S6数値予報のデータ27問

①極軌道気象衛星NOAAで得られた気温や水蒸気の鉛直分布のデータは、全球モデルやメソモデルの客観解析で利用されている。

極軌道気象衛星NOAAは、多波長の赤外放射による観測を行っており、その結果から気温や水蒸気量などの鉛直分布を算出して通報しています。このデータは全球モデル
やメソモデルの客観解析に利用されていますので、答えは正です。

②全球モデルとメソモデルの降水予測結果が異なるとき、その要因は、水平格子間隔の違いによる地形性降水の違いや、データ同化に用いられる観測データの違いによるものであり、積雲対流過程などの物理過程の違いが要因となる割合は非常に小さい。

全球モデルとメソモデルの降水予測結果が異なる理由は、単に水平格子間隔の違いや観測データの違いだけではありません。
全球モデルは水平格子間隔が約13km と大きいため、地形の影響や局地的な収束を十分に捉えられず、弱い降水を広範囲に予想する傾向があります。
一方、メソモデルは格子間隔が５km と狭いため、地形や収束の影響が大きいときは局所的に強い降水を予想する傾向があります。
さらに、両モデルでは積雲対流過程などの物理過程の表現方法も異なっており、この違いが降水の強さや分布に大きく影響します。
したがって、全球モデルとメソモデルの降水予測結果が異なるとき、積雲対流過程などの物理過程の違いが要因となる割合は「非常に小さい」ではなく「大きい」ので、答えは誤です。

③台風周辺の初期値の精度向上のため、台風の中心気圧や強風域などの情報に基づいて推定された台風周辺の気圧や風の分布が、疑似的な観測データとして客観解析に利用されている。

台風は主に海上で発生・発達するため、中心付近の気圧や風などの観測データが十分に得られないことが多いです。
この観測データの不足を補うために、台風の中心気圧や強風域などの情報をもとに、台風周辺の気圧や風の分布を疑似的に計算し、仮想的な観測データを作成します。
この疑似データを台風ボーガスといい、客観解析に取り入れることで、台風の中心位置や構造をより正確に初期値として反映させることができます。
結果として、数値予報モデルの初期値の精度が向上し、台風の進路予測の精度も向上します。したがって、答えは正です。

④解析雨量図の格子間隔は１kmで、メソモデルの格子間隔に比べて細かいので、客観解析には解析雨量データを利用することはできない。

解析雨量図の水平格子間隔は１km で、メソモデルの水平格子間隔５km より細かいため、そのままではメソモデルの客観解析に利用できません。
しかし、１km 格子の解析雨量データを５km 格子に集約して平均化し、さらに４次元変分法でデータ同化を行うことで、客観解析に利用されています。
したがって、解析雨量データはメソモデルの客観解析に「利用することはできない」ではなく「利用されています」ので、答えは誤です。

⑤ラジオゾンデ観測による高層風の観測データは、観測点の高度や位置が観測するたびに異なるので、客観解析には利用されていない。

ラジオゾンデによる高層風の観測データは、観測地点の高度や位置が観測するたびに異なりますが、そのまま客観解析に利用されています。
これは、観測値が数値予報モデルの第一推定値と比較され、異常値を除外したうえで格子点に補間されるためです。
また、ラジオゾンデのデータはウィンドプロファイラや気象衛星の観測データと組み合わせて使われることで、より正確な風の解析が可能になります。
したがって、ラジオゾンデ観測による高層風の観測データは、客観解析には「利用されていない」ではなく「利用されています」ので、答えは誤です。

⑥台風ボーガスの作成には、衛星データなどから解析された台風速報解析の台風中心位置、中心気圧、強風半径などが利用されている。

台風ボーガスとは、実際の台風の位置や強さの情報をもとにして、数値予報モデルの中に、人工的に作られた理想的な台風の形を入れ込み、台風の動きや影響をより正確に予測するための方法です。
（ボーガスとは、英語で「bogus」と書き、「偽物の」や「偽りの」という意味があります。）台風ボーガスの作成には、衛星データなどから解析された台風速報解析が利用されています。
具体的には、台風速報解析の台風中心位置、中心気圧、強風半径などのデータをもとにして、数値予報モデルの初期値に仮想的な台風を再現します。
これにより、実際の台風の特徴を数値予報モデルに正確に反映させることができ、予測精度の向上につながっています。
したがって、台風速報解析のデータは台風ボーガスの作成に利用されていますので、答えは正です。

