温帯低気圧が寒気と暖気の境界で発生し、位置エネルギーを運動エネルギーに変えて発達するしくみと、温暖前線・寒冷前線・停滞前線・閉塞前線の構造と通過時の天気の変化を説明できる
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日本付近を西から東へ次々に通過していく低気圧の多くは、中緯度で寒気と暖気がぶつかる境界に生まれる温帯低気圧です。この技能では、温帯低気圧がどこで生まれ、何をエネルギー源として発達するのか、そして温帯低気圧にともなう温暖前線・寒冷前線・停滞前線・閉塞前線の構造と、それらが通過するときの天気の変わり方を説明できるようになります。温帯低気圧や前線について述べた文の正誤を判定する場面で使います。
中緯度では、低緯度側の暖かい空気と高緯度側の冷たい空気が接していて、その境界付近の上空を偏西風が吹いています。この境界が波打つと、暖かい空気が高緯度側へ、冷たい空気が低緯度側へ入りこむところができ、その境目に低気圧のうずが生まれます。これが温帯低気圧の始まりです。
冷たい空気は暖かい空気より密度が大きく重いので、うずの中では冷たい空気が暖かい空気の下にもぐりこんで沈み、暖かい空気は冷たい空気の上にはい上がります。重い空気が下がり軽い空気が上がると、大気全体の重心が下がります。重心が下がった分の位置エネルギーが、風の運動エネルギーに変わることで、温帯低気圧は発達します。つまり温帯低気圧は、寒気と暖気が水平に並んでいる状態（温度差）を、上下に重なった状態へと変えることでエネルギーを得ています。同時に、暖かい空気を高緯度へ、冷たい空気を低緯度へ運ぶので、中緯度での熱の輸送の役割も果たしています。
北半球の温帯低気圧では、ふつう中心の東側に温暖前線、南西側に寒冷前線がのびます。温暖前線では暖気が寒気の上をゆるやかにはい上がるので、乱層雲などの層状の雲が広い範囲にでき、前線の前方で長い時間おだやかな雨が降ります。寒冷前線では寒気が暖気の下にもぐりこんで暖気を急に押し上げるので、積乱雲が発達し、狭い範囲で短い時間に強い雨が降ります。寒冷前線は温暖前線より速く進むので、やがて温暖前線に追いつき、閉塞前線ができます。閉塞が進むと暖気は上空に押し上げられて地表から離れ、低気圧はしだいに衰えます。寒気と暖気の勢力がつり合ってほとんど動かない前線は停滞前線です。
発生する場所を確かめる: 中緯度の、寒気と暖気が接する境界（偏西風の吹く付近）で発生する
エネルギー源を確かめる: 寒気が沈み暖気がはい上がって大気の重心が下がり、位置エネルギーが運動エネルギーに変わることで発達する
前線の位置を確かめる: 北半球では中心の東側に温暖前線、南西側に寒冷前線がのびる
雲と雨を前線ごとに区別する: 温暖前線は乱層雲で広い範囲に長時間おだやかな雨、寒冷前線は積乱雲で狭い範囲に短時間の強い雨
通過時の変化を確かめる: 温暖前線が通過すると気温が上がり、寒冷前線が通過すると気温が下がり風向が北よりに変わる
その後の変化を確かめる: 寒冷前線が温暖前線に追いつくと閉塞前線ができ、低気圧はやがて衰える。勢力がつり合って動かない前線は停滞前線
北半球の中緯度で発達する温帯低気圧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 温帯低気圧は、暖かい海から供給される水蒸気が凝結するときに放出する潜熱だけをエネルギー源として発達し、前線をともなわない。
イ 温帯低気圧は、寒気が暖気の下にもぐりこみ、暖気が寒気の上にはい上がって大気の重心が下がることで、位置エネルギーを運動エネルギーに変えて発達する。
ウ 寒冷前線が通過すると、気温が上がり、風向は北よりから南よりに変わる。
エ 温暖前線付近では積乱雲が発達し、前線の後方の狭い範囲で短時間に強い雨が降る。
手順 1・2（発生とエネルギー源）: 温帯低気圧は寒気と暖気の境界で発生し、前線をともなう。重い寒気が沈み軽い暖気がはい上がることで大気の重心が下がり、その位置エネルギーが運動エネルギーに変わって発達する。よってイは正しい。水蒸気の潜熱をおもなエネルギー源とし前線をともなわないのは台風なので、アは誤り。
手順 5（通過時の変化）: 寒冷前線が通過すると、寒気に入れかわるので気温が下がり、風向は南よりから北よりに変わる。ウは変化の向きが逆なので誤り。
手順 4（雲と雨）: 温暖前線付近では暖気がゆるやかにはい上がるので乱層雲ができ、前線の前方の広い範囲でおだやかな雨が降る。積乱雲で狭い範囲に強い雨が降るのは寒冷前線なので、エは誤り。
したがって答えはイ。
答え: イ
温帯低気圧のエネルギー源を台風と同じく水蒸気の潜熱としてしまう誤り。正しくは、寒気と暖気の温度差があることによる位置エネルギーで、寒気が沈み暖気が上がって重心が下がる分が運動エネルギーに変わる（台風は潜熱がおもなエネルギー源で前線をともなわない）。
温暖前線と寒冷前線の雲と雨を取り違える誤り。正しくは、温暖前線は乱層雲で広い範囲に長時間おだやかな雨、寒冷前線は積乱雲で狭い範囲に短時間の強い雨（突風や雷をともなうこともある）。
寒冷前線が通過すると気温が上がる、としてしまう誤り。正しくは、寒冷前線の通過後は寒気に入れかわるので気温が下がり、風向は南よりから北より（北西など）に変わる。気温が上がるのは温暖前線が通過したときである。
閉塞前線は温暖前線が寒冷前線に追いついてできる、としてしまう誤り。正しくは、速く進む寒冷前線が温暖前線に追いついてできる。閉塞が進むと暖気は上空へ押し上げられ、低気圧は衰えていく。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。