I21中層大気の運動10問

①下部成層圏では、高緯度で生成・蓄積されたオゾンがプラネタリー波により低緯度に運ばれる。🟢

オゾンは、紫外線による光化学反応で主に低緯度の成層圏で生成されます。
生成されたオゾンは、プラネタリー波やブリューワー・ドブソン循環によって中高緯度へ運ばれ、下降して蓄積されます。この輸送は冬季に活発化するため、冬季から春季にかけて中高緯度の下部成層圏でオゾン量が増加します。したがって、下部成層圏では、「高緯度」ではなく「低緯度」で生成・蓄積されたオゾンがプラネタリー波により「低緯度」ではなく「高緯度」に運ばれますので、答えは誤です。

②１月の北半球中高緯度における経度方向に帯状平均した東西風は、成層圏ではほぼ西風、中間圏ではほぼ東風となっている。🔴

１月の北半球中高緯度における経度方向に帯状平均した東西風は、成層圏ではほぼ西風、中間圏でもほぼ「東風」ではなく「西風」となっていますので、答えは誤です。

③成層圏突然昇温は対流圏からのプラネタリー波の伝播により引き起こされ、下層から昇温が始まる。🟢

成層圏突然昇温は、プラネタリー波（＝対流圏の偏西風の大きな蛇行）と、それに伴う成層圏へのエネルギーの伝播によって引き起こされます。また、下図は1952年に成層圏突然昇温が初めて発見されたときのベルリン上空における気温の時間変化です。

上図を見ると、15hPa（高度約30km）→ 25hPa（高度約24km）→ 100hPa（高度約16km）と、上層から昇温が始まり、気温が急激に上昇していることが分かります。したがって、成層圏突然昇温は対流圏からのプラネタリー波の伝播により引き起こされ、「下層」ではなく「上層」から昇温が始まりますので、答えは誤です。

④赤道付近の成層圏では、東風と西風が約２年周期で入れ替わる準二年周期振動が観測される。🔴

準二年周期振動（quasi-biennial oscillation：QBO）とは、赤道域の下部成層圏で、東風と西風が約26か月ごとに交代する現象のことです。
下図（カントン島における下部成層圏の月平均東西風の時間・高度変化図）をみると、東西風の変化が約２年周期で発生していることが分かります。

したがって、赤道付近の成層圏では、東風と西風が約２年周期で入れ替わる準二年周期振動が観測されていますので、答えは正です。

⑤北半球中高緯度の成層圏で、夏季に等高度線が北極付近を中心とする同心円状になるのは、対流圏で励起されたプラネタリー波が成層圏に伝播しなくなるためである。

プラネタリー波とは、偏西風が大規模な山脈や地形にぶつかることで、対流圏に生じる非常に大きな停滞性の大気の波動であり、
波数が１～３、波長は約10,000km以上に達します。
プラネタリー波は偏西風（＝対流圏の西風）によって励起されますので、成層圏も西風である場合、プラネタリー波の波動のエネルギーを成層圏に効率よく伝播させることができるという特性があります。

しかし、成層圏が東風の場合、風向が偏西風とは逆向きで波動のエネルギーが分散しやすくなるため、プラネタリー波の波動のエネルギーを成層圏に伝播することが困難になります。

このため、成層圏において、西風が吹いている冬半球ではプラネタリー波が伝播しやすく、東風が吹いている夏半球では伝播しにくくなります。

実際に、北半球の成層圏が夏半球の時と冬半球の時の天気図を比較すると、夏半球の時は、北極付近に高気圧があり、中高緯度で東風、等温線および等高度線はともに同心円状になっていることが分かります。
一方、冬半球では、北極付近に低気圧があり、その周辺で西風が蛇行しています。
したがって、北半球中高緯度の成層圏で、夏季に等高度線が北極付近を中心とする同心円状になるのは、対流圏で励起されたプラネタリー波が成層圏に伝播しなくなるためですので、答えは正です。

⑥一般的に、上部成層圏の気温の鉛直勾配は下部成層圏に比べて大きい。

上部成層圏は下部成層圏に比べて、上空に行くほど気温が大きく変化しています（＝気温の鉛直勾配が大きくなっています）。
その理由は、オゾンの紫外線吸収による大気の加熱が関係しています。

