高校受験の理科 気象観測—気温・気圧・風の記録をそろえて天気図を読み始める｜武蔵野個別指導塾

風が吹いてくる方角と進む向きの区別、同時刻の気圧の比較に役立つのが気象観測です。

よくあるのは、風向の矢印が東へ向いているのを見て「東の風」と答える場面です。風向は空気が進む先ではなく、吹いてくる方角で表します。東へ進む空気は西から来たので、西の風です。観測の記録を天気図に重ねるときも、この約束をそろえないと、風の向きが逆になります。気温や気圧についても、数値だけでなく、いつ、どこで、どのように測ったかを一緒に読みます。

記録から問われる3つのこと

気象観測の問題には、まず、風が吹いてくる向きを方位で答える型があります。観測地点に立って風を受ける向きに注目します。吹き流しや矢印は、風そのものが進む向きを描いていることがあるため、図の説明を見てから判断します。どの印が何を表すかを決めずに方位だけを拾うと、正反対の答えになりがちです。

次に、気温や気圧の記録を比べ、差や変化を求める型があります。差は2つの値の引き算で求めますが、同じ場所の時刻による変化なのか、同じ時刻の場所による差なのかで意味が変わります。単位もそろえ、どちらからどちらを引いたかを答えに添えます。

もう1つは、同じ時刻の各地点の気圧から等圧線を読み、高い側と低い側を判断する型です。等圧線は同じ気圧の地点を結ぶ線です。実際の地上の風は摩擦や地球の自転の影響を受けるので、常に線に直角に吹くとは限りません。風向は観測記録を優先し、気圧配置から考えられることと区別します。ここでは観測と気圧配置の入口を扱い、湿度の計算や前線の断面は扱いません。

方位と観測条件をそろえる

図1のように、上を北、右を東とする見取り図で考えます。西側から観測地点へ空気が進む場合、矢印の先は東を向きます。それでも風向は、風の出発側を表す「西」です。矢印が西へ向けば東から吹いているので、東の風になります。矢印の先に名前を付けるのではなく、観測地点から矢印の根元側を見ます。

図1は方角と向きの関係を示す模式図で、風の速さや距離を表していません。風向と風速は別の量です。たとえば西からの風が強くなっても、吹いてくる方角が西のままなら風向は変わりません。風速は一定の時間に空気が進む速さで、記録に単位を付けて読みます。観測の矢羽根や天気記号が示す意味は設問の凡例を確かめてください。矢印と同じ約束だと決めつけないことが大切です。

気温は空気の温度です。直射日光が温度計に当たると、温度計そのものが温まり、周囲の空気の状態を比べにくくなります。風通しがよく、直射日光や地面からの影響を受けにくい場所で測り、位置や高さ、時刻をそろえて比べます。日なたの地面の温度と日陰の空気の温度は、異なるものを異なる条件で測った値です。数が違っても、その差をそのまま空気の気温差とは呼べません。

気圧は空気が面を押す力の程度で、記録には通常 hPa を使います。高さが異なる地点の観測値を地上の気圧配置として比べる際には、観測値を海面上の高さに合わせて換算した値を使います。換算前の値と換算後の値を混ぜないことが、等圧線を考える前提です。問題に換算済みとあれば、その値をそのまま使います。観測地点が低気圧の中心に近いかどうかは、数点の値だけから決められない場合もあります。

記録が欠けた場合は、測れなかったことと数値が0であったことを分けます。観測器が故障していたり、時刻が書かれていなかったりする値は、そのまま同条件の比較に使えません。観測のやり直しが可能なら器具と条件を確かめて測り、できなければ欠測として扱います。気温計の目盛りが読めないまま近くの地点の値で埋めると、あとから差の計算が正しくても根拠を失います。

基本例題：風と気圧を別々に読む

次の表は、ある日の同じ時刻に3地点で観測したという自作の条件です。気圧は海面の高さに換算済みで、方位は上が北、右が東です。地点Aでは空気が西から東へ進んでいます。Aの風向を方位で答え、AとCの気圧差を整数で hPa の単位を付けて答えてください。また、この3地点のうち気圧が最も高い地点を記号で答えてください。

