温位エマグラムの読み方が分かりますか。

温位エマグラムって、あまり馴染みがありませんが、大気の安定度を観察するのに適した指標です。

通常のエマグラムは横軸が気温ですが、温位エマグラムは横軸が温位になっています、

例えばこんな実践的な問題があります。

第39回専門知識　問9

見慣れないグラフなので、どう判断したら良いか分からない人も多いことでしょう。

でも、有益なグラフなので、今後出題頻度が増えるかもしれませんよ。

 

温位エマグラムの意味合いを知るヒントにするために、まず、この問題を解いてみてください。

第37回一般知識　問3

温位エマグラムの基本概念の確認です。

最初の選択は、鉛直方向に温位が変化しないのは「乾燥断熱線」か「湿潤断熱線」かを考えます。

乾燥空気を断熱的に持ち上げたときに乾燥断熱線に沿って動きますが、このときに温位は保存されます。
だから、温位が変化しない（直立）なのは、乾燥断熱線です。

これで、選択肢[2]と[4]が消えました。　[1][2][3][4][5]

 

次に、湿潤断熱線が、右に傾いているか、左に傾いているかの選択です。
実際のエマグラム用紙を思い出してください。

乾燥断熱線よりも湿潤断熱戦の気温減率が小さいので、右側に位置しますね。

すると、湿潤断熱線が左に傾いている選択肢[1]は『誤』あることが分かります。
[1][2][3][4][5]

選択肢[3][5]のどちらかを選ぶことになります。

 

上の、色付き図でも分かるように
絶対安定領域は、湿潤断熱線より右に傾いており
絶対不安定領域は、乾燥断熱線より左に傾いています。

すると正解は選択肢[3]になります。

温位線の意味

大気の温位は通常は安定な状態にあるものです。

なぜなら、不安定な状態は対流活動によって是正されるからです。

特に、上層においては安定な状態が多いので、温位線は自然に右に傾いているものです。

• 温位が左に傾いている状態：
  大気が不安定な状態を意味しており、降水が予想されます。
• 温位が鉛直である状態：
  中立で、条件付き不安定な状態を示しています。
  降水の可能性も否定できません。
• 温位が右に傾いている状態：
  傾き角度が大きいほど安定で、降水はないでしょう。
• 温位線が急激に右に折れている状態：
  極めて安定な層であり、前線に伴う逆転層や沈降性の逆転層の可能性があります。

 

相当温位線の意味

相当温位は水蒸気の潜熱エネルギーを含んだ数値です。

• 温位線に近いとき：
  水蒸気量が少なく乾燥している状態です。
  温位と相当温位が近いのは、水蒸気量が少ないときです。
  水蒸気量が多くなれば相当温位の値は大きくなりますからね。
• 温位線から離れているとき：
  水蒸気量が多く湿潤な状態です。
  空気が湿潤なときには、相当温位は水蒸気の潜熱エネルギーを持っているので温位よりも数値が大きくなりますから、グラフの上では温位線から右側に離れます。
  ・
• 相当温位線が右に傾いている状態：
  大気が安定な状態です。
• 相当温位線が鉛直である状態：
  大気の状態は不安定な要素が強いです。
• 相当温位線が左に傾いている状態：
  対流不安定を引き起こす状態です。

 

飽和相当温位線の意味

飽和相当温位は、通常耳にすることはありませんね。

飽和した状態の相当温位を計算した結果で、その大気が含有できる水蒸気量を示します。

温位線から離れていれば、含有できる水蒸気量が多い、大気が暖かい状態です。
逆に、温位線に近ければ含有できる水蒸気量が少ない、つまり大気が冷たい状態です。

 

相互の位置関係の意味

実際の大気が飽和していれば、相当温位線と飽和相当温位線が一致して重なります。
飽和しているので、相対湿度100%です。

実際の大気が乾燥していれば、相当温位線は飽和相当温位線から離れます。
相当温位線と温位線が重なっていれば、水蒸気がゼロ、つまり相対湿度0%です。

相当温位線との離れ具合で、大気の湿潤-乾燥状態を示します。
ちょっと乱暴な表現ですが、相当温位線の位置は、相対湿度計のような意味合いになります。

目盛間隔については検証していないので、中央にあっても相対湿度が50%かどうかは分かりません。

通常のエマグラムの状態曲線には、露点温度を表示して乾燥度合いを観察しますが、その代わりの役割と思っても良いかもしれません。

 

図の解析をしましょう

（ア）の解析

全層に渡って温位線と飽和相当温位線が近いので、大気がかなり冷たい状態です。

700hPa付近に急激な変化をする安定層があるので、前線面の存在が考えられます。

700hPa より下層で、温位線、相当温位線ともに鉛直に近く立ち上がっているので、大気の安定性は小さく降水も考えられます。

 

（イ）の解析

最初に目につくのは、750hPa付近の急激な変化です。
これは、沈降性の逆転層で観られる特徴的なグラフで、逆転層付近で一気に乾燥しています。

逆転層から上は、概ね乾燥しています。

逆転層から下の層は、温位線と飽和相当温位線が近いので水蒸気量が多くやや湿っているので、雲があるかもしれません。
また、温位線が安定な傾きなので降水はない模様です。

（ウ）の解析

720hPa付近から下では、相当温位線が大きく左に傾いているので、対流不安定の状態です。

現在は乾燥していますが飽和水蒸気量が大きいので、上昇流が発生すると途端に雷雨が発生する可能性があります。

 

（エ）の解析

下層の温位線と飽和相当温位線が大きく離れているので、含有する水蒸気量が多い暖かい大気です。

全層に渡って、相当温位線と飽和相当温位線が絡み合っているので飽和しているようです。

高温多湿の空気塊、いわゆるな暖湿な空気と判断でき、大雨を降らせる状況かもしれません。

 

判定はどうなる

(a)の判定

『観測地点は強い寒気が流入している領域にあり、周辺では雪やみぞれが観測されている。』

『雪が降るほど気温が低い』ので、（ア）の可能性が高く、逆に暖湿空気の（エ）は該当しません。

上記の解説は、わたしがネタ本を見ながら書いたのですが、どうやら解釈が間違っているようです。

解答は　(a)＝（ア）で変わりませんが、（ア）の状況解釈が違います。

 

過去問の解説に『復習の手引』を提供してくださっている気象予報士の古久根さんからメールで貴重なアドバイスを頂いたので以下に要点を記載します。

内容を拝見すると、論理的な整合性があり、古久根さんの解釈が正しいと思います。
アドバイスありがとうございました。
（印刷されているからと言って、ネタ本が必ずしも当てになるとは限らないなぁ）

ということで、解答は　(a)＝（ア）で変わりませんが、（ア）の温位エマグラムは、寒冷前線ではなく冬の日本海側の事象であると訂正します。

 

(b)の判定

『観測地点の北側には梅雨前線があり、周辺では強い降水が観測されている。』

『梅雨前線の南側』であれば、上空に前線面がないので、逆転層がある（イ）は除外されます。

残るのは（ウ）か（エ）ですが、暖湿空気で激しい雨ならば、全層が飽和している（エ）ですね。

 

(c)の判定

『観測地点はオホーツク海高気圧の南側にあり、周辺は概ね曇っている。』

オホーツク海高気圧の特徴の一つとして、しばしば大気の下層が低温で逆転層があることです。

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明瞭な逆転層があるのは（イ）です。

上層が乾燥しているので、オホーツク海高気圧の気層として矛盾しません。

 

正解は

• (a)=（ア）
• (b)=（エ）
• (c)=（イ）

ですから、

正解は　[2]（ア）（エ）（イ）です。