⑦数値予報モデルの格子点と観測点が一致する場合は、観測データを真の値と考え、これをそのまま解析値とする。

解析値は、複数の格子点の第一推定値と複数の観測点の観測値が最も適合するように決められるので、格子点と観測点が一致していても、観測データをそのまま解析値とすることはありません。したがって、答えは誤です。

⑧観測データの少ない海洋上の解析値の精度は、予報解析サイクルを繰り返すことである程度改善できる。

海洋上は観測点が少なく、観測データが不足しているため、第一推定値（初期の解析値）の精度が十分でないことがあります。
しかし、海洋上では、気温場などが風上からの移流によって大きく影響されるため、予報解析サイクルを繰り返すことで、前回の予測結果をもとに風の影響を考慮しながら解析値を修正し、精度をある程度改善することができます。
したがって、観測データの少ない海洋上の解析値の精度は、予報解析サイクルを繰り返すことである程度改善できますので、答えは正です。

⑨観測データを第一推定値と比較し、その差があらかじめ定められた基準よりも大きい観測データは客観解析に用いられない。

客観解析では、観測データを第一推定値と比較し、その差があらかじめ定められた基準より大きい場合、そのデータは解析に使われません。
これは、誤差の大きい観測データをそのまま解析に用いると、その地点の解析精度が大きく低下し、結果として予報の精度も悪くなるのを防ぐためです。
観測データの誤差には、観測機器の故障や較正不良による誤差、人為的な入力ミス、情報伝達時の通信エラーなどがあり、これらをチェックして異常なデータを除外することで、より正確な解析と予報が可能になります。
したがって、観測データを第一推定値と比較し、その差があらかじめ定められた基準よりも大きい観測データは客観解析に用いられませんので、答えは正です。

⑩４次元変分法では、飛行機や船舶などで行われている観測時刻が不規則なデータや、１時間降水量のように予報変数にない観測データを総合的に初期値の作成に精度良く取り込むことができる。

４次元変分法では、数値予報の初期値を作成する際に、時間的に不規則な観測データや予報変数にない観測データを効果的に取り込むことができます。
例えば、飛行機や船舶などから得られる観測データは時刻が一定でないことが多いですが、４次元変分法は解析対象の前後数時間の観測をまとめて扱い、時間の変化を考慮しながらデータを同化します。
また、１時間降水量のように直接的に予報変数として扱われていない観測データも、物理法則や数値モデルの仕組みを使って間接的に関連する大気の状態に変換し、初期値に反映させることが可能です。
したがって、４次元変分法では、飛行機や船舶などで行われている観測時刻が不規則なデータや、１時間降水量のように予報変数にない観測データを総合的に初期値の作成に精度良く取り込むことができますので、答えは正です。

⑪客観解析に４次元変分法を導入したことにより、数値予報の初期時刻と異なる時刻に観測されたデータをより有効に利用できるようになった。

４次元変分法とは、大気の状態を空間だけでなく時間も含めた４次元で解析する手法です。
これにより、数値予報の初期時刻とは異なる時間に観測されたデータも、その前後の時間の情報と合わせて連続的に取り込むことができます。
具体的には、初期時刻の前後に得られた観測データを時間軸に沿って調整し、数値モデルの物理法則と整合させながら解析値を修正します。
その結果、単に初期時刻の観測だけを使う場合に比べて、より多くの観測データを活用できるため、初期値の精度が向上します。
したがって、客観解析に４次元変分法を導入したことにより、数値予報の初期時刻と異なる時刻に観測されたデータをより有効に利用できるようになりましたので、答えは正です。

⑫全球解析、メソ解析及び局地解析に取り込まれる観測データには、同じ解析対象時刻・同じ領域で比べても、違いがある。その理由の一つは、各客観解析によって、解析対象時刻から計算処理を開始するまでの時間が異なることである。