図2のように、Aの矢印は空気の進む向きを表しています。矢印の根元は西側ですから、Aの風向は西です。東は進む先であり、風向として答える側ではありません。表の気圧と矢印の意味を別々に読んでから、同じ地点の情報として合わせます。

気圧の差は、高い値から低い値を引きます。途中を順に書くと、次のようになります。

Aの気圧は 1012 hPa。

Cの気圧は 1004 hPa。

AとCの差は 1012 − 1004 = 8 hPa。

したがって気圧差は 8 hPa です。AからBへの差は 1012 − 1008 = 4 hPa、BからCへの差も 1008 − 1004 = 4 hPa です。2区間の差を合わせると 4 + 4 = 8 hPa となり、AとCを直接比べた結果に戻ります。3地点の値を比べると 1012 が最も大きいため、最も気圧が高い地点は A です。

ここでAの風が西から東へ吹くことと、Aの東側に低い気圧があることは、設問でそれぞれ与えられた事実です。この表だけで、いつも風が高い側から低い側へ一直線に吹くと結論することはできません。また、A、B、Cの記録から、その外側にさらに高い気圧の地点がないとは言えません。「3地点のうち」という範囲を落とさずに答えます。

条件が変わると、比較の答えも変わる

次は同じ観測地点Pの気圧について考えます。海面の高さに換算済みの値が、9時に 1006 hPa、12時に 1010 hPa、15時に 1008 hPa だったとします。自作の条件です。9時から15時までの変化と、12時から15時までの変化を、それぞれ何 hPa 上昇または下降したか、整数で答えてください。途中で最も高かった時刻も答えます。

まず9時と15時を比べます。後の値から前の値を引くと 1008 − 1006 = 2 です。正の差なので、9時から15時までは 2 hPa 上昇しました。一方、12時と15時を比べると 1008 − 1010 = -2 です。こちらは 2 hPa 下降しました。3つを比べると最も高い値は 1010 hPa で、時刻は12時です。

答えを元の表に戻して確認します。9時の 1006 hPa に上昇分の 2 hPa を加えると 1008 hPa で、15時の値と一致します。12時の 1010 hPa から下降分の 2 hPa を引いても 1008 hPa に戻ります。始点と終点を結んだ全体の変化は上昇でも、途中の12時から15時には下降しています。途中の動きを聞かれているか、最初と最後の差を聞かれているかが分かれ目です。

もし12時の記録が欠けていたら、9時から15時の差は求められても、途中で最も高かった時刻はこの記録から決められません。12時の値を2つの値の平均で補い、途中の変化まで断定することはできません。また、同じ場所でも器具の故障が疑われる値は、正常な観測値と同じ根拠で計算しないようにします。値が小さいことと、測定が失敗したことは別の話です。

逆向きの答えを直す

図3のように、北から南へ向かう矢印を見て「南の風」と答えたとします。この答えは矢印の先、つまり空気の進む方角を風向にした誤りです。風は観測地点の北側から来て南へ進むので、「北の風」が正しい答えです。図に矢印の意味が書かれているかを確かめ、地点から風上へ目を戻すと修正できます。

もう1つの誤答は、等圧線が密な場所を見て「線が多いので必ず風向は北」と決めることです。等圧線の間隔が狭い場所では、同じ距離に対する気圧の変化が大きく、一般に風が強くなる傾向があります。しかし、線の密度だけでは北から吹くかどうかは決まりません。風向を求めるには、高低の配置や設問で与えられた観測記録を読みます。強さの傾向を問うのか、吹いてくる向きを問うのか、問いを先に分けてください。

同じ時刻でない地点の気圧を並べて等圧線を引くのも、条件を見落とした答えです。気圧は時間とともに変化するため、場所の差と時刻の差が混ざります。記録の時刻をそろえたうえで比べ、欠けている地点があれば推測を観測値と混同しないようにします。線の位置まで正確に決める情報がなければ、その限界を答えに残します。

