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問3：気温と混合比と気圧
地点A、B、Cにおける地上（高度0m）から高度1000mまでの気層の気温の平均値がそれぞれ TA、TB、TC、混合比がそれぞれqA、qB、qCであり、また、TA＜TB＝TCかつ qA=qB<qC となっている。各地点の地上気圧が等しいとき、地点A、B、Cにおける高度1000mの気圧PA、PB、PCの大小関係として正しいものを下記の①〜⑤の中から1つ選べ。ただし、いずれの地点でも大気は静力学的平衡の状態にあり、重力加速度は一定とする。
① PA＜PB＜PC
「大気は静力学的平衡の状態にあり、重力加速度は一定」ということは、ややこしいことはなしで単純に考えてねってことですね。
ではまず、A、B、Cの気柱を想像します。
気圧はその上にある空気の重さのことですよね。
問題文に「各地点の地上気圧が等しい」とあるので、各地点の上にある空気の重さは等しいわけです。
でも地上から高度1000mまでの空気の重さに差があれば、高度1000mにおける気圧も各地点で違いがあることになります。
ということは、地上から高度1000mまでの気柱A、B、Cの重さを比べれば答えは出るはず。
わかっていることは・・・
- qA ＝ qB → 混合比は等しい。
- TA < TB → 気柱Aより気柱Bの方が気温が高い。
ということは、地上高度1000mまでの空気は、気柱Aより気柱Bの方が軽いことがわかります。
地上での気圧は同じなので、高度1000mでの気圧は「 PA < PB 」ということがわかりました。
次に気柱BとCを比較します。
- TB ＝ TC → 気温は等しい。
- qB < qC → 気柱Bより気柱Cの方が混合比が大きい。
気温が等しく、混合比に差があるとは、どのような空気なのか、想像しましょう。
混合比は湿った空気中の乾燥空気1kgあたりの水蒸気量（g）のことですが・・・
空気というものは、水蒸気が増えれば軽くなるのです。
イメージ図↓
混合比は単位容積あたりの水蒸気密度と乾燥空気密度の比なので、気温が等しいのに混合比が大きいということは、気柱Cの方が水蒸気量が多いということです。
そして気柱Cは、相対的に、水蒸気が多い分だけ乾燥空気の割合が少ないことになります。
混合気体としてイメージする方がわかりやすいかな。
乾燥空気の分子量（1モルあたりの質量）は約29（窒素：酸素＝4：1）にプラスして、分子量18の水蒸気も混合気体の仲間として考えてみましょう。
地上では気柱BもCも気圧は等しいし高度1000mまで気温も等しいので、混合比が相対的に大きい気柱Cは、気柱Bより乾燥空気の量が少なくなるんです。
ということは、分子量の小さな水蒸気が多い分、気柱Cの重さは軽くなります。
その結果、高度1000mにおける気圧は、気柱BよりCの方が大きくなるので「 PB < PC 」。
よって、答えは①の「 PA < PB < PC 」
アボガドロの法則とか、復習しておくといいね。
「気象予報士講座」第 3 章【晴野が解いてみた】第59回の気象予報士試験の学科試験「予報業務に関する専門知識」はこちら
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