大気と気象（知識）の問題
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 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 吸収する太陽放射 | 290 | 270 | 220 | 150 | 80 |
| 放出する地球放射 | 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。
この問題で使うもの
- 緯度による熱収支の違いと熱の輸送（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（51 技能）
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- 緯度による熱収支の違いと熱の輸送
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
表の 2 つの行を緯度ごとに比べ、吸収と放出のどちらが大きいかを調べよう。
ヒント 2
気温が長年ほぼ一定ということは、ある緯度で余ったり不足したりしたエネルギーが、別の緯度とのやりとりで補われているということである。地球規模でエネルギーを運ぶのは大気と海洋の運動である。
ヒント 3
低緯度では吸収 > 放出、中・高緯度では放出 > 吸収となっている。これと食い違うア・イ・オは除ける。残りのうち、太陽放射の吸収量が緯度で変わる理由（太陽光の入射角）に注意して判断しよう。
答えと解説
答えを見る
エ
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解説を読む
表を緯度ごとに比べると、緯度 ・ の低緯度では、吸収する太陽放射が放出する地球放射を上回っている（たとえば では のエネルギーが余る）。一方、緯度 以上の中・高緯度では、放出する地球放射が吸収する太陽放射を上回っている（ では 不足する）。
それにもかかわらず各緯度の年平均気温がほぼ一定に保たれているのは、低緯度で余ったエネルギーが、大気の大循環や海流などの大気・海洋の運動によって高緯度へ運ばれ、高緯度の不足を補っているからである。なお、緯度ごとの面積の違い（低緯度ほど地表の面積が広い）を考えて平均すると、吸収と放出はどちらも約 となり、地球全体ではつり合っている。よって正解はエである。
各選択肢の検討:
- ア 誤り。表では低緯度で吸収が放出を上回り、中・高緯度で放出が吸収を上回っているので、緯度ごとには収支がつり合っていない。地球全体ではつり合っているが、緯度ごとのこの差を埋めるために、緯度方向のエネルギー輸送が起きている。
- イ 誤り。低緯度では吸収する太陽放射のほうが放出する地球放射より大きい（エネルギーが余っている）。また、気温は長年ほぼ一定に保たれている。
- ウ 誤り。高緯度ほど太陽放射の吸収が少ないのは、太陽高度が低く、太陽光が地表に斜めに入射するため、単位面積あたりに受けるエネルギーが小さくなるからである。緯度による太陽からの距離の違いは、地球と太陽の距離に比べてごくわずかで、主な原因ではない。
- エ 正しい。
- オ 誤り。エネルギーが余っているのは高緯度ではなく低緯度であり、輸送の向きは低緯度から高緯度である。
別解
各緯度で（吸収する太陽放射）−（放出する地球放射）を求める。0°: 290−250=+40、20°: 270−250=+20、40°: 220−230=−10、60°: 150−210=−60、80°: 80−200=−120（W/m²）。したがって低緯度（0°〜20°付近）は吸収が放出を上回る熱の過剰、中・高緯度（40°以上）は放出が吸収を上回る熱の不足である。年平均気温はほぼ一定なので、過剰分は大気と海洋の運動によって低緯度から高緯度へ運ばれていると考えられる。
ア：誤り。40°以上では吸収と放出がつり合っておらず、差を埋めるために緯度方向の熱輸送が起きている。
イ：誤り。低緯度では放出が吸収を上回っているのではなく、吸収が放出を上回っている。また気温は年々ほぼ一定とされており、冷え続けてはいない。
ウ：誤り。高緯度で吸収が少ない主な理由は、太陽光の入射角が大きく（太陽高度が低く）、単位面積あたりに受ける光が少ないことや、反射率が大きいことである。太陽までの距離の違いは無視できるほど小さい。
エ：正しい。低緯度の余剰が大気や海洋の運動によって高緯度へ運ばれる。
オ：誤り。余っているのは低緯度で、高緯度は不足している。輸送の向きが逆である。
検算：この表の差し引きを緯度帯の面積で重み付けして足し合わせると、ほぼ0になるはずで、輸送が低緯度から高緯度へ向かうという結論は整合的である。したがって答えはエ。