観測記録から前線の通過を読み取る
茨城県の学校で、5月のある日、9時から18時まで1時間ごとに気温、気圧、風向、天気を記録した。結果は次のとおりである。9時：気温22.0℃、気圧1008 hPa、風向南、晴れ。11時：24.5℃、1005 hPa、南南西、晴れ。13時：25.0℃、1001 hPa、南西、くもり。14時：23.5℃、999 hPa、南西、雨が降り始める。15時：18.0℃、1003 hPa、西、強い雨と雷。16時：16.0℃、1007 hPa、北西、雨。18時：14.5℃、1010 hPa、北西、晴れ。雨は14時から16時ごろまで降り、15時前後に最も強く降った。この日、日本付近を前線が通過し、茨城県はその前線の近くを通ったと考えられている。気温は13時から15時にかけて6.5℃下がり、その間の天気はくもりから強い雨へと急に変わった。観測を行った生徒の一人は「気圧が最も低かったのは14時なので、天気が最も悪かったのは14時だ」と主張した。先生は、この記録から前線の種類と通過した時刻が読み取れると述べた。
1. 通過した前線の種類と、通過した時刻を、記録を根拠に判断せよ。
Read the worked answer
前線の種類：寒冷前線 根拠を4つ挙げる。
- 気温が通過の直後に急激に下がる（23.5℃→18.0℃と1時間で5.5℃低下）。
- 気圧がいったん下がって最低になり、その直後に急に上がる（999→1003→1007 hPa）。
- 風向が南西→西→北西と時計回りに大きく変わる。
- 雨が短時間に強く降る（14〜16時の約2時間、雷を伴う）。
温暖前線であれば、気温は通過前にゆっくり上がり通過後も大きくは下がらず、雨は広い範囲で長く降り、風向は東寄りから南寄りへ変わる。今回の記録はこれと合わない。
通過した時刻 気温の急降下、気圧の最低から上昇への転換、風向の変化がそろって起きている14時から15時の間。
生徒の主張の検討 気圧が最も低い時刻は前線が最も近い時刻ではあるが、雨が最も強いのは15時であり、「気圧最低＝天気が最悪」と単純には決められない。複数の要素を合わせて判断する必要がある。
2. 14時から16時にかけての気温・気圧・風向の変化を、前線のしくみと関連づけて説明せよ。また、雨が短時間に強く降った理由も述べよ。
Read the worked answer
前線のしくみ 寒冷前線では、冷たい空気が暖かい空気の下にもぐりこみ、暖気を斜面に沿って急に押し上げる。
気温 通過前は暖気の中にあったため気温が高かったが、通過後に冷たい空気に入れかわるため急に下がる。
気圧 前線付近では暖気が持ち上げられて気圧が低くなり、通過して寒気が入ると気圧は上がる。だから最低を示した直後に上昇に転じる。
風向 通過前は暖気の流れに沿って南寄り、通過後は寒気の流れに変わって北西寄りになる。
強い雨の理由 暖気が急に押し上げられて上昇気流が非常に強くなり、積乱雲が発達する。積乱雲はせまい範囲にできるため、雨は降る範囲が狭く、時間も短いが、一度に強い雨となる。雷を伴いやすいのもこのためである。
まとめ 気温・気圧・風向・雨の降り方の4つが、同じタイミングで切り替わっていることを示すのが要点。
3. 18時に晴れているのに気温が14.5℃まで下がっている理由と、翌朝の最低気温がさらに低くなると予想される理由を説明せよ。
Read the worked answer
18時に気温が低い理由
- 前線通過後は冷たい空気（寒気）におおわれているため、日射があっても気温が上がりにくい。
- 風が北西寄りになり、冷たい空気が次々と流れこんでいる（寒気の移流）。
- 空気が乾燥していると、地面から蒸発する熱が少なく、気温が上がりにくい。
翌朝さらに冷えこむ理由
- 晴れていると雲が少ないので、昼間に地面が温められても、夜になると地面から宇宙へ熱が放射されて逃げていく（放射冷却）。雲があれば熱の一部が戻されるが、よく晴れた夜は冷えこみが大きい。
- 乾燥した空気は水蒸気が少ないため、熱をためるはたらきが小さく、気温が下がりやすい。
- 前線通過後は高気圧に覆われて風が弱まると、空気が混ざりにくく、地表付近が特に冷える。
予想 翌日は移動性高気圧に覆われて晴れ、朝はこの日より気温が低くなると考えられる。前線通過後は「気温が下がる」「乾く」「晴れる」の3点セットで冷えこみやすい。