共通テスト地学基礎の大気と海洋｜気圧と水温の資料から風と循環を読み取る｜武蔵野個別指導塾

気圧差と前線通過の記録を読み、海面水温の分布から循環を探ります。読み解く対象は大気と海洋です。

よくあるのは、地上風と上空の風を同じ矢印として図に書き込んでしまう場面です。気圧が高い側と低い側を見つけても、地上では摩擦が働くことや、北半球では進む向きの右側に転向することを取り落とすと、矢印は別の意味になります。気圧、風、水温、時刻の基準を順に確かめ、資料が示す範囲までを読み取っていきましょう。

どの資料から何が言えるか

大気と海洋の問題には、まず緯度に沿った気圧帯と風帯を対応させる型があります。赤道付近で暖められた空気が上昇し、上空を移動して亜熱帯付近で下降する循環を考え、地上の貿易風の向きを資料に合わせます。風向は風が吹いてくる方角です。矢印の向きは空気が進む方角なので、両者を取り違えないことが出発点です。

次に、同じ地点の時刻ごとの気温、気圧、風向を比べ、前線が通過した前後を読む型があります。表は時刻順に読み、上昇と下降を隣り合う値の差から確かめます。温度が下がったという1つの事実だけで前線の種類を断定するのではなく、問題文が与えた空気の配置や雨の記録も合わせます。

もう1つは、緯度と経度を持つ海面水温の資料を比べ、暖かい海水の分布や海流の影響を考える型です。水温の高低は同じ時刻、同じ深さで比べます。水温の図だけでは流速や原因を一意に決められない場合もあります。資料に書いてあることと、追加の条件を使って推測することを分けて答えます。

高低の基準と風の向きをそろえる

気圧は空気の重さによって生じる圧力です。水平に気圧の差があれば、高い側から低い側へ向かう力が空気に働きます。地球の自転の影響で、地球上から見た移動は北半球では進行方向の右、南半球では左へ曲げられます。この見かけの効果をコリオリの力と呼びます。進行方向を決めてから右を探すことが肝心で、地図の右端と覚えると南向きの風で間違えます。

地上付近では摩擦の影響を受けるため、風は等圧線に沿う成分に加え、低圧側へ向かう成分を持ちます。上空で摩擦を無視でき、気圧傾度力とコリオリの力がつり合う場合は、風は等圧線にほぼ平行です。どちらも北半球か南半球かを確認して適用します。地上風が常に高圧から低圧へ直角に吹くと決めることも、上空のつり合いを地上にそのまま移すこともできません。

図1のように、北半球のモデルで北側が低圧、南側が高圧なら、摩擦の小さい上空の風は西から東へ吹きます。その進行方向の右は南であり、北向きの気圧傾度力と反対向きになります。地上風には東へ進む成分と北の低圧側へ進む成分があります。図の矢印は模式的な向きであり、角度や風速を測る図ではありません。

図1では地上と上空を別の矢印にしています。高圧と低圧の配置、半球、摩擦の有無が変われば、同じ矢印を無条件に使えません。赤道付近の上昇と亜熱帯の下降は大きな循環の模式で、季節や陸と海の違いによって実際の配置は変わります。中緯度の地上付近では偏西風が卓越し、熱帯の地上付近では貿易風が吹きます。北半球の貿易風は北東から南西へ向かうため、北東風と呼びます。

海水は風の影響を受けて表層で移動し、大規模な海流の形成に関わります。水温は緯度によっても変わるので、暖流の影響を考えるときは近い緯度の地点と比べると手がかりを得やすくなります。暖流は一般に周囲より水温の高い海流、寒流は周囲より水温の低い海流です。「暖かい」という言葉を絶対的な温度の高さと取り違えず、周辺との比較として読みます。

基本例題：前線通過前後の表

次の表は、ある地点で寒冷前線が通過したと仮定して作った観測資料です。時刻は同じ日の現地時刻、気圧は同じ基準で補正した値です。前線は12時と15時の間に通過し、ほかの前線は通過しないものとします。気温の変化を小数第1位までの値で、気圧の変化を整数で求めてください。さらに風向を移動方向に直し、通過後の変化を説明してください。

