山沿いの学校で観測した寒冷前線の通過
山沿いの学校で、理科部が6時から18時まで2時間ごとに気象を観測した。6時は気温8.0℃、気圧1018hPa、風向西南西、風速2m/s、湿度65%、雲量20%だった。9時は10.5℃、1015hPa、西南西3m/s、湿度70%、雲量40%。12時は14.0℃、1010hPa、南5m/s、湿度75%、雲量80%。15時は11.0℃、1004hPa、西9m/s、湿度90%、雲量100%で、1時間に8mmの雨が降った。18時は6.0℃、1008hPa、北西12m/s、湿度80%、雲量60%で雨はやんだ。気圧は15時を最低としてその後上がり、風向は南から西、北西へ変わった。生徒は「雨の降り始めと、これから夜間に気温がどうなるか」を話し合っている。観測地点は標高300mで、周囲に大きな建物はない。気温は百葉箱、気圧はアネロイド気圧計、風向風速は屋上の風向風速計で測った。天気図は見ていないが、西から気圧の谷が近づいている可能性を教師が示唆した。雨量計は転倒ます式で、15時までの1時間雨量を記録した。湿度は毛髪湿度計で、目盛りは1%単位。観測は同じ生徒が行い、機器の点検も済ませた。空は12時には高積雲が広がり、15時には黒い雲が低く垂れていた。
1. 15時前後に通過した天气の境界は何と考えられるか。気温、気圧、風向、湿度、雨の記録を根拠に説明せよ。
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寒冷前線の通過と考えられる。根拠は、12時から15時にかけて気温が14.0℃から11.0℃へ下がり、湿度が90%に上がって雨が降り、気圧が1010→1004hPaへ下がったこと。風向が南から西、北西へ変わり、風速が5→9→12m/sと強まったこと。 寒冷前線では、寒気が暖気の下にもぐり込み、暖気が急に持ち上げられて積乱雲ができ、短時間に強い雨が降る。通過後は気温が下がり、気圧が上がり始め、風向が北西に変わる。18時に気圧が1008hPaへ上がり、雨がやんだことも通過後の特徴と一致する。
2. 15時に強い雨が降った理由を、空気の動きと水蒸気の変化から説明せよ。
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南から暖かく湿った空気が流れ込み、下に冷たい空気が入り込むと、暖気が持ち上げられる。上昇すると気圧が下がって膨張し、温度が下がる。水蒸気が凝結して水滴や氷粒になり、雲粒が成長して雨粒となる。 寒冷前線の斜面は急なので上昇気流が強く、積乱雲が発達し、短時間に8mmの強い雨になった。湿度90%という記録も、水蒸気が多い状態と一致する。
3. 18時の記録から、翌朝の気温と気圧がどうなると予想するか。理由を付けて答えよ。
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翌朝は18時より気温が下がり、気圧は上がっていると予想する。寒冷前線通過後は冷たい空気に覆われ、夜間に放射冷却も加わるため、6.0℃より低くなる可能性が高い。気圧は18時1008hPaで上昇に転じており、高気圧に近づけばさらに上がる。 ただし、風が弱まると放射冷却で気温が下がりやすい一方、雲が残ると下がりにくい。予想は「気温は下がる、気圧は上がる」を基本にし、雲量と風速の翌朝の観測で修正する。