技能一覧 › 高校地学 大気と気象(知識)

緯度による熱収支の違いと熱の輸送

低緯度では吸収する太陽放射が放出する地球放射より多く、高緯度ではその逆であること、その過不足を大気と海洋が低緯度から高緯度へ熱を運んで解消していることを、緯度別のデータから判断できる

前提

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説明

地球全体では、吸収する太陽放射と放出する地球放射はつり合っています。しかし緯度ごとに見ると、低緯度では吸収する太陽放射のほうが多く(エネルギーが余り)、高緯度では放出する地球放射のほうが多く(エネルギーが足りない)なっています。この技能では、緯度別のデータからこの過不足を読み取り、その差を大気と海洋が低緯度から高緯度へ熱を運ぶことで解消している、という説明の正誤を判断できるようになります。

なぜそうしてよいのか

太陽の光は、低緯度ではほぼ真上から、高緯度では斜めから地表に届きます。同じ太さの光の束でも、斜めに当たると広い面積に広がるので、単位面積あたりに受け取るエネルギーは小さくなります。さらに高緯度は雪や氷におおわれていてアルベドが大きく、反射される割合も大きくなります。そのため、単位面積あたりに吸収する太陽放射は、低緯度で大きく高緯度で小さく、緯度による差がとても大きくなります。

一方、地球放射は温度の高い物体ほど強く出ますが、地表や大気の温度の緯度による差は、太陽放射の吸収量の差ほど大きくありません。そのため、放出する地球放射は緯度によってあまり変わりません。この 2 つのグラフを重ねると、低緯度(およそ緯度 35〜40° より赤道側)では「吸収する太陽放射 > 放出する地球放射」、高緯度では「吸収する太陽放射 < 放出する地球放射」となります。

もし熱が運ばれなければ、低緯度は年々温まり続け、高緯度は冷え続けるはずです。しかし実際には各緯度の平均気温はほぼ一定に保たれています。これは、余った熱が低緯度から高緯度へ運ばれているからです。運ぶのは大気(暖かい空気の移動による顕熱と、水蒸気が運び凝結で放出する潜熱)と海洋(暖流など)です。運ばれる熱の量は、過不足が入れかわる中緯度付近で最も大きくなります。

手順

  1. 緯度別のデータで、各緯度の「吸収する太陽放射」と「放出する地球放射」を比べる

  2. 吸収 > 放出 の緯度はエネルギーが余る(熱が過剰)、吸収 < 放出 の緯度はエネルギーが足りない(熱が不足)と判断する

  3. 太陽放射の吸収量は緯度による差が大きく、地球放射の放出量は緯度による差が小さいことを確かめる

  4. 熱が過剰な低緯度から熱が不足する高緯度へ、大気(顕熱・潜熱)と海洋が熱を運んで過不足を解消している、と結論する

  5. 運ばれる熱の量(南北方向の熱輸送量)は、過不足が入れかわる中緯度付近で最大になることに注意して、選択肢の正誤を判定する

例題

次の表は、北半球の緯度帯ごとに、地球が単位面積あたりに吸収する太陽放射と、宇宙へ放出する地球放射の年平均値(単位: )をおおまかに示したものである。

緯度帯吸収する太陽放射放出する地球放射
0°〜10°300250
20°〜30°270250
50°〜60°150210
70°〜80°90190

この表から考えられること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 緯度 0°〜10° では、放出する地球放射のほうが吸収する太陽放射より多いので、熱が不足している。
イ 吸収する太陽放射の緯度による差は、放出する地球放射の緯度による差より小さい。
ウ 緯度 70°〜80° で気温が下がり続けないのは、大気や海洋によって低緯度から熱が運ばれてくるためである。
エ 熱は、大気や海洋によって高緯度から低緯度へ運ばれている。

例題の解答

手順 1・2: 表で吸収と放出を比べる。0°〜10° は 、20°〜30° は なので熱が過剰。50°〜60° は 、70°〜80° は なので熱が不足している。よって、0°〜10° で熱が不足とするアは誤り。

手順 3: 吸収する太陽放射の差は 、放出する地球放射の差は で、太陽放射のほうが緯度による差が大きい。よってイは誤り。

手順 4: 熱が過剰な低緯度から熱が不足する高緯度へ、大気と海洋が熱を運んでいる。だから高緯度では吸収より放出が多くても気温が下がり続けない。ウは正しく、向きが逆のエは誤り。

したがって答えはウ。

答え:

ウ

よくある誤り

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。

入口の問題

この技能を使う問題

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