【第60回】2023年8月試験(学科専門試験)問1(水蒸気量や相対湿度の計算)

問1

異なる3つの観測点A、B、Cで観測した湿度等の測定結果について述べた文 (a) ~ (c) の正誤の組み合わせとして正しいものを、下記の1~5の中から1つ選べ。ただし、測定時の気圧はすべて1013.25hPaとし、飽和水蒸気圧は表1を用い、アスマン通風乾湿計による湿度は表2を用いて求めよ。

地点A:電気式湿度計の測定結果が70%、気温が20℃。
地点B:露点計の測定結果が15℃、気温が25℃。
地点C:アスマン通風乾温計の湿球温度が15℃、乾球温度が20℃。

(a) 大気に含まれる単位体積あたりの水蒸気量が最も少ないのは、地点Cである。

(b) 大気に含まれる単位体積あたりの水蒸気量が最も多いのは、地点Aである。

(c) 大気の相対湿度が最も低いのは、地点Bである。

気象予報士試験_第60回_専門知識_問1
   





解説

本問は、地点A、B、Cにおける湿度等の測定結果から水蒸気量や相対湿度を求め、

その大きさを比べる問題です。

問題文では水蒸気量を比較するように書かれていますが、

水蒸気量と水蒸気圧は比例しますので、水蒸気量=水蒸気圧だと思ってOKです。

水蒸気量と水蒸気圧が比例する理由

水蒸気も理想気体の状態方程式に従いますので、

水蒸気(分)圧を e

単位体積の空気に含まれる水蒸気量(水蒸気密度)を ρ

水素気に対する気体定数を R、

気温を T とすると、

e = ρRT

が成り立ちます。

以上より、水蒸気圧 e と、単位体積あたりの水蒸気量 ρ は比例することが分かります。

本問の解説:地点Aについて

(問題)地点A:電気式湿度計の測定結果が 70 %、気温が 20 ℃。

地点Aは、電気式湿度計の測定結果が 70 %なので、地点Aの相対湿度は 70 %です。

また、気温は 20 ℃なので、表1より飽和水蒸気圧は 23.4 hPaと分かります。

気象予報士試験_第60回_専門知識_問1

この飽和水蒸気圧 23.4 hPaは、湿度 100 %、つまり飽和している時の水蒸気圧ですので、

湿度 70 %の時の水蒸気圧は、飽和水蒸気圧の 70 %となります。

したがって、地点Aの水蒸気圧

23.4 × 0.7 = 16.4 hPa

となります。

本問の解説:地点Bについて

(問題)地点B:露点計の測定結果が 15 ℃、気温が 25 ℃。

地点Bは、露点計の測定結果が 15 ℃なので、地点Bの露点温度は 15 ℃です。

露点温度とは、空気が飽和する時の温度(=湿度 100 %の時の温度)です。

つまり、気温 25 ℃からどんどん気温を下げていって、

気温が露点温度 15 ℃に達した時に湿度 100 %となり、水蒸気の凝結が始まります。

飽和するまでは、大気に含まれる単位体積あたりの水蒸気量は変わりませんので、

地点Bの水蒸気圧は、露点温度での飽和水蒸気圧に等しくなります。

露点温度と飽和水蒸気量(圧)

したがって、表1より、地点Bの水蒸気圧は 17.1 hPaと分かります。

気象予報士試験_第60回_専門知識_問1

また、表1より、気温 25 ℃の飽和水蒸気圧は、31.7 hPaですので、

地点Bの相対湿度

(17.1 ÷ 31.7) × 100 = 54%

となります。

本問の解説:地点Cについて

地点C:アスマン通風乾温計の湿球温度が 15 ℃、乾球温度が 20 ℃。

地点Cは、アスマン通風乾湿計の湿球温度が 15 ℃乾球温度が 20 ℃なので、

乾球温度と湿球温度の温度差は 5 ℃です。

表2の乾球温度 20 ℃の行と温度差 5 ℃の列から、地点Cの相対湿度は 59 %と分かります。

気象予報士試験_第60回_専門知識_問1

また、表1より気温(乾球温度)20 ℃の飽和水蒸気圧は 23.4 hPaと分かります。

気象予報士試験_第60回_専門知識_問1

したがって、地点Cの水蒸気圧

23.4 × 0.59 = 13.8 hPa

となります。

本問の解説:(a), (b), (c)について

これまで求めた地点A、B、Cの相対湿度、水蒸気圧を整理し、問題を解いてみましょう。

地点相対湿度 [%]水蒸気圧 [hPa]
A7016.4
B5417.1
C5913.8

(問題)(a) 大気に含まれる単位体積あたりの水蒸気量が最も少ないのは、地点Cである。

水蒸気量が最も少ない(水蒸気圧が最も低い)のは地点Cなので、答えは となります。

(問題)(b) 大気に含まれる単位体積あたりの水蒸気量が最も多いのは、地点Aである。

水蒸気量が最も多いのは(水蒸気圧が最も高い)のは地点Bなので、答えは となります。

(問題)(c) 大気の相対湿度が最も低いのは、地点Bである。

相対湿度が最も低いのは地点Bなので、答えは となります。

以上より、本問の解答は (a) (b) (c) とする となります。

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書いてある場所:P58(飽和水蒸気圧)、P60(相対湿度)、P62〜63(露点温度、湿球温度)


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書いてある場所:P118〜122(水蒸気圧、飽和水蒸気圧)、P126〜131(相対湿度、乾球温度、湿球温度)、P132〜136(露点温度)


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書いてある場所:P94〜97(飽和水蒸気圧、露点温度、相対湿度)


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書いてある場所:P41〜44(気温、湿度の観測測器)


書いてある場所:P46〜50(待機中の水分量の表現方法(飽和水蒸気圧、露点温度など))


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書いてある場所:P34〜36(相対湿度、水蒸気圧、露点温度の観測)

備考

試験問題は「一般財団法人 気象業務支援センター」様の許可を得て掲載しています。

当記事の解説は「一般財団法人 気象業務支援センター」様とは無関係ですので、情報の誤りや不適切な表現があった場合には、お問い合わせからご連絡ください。

また、当記事に掲載された内容によって生じた損害等の一切の責任を負いかねますのでご了承ください。

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