オゾンは、生成・消滅の過程で紫外線を吸収し、大気を加熱しますので、その加熱率は
① 紫外線の量が多い上層ほど
② 酸素分子の数が多い下層ほど
③ 熱容量が小さい上層ほど
大きくなります。

その結果、成層圏の大気の加熱量は、上空ほど大きくなるため、上部成層圏の方が気温の鉛直勾配が大きくなるのです。

したがって、一般的に、上部成層圏の気温の鉛直勾配は下部成層圏に比べて大きいので、答えは正です。

⑦成層圏と中間圏では、北半球の夏季の気温は北極付近で最も高くなる。

下図（１月の平均気温の緯度・高度分布図）のように、成層圏では、夏半球で気温が高く、冬半球で気温が低くなっており、中間圏では、夏半球で気温が低く、冬半球で気温が高くなっています。
これは、成層圏ではオゾンの紫外線吸収による大気の加熱、中間圏では大気の大規模循環による空気の断熱変化が関係しています。

成層圏では、オゾンが紫外線を吸収することで大気が加熱されるため、日射量の多い夏半球の北極付近で最も気温が高くなります。

一方、中間圏では、大気の大規模循環による空気の断熱変化により、夏半球では上昇気流による断熱膨張によって気温が低くなるのに対し、冬半球では下降気流による断熱圧縮によって気温が高くなります。
したがって、北半球の夏季の気温は、成層圏では北極付近で最も高く、中間圏では最も低くなるため、答えは誤です。

⑧７月の成層圏内の高度30km～50km付近は、北極周辺が全球の中で最も気温が低く、北極を中心とする高層天気図で見ると、気圧の等高度線が北極を中心とする同心円状の低気圧となっている。

成層圏に存在するオゾン層は、太陽の紫外線を吸収することで、大気を暖めます。特に、夏季の北極は１日中日射が当たる白夜となるため、日射量が他の緯度帯より大きくなります。これにより、オゾン層が太陽の紫外線を１日中吸収し、大気を加熱することで、夏季の成層圏は、北極付近で気温が最も高くなり、高気圧が形成されます。

下図は、1975年7月2日の北極を中心とした成層圏（5hPa（＝高度約35〜37km））の天気図です。

上図を見ると、気温は赤道から中緯度に向かって次第に高くなり、北極周辺で最も高いことがわかります。

また、北極付近で等圧面高度が最も高くなっており、北極を中心とする同心円状の高気圧となっていることもわかります。

したがって、７月の成層圏内の高度30km～50km付近は、北極周辺が全球の中で最も気温が「低く」ではなく「高く」、北極を中心とする高層天気図で見ると、気圧の等高度線が北極を中心とする同心円状の「低気圧」ではなく「高気圧」となっていますので、答えは誤です。

⑨１月の成層圏内の高度30km～50km付近は、一般に北極周辺が全球の中で最も気温が高く、高気圧となっている。

下図は、1975年12月31日の北極を中心とした成層圏（5hPa（＝高度約35〜37km））の天気図です。

図を見ると、気温は赤道から中緯度に向かって次第に低くなり、北極周辺で最も低いことが分かります。

また、北極付近で等圧面高度が最も低くなっており、北極を中心とする低気圧となっていることも分かります。

したがって、１月の成層圏内の高度30km～50km付近は、一般に北極周辺が全球の中で最も気温が「高く」ではなく「低く」、「高気圧」ではなく「低気圧」となっていますので、答えは誤です。

⑩１月の北極付近の成層圏内の高度30km～50km付近は７月と比べて、等高度線は同心円状ではなく南北に蛇行しており、しばしばアリューシャン列島付近に低気圧が現れる。

アリューシャン列島とは、アラスカからカムチャツカ半島へ連なる諸島群です。
下図は、1975年12月31日の北極を中心とした成層圏（5hPa（＝高度約35〜37km））の天気図です。
図では、アリューシャン列島は等高度線が密な部分にかかっていますが、少し南側の北部太平洋に高気圧が出現していることがわかります。

ちなみに、この高気圧は、冬季にアリューシャン列島付近に比較的長い期間に存在することから、アリューシャン高気圧と呼ばれます。
したがって、１月の北極付近の成層圏内の高度30km～50km付近は７月と比べて、等高度線は同心円状ではなく南北に蛇行しており、しばしばアリューシャン列島付近に「低気圧」ではなく「高気圧」が現れますので、答えは誤です。