まず、通過を挟む12時と15時を選びます。温度変化は後の値から前の値を引くので、

18.0 − 23.0 = -5.0 ℃

です。符号は5.0 ℃低下したことを表します。次に気圧も同じ順に引きます。

1003 − 1001 = 2 hPa

したがって2 hPa上昇しました。12時以前には1004 hPaから1001 hPaへ下がっており、15時以降には1003 hPaから1006 hPaへ上がっています。表の範囲では12時の値が最も低いものの、実際の最低時刻が12時と確定するわけではありません。12時と15時の間には観測値が示されていないからです。

風向は吹いてくる方向で表します。南西風は南西から北東へ、北西風は北西から南東へ空気が移動します。前線通過後にはこの資料で風向が南西から北西に変わり、気温が低下し、気圧が上昇しました。寒冷前線の通過に伴う典型的な変化として読めますが、ここでは通過の事実を問題文から受け取っています。

図2のように、まず比較する2時刻を囲み、後から前を引きます。得た値を戻すと、23.0 + (-5.0) = 18.0 ℃、1001 + 2 = 1003 hPaです。符号と単位の両方を元の表に照らして確認できます。風向は引き算ではなく、吹いてくる方向から矢印を描き直します。

この表の間隔は3時間です。変化が起きたことは読めても、変化の途中が直線的だったか、気温が何時に急変したかはわかりません。時刻が細かい別の資料を渡されたときは、その資料の目盛りで前後を選び直します。観測間隔を無視して時刻を補うと、表にない精度を答えに持ち込むことになります。

海面水温の比較で条件が分かれる例

次は海面の同じ深さで同時に測ったという設定の自作資料です。北半球の同緯度に西から東へ並ぶ地点A、B、Cの水温は、それぞれ18 ℃、22 ℃、19 ℃です。この海域では、北向きに流れる海流がB付近を通り、周囲より温かい海水を運んでいると問題文で与えます。BとAの水温差を整数で求め、Bの高温と海流の関係を説明してください。さらに、海流の情報を取り除いた場合に何が言えるかも答えてください。

Bの値からAの値を引くと、

22 − 18 = 4 ℃

です。BはAより4 ℃高く、Cよりも22 − 19 = 3 ℃高いと読めます。18 + 4 = 22 ℃、19 + 3 = 22 ℃と戻すと、比較した2組の値に一致します。B付近を北向きに流れる海流が周囲より温かい水を運ぶという条件があるので、Bの高い水温はその海流の影響と整合します。風による熱のやり取りなど他の条件を調べたわけではないため、影響の程度までこの値から決めることはできません。

分かれ目は、海流の情報が与えられているかどうかです。水温の3点だけなら、Bが両側より高いことは言えますが、流れの向きや海流が原因であることは決まりません。温かい場所の並びが見えても、水温分布と水の移動方向は別の量です。時間を隔てた観測や流向の資料などが加われば推論を広げられます。

また、同じ緯度という条件には意味があります。緯度が異なる地点を比べると、受ける日射の違いなどが水温差に関わり得るため、その差を直ちに海流の影響とすることはできません。同じ地点でも深さが違えば比較対象が変わります。数値の引き算が合っていても、比較条件がそろわなければ、結論の根拠は弱くなります。

誤った矢印と結論を修正する

基本例題で北西風を「北西に向かう風」と答えた場合、原因は風向の定義と矢印の向きを混ぜたことです。北西風は北西から吹いてくるので、空気は南東へ移動します。図3のように、風向名を出発側に書き、矢印の先に到着側を書くと修正できます。天気図の方位を確認し、北を上に置いたうえで矢印を描きます。

別の誤りは「15時の気圧が1003 hPaだから12時より下降した」とするものです。数字の大小を時刻の順と結びつけていません。1003 − 1001 = 2 hPaと後から前を引けば上昇と判定できます。変化量の符号と、表の中の前後の順を同時に見直しましょう。