数値予報の初期値を作る際には、観測データの収集時間と解析の目的によって取り込まれるデータが異なります。全球解析は広範囲のデータを高い精度で反映させるため、観測データの収集時間を長めに設定し、遅れて届くデータも含めて処理します。
一方、局地解析は速報性を重視し、解析開始までの時間を短くして、すぐに利用できる観測データだけを使います。
このように、解析ごとにデータ収集の時間が異なるため、同じ解析対象時刻や領域でも取り込まれる観測データに違いが生じるのです。したがって、答えは正です。

⑬数値予報モデルの予報変数は、気圧、気温（温位）、相当温位、風向・風速、比湿の５つの気象要素である。

数値予報モデルの予報変数は気圧、気温（温位）、風向・風速、比湿の４つです。
相当温位は、気温と比湿から計算によって求められる導出変数であり、数値予報モデルが直接扱う予報変数ではありません。
数値予報では、基本的な大気の状態を表す変数を用いて計算を行い、相当温位はその結果から後で算出されるものと理解しておきましょう。
したがって、数値予報モデルの予報変数は、「気圧、気温（温位）、相当温位、風向・風速、比湿」の５つではなく「気圧、気温（温位）、風向・風速、比湿」の４つですので、答えは誤です。

⑭基礎方程式において、温位の時間変化は熱エネルギー保存則によって表される。

温位とは、空気塊を断熱的に1000hPaまで移動させたときの温度のことです。
温位の変化は以下の熱力学方程式によって表されます。
温位の時間変化＝移流効果＋非断熱過程に伴う温位の変化
移流効果とは、風によって温位が運ばれる現象のことです。
非断熱過程とは、放射冷却や潜熱の放出・吸収など熱の出入りを伴う現象のことです。
つまり、温位の時間変化は単に空気の運動だけでなく、熱の出入りも考慮した熱エネルギー保存則に基づいているため、答えは正です。

⑮下記の式は、気象庁の全球モデルで用いられる、大気の水平風に関する基礎方程式である。格子点における物理量の時間変化＝移流による変化＋コリオリ力による変化＋気圧傾度力による変化＋パラメタリゼーション項移流による変化とは、ある時刻の物理量が空間的に変化しているときに、大気の移動によって格子点に現れる物理量の時間変化を表す。

気象庁の全球モデルで用いられる大気の水平風の基礎方程式は、ニュートンの第二法則を水平方向に適用したもので、風の変化をいくつかの要素の和として表しています。
式で書くと、以下のようになります。
格子点における物理量の時間変化＝移流による変化＋コリオリ力による変化＋気圧傾度力による変化＋パラメタリゼーション項
移流による変化とは、風が周囲の物理量を運ぶことでその地点の値が時間とともに変わることを意味します。
コリオリ力による変化とは、地球の自転によって生じるコリオリ力が風の向きを変えることを意味します。
気圧傾度力による変化とは、気圧の傾きによって生じる気圧傾度力が風を変化させることを意味します。
パラメタリゼーション項とは、モデルの格子点で直接計算できない小規模な現象を表現するための項で、摩擦力などの効果を含みます。
これらの要素を総合的に考慮することで、大気の水平風の時間変化を正確に予測することが可能ですので、答えは正です。

⑯静力学平衡近似を用いた数値予報モデルでは、鉛直流は連続の式によって求めている。

静力学平衡近似を用いた数値予報モデルでは、鉛直方向の運動は重力と気圧傾度力がほぼ釣り合っていると仮定し、鉛直加速度の時間変化を無視します。
そのため、鉛直流を運動方程式から直接求めることはできません。
代わりに、水平風の収束や発散を表す連続の式（質量保存則）を使って、各高度での鉛直流の変化から鉛直速度を計算します。
したがって、静力学平衡近似を用いた数値予報モデルでは、鉛直流は連続の式によって求めていますので、答えは正です。

⑰大気中における降雪の融解や降水の蒸発の効果は予測結果への影響が小さいことから、数値予報モデルでは計算されていない。

降雪の融解や降水の蒸発は、大気中の温度やエネルギー収支に大きな影響を与えます。
これらの過程では潜熱の出入りが生じるため、数値予報モデルでは必ず計算されています。
全球モデルをはじめとする数値予報モデルは、水の相変化に伴う物理過程を再現することで、気温や降水の予測精度を高めています。
したがって、大気中における降雪の融解や降水の蒸発の効果は予測結果への影響が「小さい」ではなく「大きい」ため、数値予報モデルでは「計算されていない」ではなく「計算されています」ので、答えは誤です。

