大気と気象（知識）の問題

難易度 3共通テストレベル高校地学大気と気象（知識）

大気中の二酸化炭素濃度は、世界各地の観測所で長期間にわたって連続観測されている。次の表は、緯度の異なる 3 つの観測地点 A〜C について、ある 10 年間の観測結果をまとめたものである。濃度の単位 ppm は、体積比で 100 万分の 1 を表す。

地点	緯度	年平均濃度の 1 年あたりの増加量	1 年の中での濃度変化の幅（振幅）	濃度が最も高くなる時期	濃度が最も低くなる時期
A	北緯 71°	約 2.4 ppm	約 16 ppm	5 月ごろ	8〜9 月ごろ
B	北緯 20°	約 2.4 ppm	約 7 ppm	5 月ごろ	9〜10 月ごろ
C	南緯 90°	約 2.4 ppm	約 1 ppm	（変化が小さく不明瞭）	（変化が小さく不明瞭）

この観測結果とその理由について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　1 年の中での濃度の変化は、主に、人間による化石燃料の消費量が季節によって変わることで生じている。
イ　3 地点で年増加量がほぼ等しいことから、二酸化炭素は大気中でほとんど混合されず、排出された地域にとどまると考えられる。
ウ　地点 A・B で夏の終わりから秋に濃度が最も低くなるのは、夏に陸上植物の光合成がさかんになり、大気中の二酸化炭素が吸収されるからである。
エ　地点 C で振幅が小さいのは、南半球のほうが北半球より陸地の面積が広く、陸上植物の量が多いからである。

この問題で使うもの

地球温暖化と二酸化炭素濃度の変化（説明と入口の問題）

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ヒント

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ヒント 1

二酸化炭素濃度の「年々の増加」と「1 年周期の変動」は、それぞれ何が原因で起こるかを分けて考えよう。

ヒント 2

陸上植物は光合成で二酸化炭素を吸収し、呼吸や分解で放出する。北半球と南半球では陸地の面積が大きく異なる。

ヒント 3

3 地点で年増加量がほぼ等しいことは、二酸化炭素が大気中でよく混合されていることを示す。これでイは除ける。季節変化の原因と、南北両半球の陸地の広さに注目して、残りの選択肢を確かめよう。

答えと解説

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ウ

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【正解の理由】
大気中の二酸化炭素濃度は、毎年増加しながら 1 年周期で上下に変動している。この季節変化は、主に陸上植物のはたらきによる。北半球の夏には陸上植物の光合成がさかんになり、大気中の二酸化炭素が吸収されるので、濃度は夏の間に下がり続け、夏の終わりから秋に最も低くなる。冬は光合成が弱まり、呼吸や落ち葉などの分解で放出される二酸化炭素が上回るので、濃度は上がり続け、光合成が本格化する前の春（5 月ごろ）に最も高くなる。表の地点 A・B の結果はこれと一致するので、ウが正しい。
なお、北半球は陸地が広く、特に高緯度には広大な森林があり、夏と冬で植物の活動の差が大きい。そのため、北緯 71° の地点 A の振幅が最も大きくなっている。

【誤りの選択肢】
- ア：季節変化の主な原因は、陸上植物の光合成（吸収）と呼吸・分解（放出）のつり合いが季節によって変わることであり、化石燃料の消費量の季節変化ではない。化石燃料の消費は、主に年々の増加の原因である。
- イ：二酸化炭素は大気中でよく混合されるため、排出の多い北半球から遠く離れた南緯 90° の地点 C でも、北半球の地点とほぼ同じ割合で増加している。年増加量がほぼ等しいことは、大気中でよく混合されていることを示しており、「ほとんど混合されず排出された地域にとどまる」は誤り。
- エ：南半球は北半球に比べて海洋の割合が大きく、陸地の面積は狭い。陸上植物が少ないため季節変化が小さいのであり、「南半球のほうが陸地の面積が広く」が誤り。

よって、答えはウである。

別解

各選択肢を検討する。

ア：誤り。1年の中での濃度変化（季節変動）の主因は、陸上植物の光合成と呼吸・分解の季節的な変化である。化石燃料の消費には季節変動があるが、主因ではない。

イ：誤り。3地点（北緯71°、北緯20°、南緯90°）で年増加量がほぼ等しいのは、二酸化炭素が大気の大循環で全球によく混合されているからである。排出地域にとどまるのであれば、地点ごとに増加量が異なるはずである。

ウ：正しい。北半球の中・高緯度では夏に陸上植物の光合成がさかんになり、二酸化炭素の吸収量が増える。そのため、濃度は春（5月ごろ）に最大となり、夏の終わりから秋（8〜10月ごろ）に最小となる。

エ：誤り。南半球は北半球より陸地の面積が小さく、陸上植物の量も少ない。地点Cで振幅が小さいのは、陸上植物による季節的な吸収・放出が小さく、さらに発生源から遠いためである。「南半球のほうが陸地が広い」という記述が事実に反する。