練習：記録の読み取りを試す

以下の数値と場面は、いずれも練習のために設けた条件です。図や記録を自分で描くときは、上を北、右を東にしてください。風の矢印は空気が進む向きです。

問題1

地点Dで空気が南から北へ進んでいます。風向を方位で答えてください。あわせて、空気が進む方角を別に答えてください。

問題2

地点Eの同じ場所で、10時の気温は 17 ℃、14時は 23 ℃、18時は 19 ℃でした。観測条件は同じです。10時から14時までと14時から18時までの気温の変化を、それぞれ整数と ℃ で、上昇か下降かを付けて答えてください。3回のうち最も高かった時刻も答えてください。

問題3

同時刻に観測した地点F、G、Hの気圧は、それぞれ 1016 hPa、1020 hPa、1010 hPa でした。値は海面の高さに換算済みです。3地点のうち最高と最低の地点を記号で答え、両者の差を整数と hPa で答えてください。最高の地点を、この周辺全体で最も気圧が高い地点と断定できるか、「できる」または「できない」で答え、理由を1文で書いてください。

問題4

地点JとKを結ぶ直線上で、JからKまでの距離は 120 km です。2地点の気圧は同じ時刻の換算済みの値で、Jが 1002 hPa、Kが 1014 hPa です。JからKの間では距離に比例して気圧が増えるものとします。Jから40 kmの地点の気圧を整数と hPa で答えてください。また、この地点とJを結ぶ区間の気圧差を整数と hPa で答えてください。

答えと確かめ方

問題1の答え

風向は南、進む方角は北です。南側から地点Dへ入った空気が北へ抜ける図を描くと、出発側と矢印の先が反対に置かれます。答えを場面に戻し、南の風が北へ進むという条件に一致することを確かめます。北の風と答えると、北から南へ進むことになり、与えられた向きと逆です。

問題2の答え

10時から14時は 23 − 17 = 6 なので、6 ℃上昇です。14時から18時は 19 − 23 = -4 なので、4 ℃下降です。最も高い時刻は14時です。17 ℃に 6 ℃を加えると 23 ℃、23 ℃から 4 ℃を引くと 19 ℃となり、それぞれ次の記録に戻ります。全体の10時から18時は 2 ℃上昇ですが、それを後半の変化と取り違えないでください。

問題3の答え

最高はG、最低はH、差は 10 hPa です。1020 − 1010 = 10 と計算します。Hの 1010 hPa に差の 10 hPa を加えるとGの 1020 hPa に戻ります。Fの 1016 hPa も両者の間にあるため、3地点の最高と最低の選択に矛盾しません。周辺全体で最高と断定することはできません。3地点以外の気圧が与えられていないからです。

問題4の答え

JとKの気圧差は 1014 − 1002 = 12 hPa です。40 km は 120 km の 40 ÷ 120 = 1/3 なので、比例するという条件から、Jから40 kmまでの気圧の増加は 12 × 1/3 = 4 hPa です。したがって求める気圧は 1002 + 4 = 1006 hPa、Jとの気圧差は 4 hPa です。

逆に、40 kmごとに 4 hPa ずつ3区間増えると 4 × 3 = 12 hPa です。Jの 1002 hPa に加えるとKの 1014 hPa になり、設問の両端の値に戻ります。この計算は距離に比例して増えると問題で定めた場合のものです。実際の気圧分布について、常に同じ割合で変化すると決めているわけではありません。

覚えておくこと

• 風向は風が吹いてくる方角です。
• 気温や気圧は、場所・時刻・観測条件を確かめて比べます。
• 等圧線は同じ気圧を結び、間隔と高低を読みます。
• 欠測や故障の値を、0や推測した値と混同しません。

どこで向きを取り違えたか

お子さまが風向を逆に答えたら、方位そのものを知らないのか、方位は言えるが風向の約束を逆にしているのかを分けて確かめます。図1を隠してから、地点と西から来る矢印を描き、根元と先にそれぞれ何を書くかを説明してもらうと、迷った場所が見えます。

気圧差を間違えた場合は、引き算の前に同時刻か、換算済みか、どの2地点を比較するかを指で示せるか確認します。個別指導では、答えの数値に差を足し戻す作業と、観測されていない場所について言える範囲を確かめます。図の矢印と記録の条件をそろえれば、風向は進行方向と区別できます。