⑱700hPa付近の高度では、鉛直p速度は保存量とみなすことができるので、メソスケールのじょう乱の追跡に利用できる。

700hPa付近の鉛直p速度は保存量ではないため、メソスケールの乱れの追跡に利用することはできません。保存量とは、時間や場所が変わっても一定の値を保つ物理量のことで、例えば渦位や相当温位がこれにあたります。
一方、鉛直p速度は大気の上昇や下降を示すもので、地形の影響や気圧配置の変化によって常に変動するため、保存量とは言えません。
つまり、鉛直p速度はどの高度においても保存量とみなすことができませんので、メソスケールのじょう乱の追跡には利用できません。したがって、答えは誤です。

⑲基礎方程式に含まれる移流の効果の大きさは、ある時刻における物理量が空間的に変化しているときに、大気の運動による格子点の物理量の時間変化を表している。

移流とは、大気中の風によって温度や湿度などの物理量が運ばれる現象のことです。
基礎方程式における移流の効果は、ある時刻において物理量が空間的に変化している場合、その物理量が風によって移動することで格子点での時間変化をもたらすことを表しています。
つまり、風速と物理量の空間的な勾配が組み合わさることで、格子点の物理量が変化するということです。
したがって、基礎方程式に含まれる移流の効果の大きさは、ある時刻における物理量が空間的に変化しているときに、大気の運動による格子点の物理量の時間変化を表していますので、答えは正です。

⑳基礎方程式の時間変化率を求める過程は、力学過程と物理過程に分けられ、物理過程は力学過程以外の外力、非断熱加熱、相変化に伴う加湿の効果を計算する部分と、それらの計算に必要な大気以外とのやりとりや内部的な変化を考慮する部分をあわせた部分を指す。

基礎方程式の時間変化率を求める過程は、力学過程と物理過程に分けられます。
力学過程とは、気圧傾度力やコリオリ力、移流など大気の運動に関わる力学的な変化を計算し、これらの時間変化率を求めて時間積分を行う部分を指します。
物理過程とは、力学過程以外の外力や非断熱加熱、雲の相変化に伴う加湿などの効果を計算する部分であり、放射過程や乱流、地表面とのエネルギー交換も含まれます。
つまり、力学過程が大気の大規模な流れの変化を扱うのに対し、物理過程はそれ以外の熱や水分のやりとりを扱い、これらを組み合わせて大気の時間変化を表現しています。したがって、答えは正です。

㉑渦度の鉛直成分はじょう乱の追跡に有効な物理量であり、総観規模のじょう乱の追跡には850hPa面が適している。

渦度の鉛直成分は、じょう乱の追跡に有効な物理量ですが、総観規模のじょう乱を追跡する場合には850hPa面ではなく 500hPa面が適しています。
これは、総観規模の大気運動において、水平発散がほぼゼロとなり、渦度の鉛直成分がほぼ保存されるのが対流圏中層の 500hPa面だからです。
一方、850hPa面は地表に近く収束や発散が顕著で、渦度の保存性が低いため、総観規模のじょう乱の追跡には適していません。
したがって、総観規模のじょう乱の追跡には、「850hPa面」ではなく「 500hPa面」の渦度の鉛直成分が適していますので、答えは誤です。

㉒700hPa面の湿数の分布は、中・下層雲の広がりの解析・予測などに用いられる。

湿数とは、気温から露点温度を引いた値のことです。　　　　　　　　　　　
700hPa面は地上から約3000m の高さにあり、この高さの湿数の分布を見ることで湿潤な空気の広がりを把握できます。
湿数が小さい領域は湿潤で、相対湿度が高く、中・下層に発生する雲が広がりやすい場所を示しています。したがって、700hPa面の湿数分布を利用することで、中・下層雲の分布や広がりを解析・予測することが可能ですので、答えは正です。