よって正解はウ。

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難易度 2（教科書の章末問題レベル）
次の表は、北半球の各緯度について、地球（地表と大気を合わせた全体）が吸収する太陽放射のエネルギーと、宇宙空間へ放出する地球放射のエネルギーを示したものである。値は単位面積・単位時間あたりの年平均値である。なお、各緯度の年平均気温は、長年にわたってほぼ一定に保たれているものとする。
緯度 $0^{\circ}$ $2 0^{\circ}$ $4 0^{\circ}$ $6 0^{\circ}$ $8 0^{\circ}$
吸収する太陽放射 $(W/ m^{2})$ 290 270 220 150 80
放出する地球放射 $(W/ m^{2})$ 250 250 230 210 200
この表からわかることや、それに関連することについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア　すべての緯度で、吸収する太陽放射と放出する地球放射がつり合っているので、緯度方向のエネルギーの輸送は起きていない。
- イ　低緯度では、放出する地球放射が吸収する太陽放射を上回っているので、低緯度の地表や大気は年々冷え続けている。
- ウ　高緯度ほど吸収する太陽放射が少ないのは、主に、高緯度ほど太陽からの距離が遠いためである。
- エ　低緯度で余ったエネルギーが、大気や海洋の運動によって高緯度へ運ばれている。
- オ　高緯度で余ったエネルギーが、大気や海洋の運動によって低緯度へ運ばれている。

緯度	$0^{\circ}$	$2 0^{\circ}$	$4 0^{\circ}$	$6 0^{\circ}$	$8 0^{\circ}$
吸収する太陽放射 $(W/ m^{2})$	290	270	220	150	80
放出する地球放射 $(W/ m^{2})$	250	250	230	210	200

難易度 3（共通テストレベル）

大気中の水蒸気と雲・降水について述べた次の文章を読み、下の問いに答えよ。

空気塊が上昇すると、膨張して温度が下がる。水蒸気で飽和していない空気塊は乾燥断熱減率で温度が下がる。一方、飽和した空気塊が上昇すると、水蒸気の凝結によって潜熱が放出されるため、温度は乾燥断熱減率よりも小さい割合（湿潤断熱減率）で下がる。そのため、周囲の大気の気温減率が（ a ）場合、その大気は、空気塊が飽和していなければ安定であるが、飽和していれば不安定となる。このような大気の状態を条件付き不安定という。

また、中緯度の雲の上部では、温度が $0^{\circ} C$ より低いのに凍らずに液体のままでいる過冷却の水滴と、氷晶とが共存していることが多い。同じ温度で比べると、氷の表面に対する飽和水蒸気圧は、過冷却の水の表面に対する飽和水蒸気圧よりも（ b ）。このため、水滴が蒸発して生じた水蒸気が氷晶の表面に昇華（凝華）し、氷晶が大きく成長して落下する。これが、中緯度で多く見られる「冷たい雨」のしくみである。

問　文章中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜カのうちから 1 つ選べ。

	a	b
ア	乾燥断熱減率より大きい	大きい
イ	乾燥断熱減率より大きい	小さい
ウ	湿潤断熱減率より大きく、乾燥断熱減率より小さい	大きい
エ	湿潤断熱減率より大きく、乾燥断熱減率より小さい	小さい
オ	湿潤断熱減率より小さい	大きい
カ	湿潤断熱減率より小さい	小さい

難易度 3（共通テストレベル）

コリオリの力のはたらきを調べるため、次の実験を行った。

【実験】水平な円盤の上に記録用の紙を固定し、円盤を一定の速さで回転させた。円盤の中心から外側に向かって、インクをつけた小さな玉をまっすぐ転がした。紙の上に残った玉の軌跡を、円盤の上方から観察した。

【結果】

条件	紙の上に残った軌跡
上から見て反時計回りに回転	玉の進行方向に対して右へ曲がった
上から見て時計回りに回転	玉の進行方向に対して左へ曲がった
反時計回りで回転を速くした	右への曲がり方が大きくなった

この実験の結果と、地球の大気の大循環についての知識をもとに考えたこととして最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

ア　北極の上空から見ると地球は反時計回りに自転しているので、北半球で水平に動く物体は、実験で円盤を時計回りに回したときと同じ向きにそらされる。
イ　南半球の亜熱帯高圧帯から赤道に向かって吹く風は、進行方向の左にそらされて、南西から吹く貿易風となる。
ウ　北半球の亜熱帯高圧帯から赤道に向かって吹く風は、進行方向の右にそらされて、北東から吹く貿易風となる。
エ　実験で回転を速くすると曲がり方が大きくなったことに対応して、地表面の水平方向の回転の効果が最も大きい赤道付近で、コリオリの力は最も大きくなる。
オ　中緯度の上空で吹く偏西風のうち、特に風速が大きい部分をジェット気流といい、対流圏の下層の地表付近に現れる。