大気と気象（知識）

扱うテーマ: 大気の組成と鉛直構造（対流圏・成層圏・中間圏・熱圏）とオゾン層、大気中の水（雲・降水のしくみ、断熱変化・大気の安定と不安定）、地球の熱収支と温室効果、大気の大循環（ハドレー循環・偏西風・ジェット気流）とコリオリの力、温帯低気圧・前線・台風のしくみ、日本の四季の天気、地球環境の問題（地球温暖化・オゾン層の破壊・エルニーニョ現象）

難易度の目安（高校地学）

難易度 1 教科書の例題レベル
難易度 2 教科書の章末問題レベル
難易度 3 共通テストレベル
難易度 4 国公立二次の標準レベル
難易度 5 難関大の二次レベル

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	a	b
ア	膨張	吸収する
イ	圧縮	放出する
ウ	膨張	放出する
エ	圧縮	吸収する

難易度 1（教科書の例題レベル）

水平な円盤を、真上から見て反時計回りに一定の速さで回転させた。円盤の上には紙を固定してある。円盤の中心から外側に向けて、インクをつけた小さなボールを転がし、そのようすを次の 2 人が観察した。ボールと円盤の間の摩擦や空気の抵抗は無視できるものとする。

観察した人	結果
円盤の外で静止している人	ボールは中心から円盤の端まで、まっすぐに進んだ
円盤の上に乗って一緒に回っている人	紙に残ったインクの跡は、ボールの進行方向に向かって右側へ曲がっていた

なお、真上から見て反時計回りに回る円盤は、北極の上空から見た北半球の自転のようすに対応する。この実験の結果からわかることとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

ア　円盤の外で静止している人から見ても、ボールの進路は円盤の回転によって右へ曲げられている
イ　円盤の上の人から見るとボールは進行方向の左へそれており、北半球で水平に動く物体が左へそらされることに対応する
ウ　円盤の上の人から見るとボールは進行方向の右へそれており、北半球で水平に動く物体が右へそらされることに対応する
エ　ボールが右へそれたのは、ボールに円盤や空気から進行方向と垂直な向きの力が実際にはたらいたためである

月	1 月	3 月	5 月	7 月	9 月	10 月	11 月	12 月
オゾンの総量	290	280	270	260	180	140	200	280

緯度	$0^{\circ}$	$2 0^{\circ}$	$4 0^{\circ}$	$6 0^{\circ}$	$8 0^{\circ}$
吸収する太陽放射	300	280	210	130	70
放出する地球放射	240	240	220	200	180

風向	北東	東	南西	西	その他
観測された割合〔%〕	62	21	3	2	12

難易度 2（教科書の章末問題レベル）

雲ができるしくみを調べるため、次の実験を行った。

【方法】丸底フラスコに、ピストンのついた大型の注射器とデジタル温度計を取りつけた。フラスコの中の条件を下の表のように変えて、ピストンをすばやく引く（フラスコ内の空気を膨張させる）、またはすばやく押す（圧縮する）操作を行った。「水あり」では、少量の水を入れて内壁をぬらし、しばらく置いて内部の空気を飽和に近い状態にした。「水なし」では、内部をよく乾かした。「煙あり」では、線香の煙を少量入れた。煙は少量なので、操作の前のフラスコ内はほぼ透明であった。「煙なし」では、フィルターでろ過して微粒子を取り除いた空気を入れた。操作はすばやく行ったので、操作中のフラスコの外との熱のやりとりは無視できるものとする。

【結果】

実験	フラスコ内の条件	操作	温度の変化	フラスコ内のようす
A	水あり・煙あり	ピストンを引く	約 $2^{\circ} C$ 下がった	白くくもった
B	A の直後のもの	ピストンを押してもとの位置に戻す	約 $2^{\circ} C$ 上がった	くもりが消えた
C	水あり・煙なし	ピストンを引く	約 $2^{\circ} C$ 下がった	くもらなかった
D	水なし・煙あり	ピストンを引く	約 $2^{\circ} C$ 下がった	くもらなかった

この実験の結果から考えられる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　A で温度が下がったのは、フラスコ内の水が蒸発するときに周囲から熱を奪ったためである。
イ　B でくもりが消えたのは、圧縮によって温度が上がり、飽和水蒸気量が小さくなって水滴が蒸発したためである。
ウ　A と C の比較から、水蒸気が凝結して水滴になるには、凝結核となる微粒子が存在することが重要である。
エ　A と D の比較から、A の白いくもりは、冷やされた煙の粒子そのものが白く見えたものである。
オ　A の操作は、大気中で空気塊が下降し、圧縮されて雲ができる過程に対応する。

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）

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。

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。

難易度 3（共通テストレベル）
中緯度に位置する日本付近では、温帯低気圧や前線、台風が通過し、季節ごとに特徴的な天気が現れる。温帯低気圧・前線・台風のしくみと日本の四季の天気について述べた文として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。
- ア　寒冷前線が通過すると、一般に風向は南寄りから北寄りに変わり、気温が急に上がる。
- イ　温帯低気圧は、寒気と暖気の境界で発生し、暖気が上昇して寒気が下降することで、大気の位置エネルギーが運動エネルギーに変換されて発達する。
- ウ　冬の日本付近では西高東低の気圧配置となり、シベリア気団から吹き出す北西の季節風が日本海で水蒸気を補給されて、太平洋側に大雪をもたらす。
- エ　台風は、暖かい海面から蒸発した水蒸気が凝結するときに放出される潜熱を、おもなエネルギー源として発達する。
- オ　台風の中心付近には温暖前線と寒冷前線がともなわれ、それぞれの前線に沿って積乱雲が帯状に並ぶ。
- カ　梅雨前線は、オホーツク海気団と小笠原気団の間にできる停滞前線である。