)の方が高い。,南半球では(c)おおむね高度が高いほど強くなっている。

正解は④

58回　問2　湿潤空気における水蒸気の気体定数の値や水蒸気量　苦手克服

問2　湿潤空気における気体定数や水蒸気量について述べた次の文章の空欄(a)、(b)に入る数値の組み合わせとして適切なものを、次の1~5の中から1つ選べ。ただし、乾燥空気の平均分子量及び水蒸気の分子量はそれぞれ29と18であり、乾燥空気の気体定数は287Jkg^ｰ1K^ｰ1、27℃の飽和水蒸気圧は36hPaとする。

理想気体における一般気体定数と乾燥空気及び水蒸気の気体定数の関係から、水蒸気の気体定数の値は約(a)Jkg^ｰ1K^ｰ1である。ある湿潤空気の温度が27℃、相対湿度が50%とすると、水蒸気の状態方程式から、この湿潤空気1m³あたりの水蒸気の質量は約(b)kgである。

(a)pv=ｎRTで、n=m/M(分子量Mの気体がm（kg）存在する）n=モル数
モル質量を使った状態方程式にすると　n=m/MからM=m/n（kg/モル数）…1モルあたりの質量　pv=MRTを導く。
知りたいのは、Ｒ：「水蒸気の気体定数の値」なので
ＭＲ＝pv/Ｔ（一定）なので　ＭＲ＝29×287＝18×？　計算すると462となります。
(b)この湿潤空気1m³あたりの水蒸気の質量は、
p=ρRTから36（hPa)×100×50(%)=ρ×462×（27＋273）　ρ＝0.013(kg/m³)
よって、正解は③

59回　問2　湿球温度　混合比　仮温度

問2 大気中の水蒸気量の指標のひとつである湿球温度について述べた次の文章の下線部(a)~(c)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。

湿球温度計に通風される未飽和の空気(温度 To)の混合比をW₁、湿球を通過した空気の混合比をW₂とし、W₁、W₂それぞれを飽和混合比とする温度をT₁、T₂とすると、(a)T₁は仮温度、T₂は湿球温度で、(b)T₁くT₂である。混合比の差△w=W₂-W₁に相当する水の蒸発によって温度が変化していることから、蒸発の潜熱をL、定圧比熱をCpとすれば、(c)L△w=Cp(T_o-T₂)という関係が成り立つ。

(a)誤　w₂を混合比とする時のT_２が湿球温度なのはいいとして、T₁が「仮温度」って・・・違いますね。仮温度は、「仮想の空気の温度のことで、湿潤空気と同じ密度（重さ）を乾燥空気であらわした場合の温度のこと」なので、（a）は誤り
(b)正
(c)正
よって、正解は③学科一般~過去問私的解説&ヒント~第59回気象予報士試験・問2 | 晴ノート（はれのーと）

60回　問2　混合比と持ち上げ凝結高度

問2　水蒸気の混合比12.4g/kg、温度26℃、水蒸気の混合比12.4g/kgの地表近くの空気塊の持ち上げ凝結高度と、その高度まで持ち上げたときの空気塊の飽和水蒸気圧の組み合わせとして適切なものを、下記の1~5の中から1つ選べ。ただし、乾燥断熱減率は10℃/kmとし、温度と飽和水蒸気圧の関係、及び高度と気圧の関係は以下の表で与えられている。また、水蒸気の混合比は次の式で近似できるとする。

空気塊の水蒸気が凝結していなければ、混合比は気温や気圧が変わっても保存されます。選択肢から仮に空気塊の持ち上げ凝結高度が800ｍだとすると、断熱気温減率 10℃/km から、空気塊の温度は「 26℃ – 8℃」で「18℃」表から、この時の飽和水蒸気圧は21hPa。表から、800ｍの気圧は920hPa。

上式に、代入して計算すると14.2g/kg。水蒸気の混合比12.4g/kgと一致しない。

同様にして、1000mで900hPa、1000ｍなので「26℃ｰ10℃=16℃」このときの飽和水蒸気圧は18hPa。上式で計算すると水蒸気の混合比12.4g/kgと一致する。よって、1000ｍ、18hPa　④が正解

61回　問2　放射平衡温度　ステファンボルツマン

問2 放射平衡温度について述べた次の文章の空欄(a)~(c)に入る数値及び式の組み合わせとして適切なものを、下記の1~5の中から1つ選べ。

地球が黒体放射していると仮定すると、地球から放出される長波放射エネルギーは放射平衡温度の(a)乗に比例する。また、地球のアルベドをAとすると地球が吸収する短波放射エネルギーは(b)に比例する。放射平衡の状態ではこの2つのエネルギーが釣り合っている。これらの関係から、地球のアルベドが0.3から0.35に変化して放射平衡温度がT₁からT₂に変化したとすると、放射平衡温度 T₂は(c)×T₁となる。