海面水温では「Bが最も高いから海流は必ず東向き」とする答えが誤りです。水温の並びには水の移動方向が直接記されていません。問題文が流向を与えたときだけ、その向きを用いて考えます。流向がない場合には「Bは両側より高温」と観測値の範囲に答えを戻します。断定できない理由を述べることも資料読解の一部です。

練習：時刻、方角、比較条件を読む

以下は実測記録ではなく、考え方を確かめるための自作資料です。問題ごとに与えた条件を使い、整数または指定された小数で答えてください。

問1

地点Pでは、ある前線が10時と13時の間に通過しました。10時の気温は25.5 ℃、13時の気温は20.5 ℃、気圧はそれぞれ998 hPa、1002 hPaでした。13時から10時を引いた気温変化を小数第1位、気圧変化を整数で求め、上昇または低下を示してください。

問2

北半球の地上で、風向が東から北東に変わりました。それぞれの風が吹いてくる方角と、空気が向かう方角を答えてください。地図の北は上とします。

問3

同じ時刻、同じ深さ、同じ緯度の海面水温が、地点Dで14 ℃、地点Eで17 ℃、地点Fで15 ℃でした。EとDの差、およびEとFの差をそれぞれ整数で求めてください。また、表に海流の情報がない場合、Eの高温から海流の方向を決められるか、理由とともに答えてください。

問4

北半球の模式図で、東西に延びる等圧線の北側が低圧、南側が高圧です。上空では摩擦を無視し、気圧傾度力とコリオリの力がつり合っています。風は西から東、東から西のどちらに吹きますか。地上付近で摩擦が働くと、風に低圧側へ向かう成分が生じるかも答えてください。

解答と考え方

問1は、気温が20.5 − 25.5 = -5.0 ℃、気圧が1002 − 998 = 4 hPaです。気温は5.0 ℃低下し、気圧は4 hPa上昇しました。25.5 + (-5.0) = 20.5 ℃、998 + 4 = 1002 hPaと戻せます。気温のマイナスは、温度そのものが氷点下という意味ではなく、差が負という意味です。

問2は、東風が東から西へ、北東風が北東から南西へ吹きます。たとえば東風の矢印を西へ描けば、矢印の始点側が東です。風向名を矢印の先に付けると逆転するので、始点側に風向名を置いて見直します。風向の変化だけで風速が増したかどうかは判断できません。

問3は、17 − 14 = 3 ℃、17 − 15 = 2 ℃です。14 + 3 = 17 ℃、15 + 2 = 17 ℃とそれぞれEの値に戻ります。海流の方向は決められません。3地点の温度の大小は示されていますが、流向や時間変化は与えられていないからです。温度差は流れの向きそのものを示す矢印ではありません。

問4は西から東です。高圧側から低圧側への気圧傾度力は北向きで、東向きの風に働くコリオリの力は進行方向の右、すなわち南向きです。指定されたつり合いに戻すと、2つの力は反対向きになります。東から西へ吹くと右側は北なので、両方の力が北向きになり、つり合いません。地上では摩擦によって低圧側へ向かう成分が生じます。ただし、この条件だけで具体的な風向の角度や速さは求められません。

手元に残す要点

• 風向は吹いてくる方角、矢印は空気が進む方角です。
• 気圧配置と半球を確認し、地上と上空の条件を分けます。
• 前線前後の変化は、後の値から前の値を引いて符号を読みます。
• 水温は時刻、緯度、深さをそろえ、流向の資料と区別します。

どこで読み違えたかを見つける

答えが合わないときは、まず表から選んだ時刻に印を付けます。数字は正しく拾えているのに符号が逆なら、引く順序が原因かもしれません。時刻の選択自体が違うなら、前線の通過区間を問題文に戻って確認します。水温差が合っていても結論が強すぎる場合は、流向を示す条件に線を引けるかを確かめます。

個別指導で確かめるなら、北西風の矢印を描いてもらい、矢印の始点と終点を言葉で説明できるかを見ると、風向の定義を使えているか判断できます。上空の問題では、進行方向の右を図に書き入れ、気圧傾度力との向きを比べます。数値の計算と資料から言える範囲を別々に点検すれば、風と水温の図は同じ基準で読み直せます。