㉓熱力学方程式の「非断熱過程に伴う温位の変化」の項には、断熱圧縮による昇温が含まれている。

熱力学方程式における「非断熱過程に伴う温位の変化」の項には、断熱圧縮による昇温は含まれません。
これは、断熱過程では温位が変化しないためです。
温位とは、空気塊を断熱的に1000hPaまで移動させたときの温度ですので、空気塊が断熱的に圧縮されて温度が上がっても、温位自体は変わらず保存されます。
一方、非断熱過程とは外部との熱交換がある場合を指し、この項には太陽放射による加熱や赤外放射による加熱・冷却、さらに水蒸気の凝結で放出される潜熱による加熱といった、熱の出入りを伴う現象のみが含まれます。
したがって、熱力学方程式の「非断熱過程に伴う温位の変化」の項には、断熱圧縮による昇温が「含まれている」ではなく「含まれていません」ので、答えは誤です。

㉔空気密度の時間変化は、集まった空気が上昇しても下降しても質量が保存される質量保存則によって表される。

空気密度の時間変化を表す方程式は質量保存則（連続の式）といわれ、次式で表されます。
空気密度の時間変化＝移流効果＋発散・収束による密度変化
これは、空気が上昇しても下降しても、その質量は変わらないという基本的な物理法則に基づいています。
具体的には、空気塊が上昇すると気圧が下がり空気が膨張して密度が減少し、空気塊が下降すると気圧が上がって空気が圧縮され密度が増加します。
このような密度の変化は、風によって空気が運ばれる移流効果と、空気塊の発散や収束による密度変化の２つの要素によって説明されます。
したがって、空気密度の時間変化は、集まった空気が上昇しても下降しても質量が保存される質量保存則によって表されますので、答えは正です。

㉕水蒸気は湿度の時間変化を、移流効果と非断熱過程に伴う加湿の和で表している。

気象学で水蒸気量を表す際は「湿度」ではなく主に「比湿」という保存量を用います。
比湿とは、湿潤空気（＝水蒸気を含む空気）の質量に対する水蒸気の質量の割合のことで、１kgの湿った空気中に何gの水蒸気が含まれているかを表したものです。
比湿の時間変化を表す方程式は水蒸気の輸送方程式（連続の式）といわれ、次式で表されます。
比湿の時間変化＝風による移流効果＋蒸発や凝結などの非断熱過程に伴う加湿
一方、相対湿度は温度の影響を強く受けるため、保存量として適さず、このような輸送方程式で表現することはできません。
したがって、水蒸気は、「湿度」ではなく「比湿」の時間変化を、移流効果と非断熱過程に伴う加湿の和で表していますので、答えは誤です。

㉖水蒸気の連続の式で考慮されている相変化による水蒸気の生成と消滅の項は、乾燥空気の連続の式の項にはない。

水蒸気の連続の式は、外部からの加湿がなければ水蒸気は保存されることを表していますので、蒸発や凝結などの非断熱過程に伴う加湿の項が含まれます。
比湿の時間変化＝風による移流効果＋蒸発や凝結などの非断熱過程に伴う加湿
一方、乾燥空気の連続の式は、未飽和の空気塊について表現したものなので、水蒸気量の変化は考慮していません。
空気密度の時間変化＝移流効果＋発散・収束による密度変化
したがって、水蒸気の連続の式で考慮されている相変化による水蒸気の生成と消滅の項は、乾燥空気の連続の式の項にはありませんので、答えは正です。

㉗パラメタリゼーションは、格子スケールの物理量とサブグリッドスケールの現象との相互作用（コントロールとフィードバック）を表現したものである。

パラメタリゼーションとは、数値予報モデルで扱う格子スケールの大きさよりも小さい現象（サブグリッドスケール）との相互作用（コントロールとフィードバック）を表現する手法のことです。
コントロールとは、格子スケールの大気状態がサブグリッドスケールの現象を支配することを意味します。
フィードバックとは、サブグリッドスケールの現象が格子スケールの場に影響を与えることを意味します。
例えば、大気の大きな流れが小さな雲の発生を促し、その雲が放出する熱が再び大気の大規模な動きに影響を及ぼすといったイメージです。
パラメタリゼーションは、このような双方向のやり取りを数式で表現し、格子の解像度では直接扱えない小さな現象をモデルに反映させることで、より現実に近い気象予測を可能にしています。したがって、答えは正です。