【第61回】2024年１月試験（学科一般試験）問８（大気と海洋による南北熱輸送）

本問は、年平均した大気と海洋による南北熱輸送量の緯度分布に関する問題です。

問題の図は、縦軸が「北向きの熱輸送量」というフラックス（＝流束）を表す物理量であり、慣れていないと図が何を意味しているのか理解するのに苦労するかもしれません。

なので、はじめに図の見方を簡単に説明します。

そもそも、フラックス とは、ある面を通過する物質やエネルギーの量を示す物理量です。

簡単に言うと、フラックスは「どれだけの量がどれくらいの速さで流れているか」を表します。

本問では、「北向きの熱輸送量」というフラックスですので、値が正に大きいほど熱を北向きに輸送し、値が負に大きいほど熱を南向きに輸送しているということです。

また、値が０の時は、熱を北にも南にも輸送していないことを表しています。

例えば、上図のように、北緯30度では、北向きの熱輸送が約 4.8×10¹² [kJ/s] ですので、毎秒約 4.8×10¹² [kJ] の熱を北向きに輸送しているということです。

また、南緯60度では、北向きの熱輸送が約－3.5×10¹² [kJ/s] ですので、毎秒約 3.5×10¹² [kJ] の熱を南向きに輸送しているということです。

本問の解説：(a)について

（問題）北緯40°付近よりも高緯度の、大気と海洋による北向きの全熱輸送量が極に向かって減少している領域では、大気と海洋は全体として南北熱輸送により加熱されている。

→ 答えは 正 です。

下図のように、北緯40°以北の、大気と海洋による北向きの全熱輸送量が極に向かって減少している領域（下図の青い四角形）を考えてみます。

この領域では、流入する熱エネルギーより、流出する熱エネルギーの方が小さいので、結果として熱が蓄積され、加熱されていることが分かります。

したがって、北緯40°付近よりも高緯度の、大気と海洋による北向きの全熱輸送量が極に向かって減少している領域では、大気と海洋は全体として南北熱輸送により加熱されていますので、答えは 正 となります。

本問の解説：(b)について

（問題）亜熱帯高圧帯では蒸発量が降水量よりも多く、蒸発量と降水量の差のほとんどは、水蒸気としてハドレー循環により熱帯収束帯に向かって輸送されている。

→ 答えは 誤 です。

亜熱帯高圧帯（亜熱帯高気圧）とは、下図のように赤道付近で上昇した空気が緯度30度付近で下降する（＝ハドレー循環）ことによって形成される高圧帯のことです。

この亜熱帯高気圧は、下降流域なので、雲の発達が抑えられ、蒸発量が降水量よりも多くなります。

この蒸発量と降水量の差にあたる水蒸気量が潜熱であり、この潜熱（＝水蒸気）が大気によって南北どちらに輸送されているかを考えます。

下図の「大気による潜熱輸送」を見ると、亜熱帯高気圧がある30°付近より極側では極向きの潜熱輸送になっており、赤道側で赤道向きの潜熱輸送になっています。

これは、亜熱帯高気圧より極側では、温帯低気圧などによって潜熱が極側へ輸送され、赤道側では、ハドレー循環によって潜熱が赤道側へ輸送されるためです。

したがって、亜熱帯高圧帯では蒸発量と降水量の差の「ほとんどが水蒸気（＝潜熱）としてハドレー循環により熱帯収束帯に向かって輸送されている」わけではなく「極側にも同じくらいの潜熱が輸送されています」ので、答えは 誤 となります。

本問の解説：(c)について

（問題）海洋では、海流により高温の海水が低緯度から高緯度に、低温の海水が高緯度から低緯度に運ばれることにより、低緯度から高緯度に熱が輸送されている。

→ 答えは 正 です。

下図の「海洋による潜熱輸送」を見ると、北半球では北向きの熱輸送、南半球では南向きの熱輸送となっていることが分かります。

これは、下図のように、海洋では、黒潮などの極向きの海流によって高温の海水が低緯度から高緯度に、カリフォルニア海流などの赤道向きの海流によって低温の海水が高緯度から低緯度に輸送されているためです。

熱エネルギーは、暖かい方から冷たい方へ移動しますので、結果として海洋では、熱エネルギーが、低緯度から高緯度に輸送されていることになります。

したがって、海洋では、海流により高温の海水が低緯度から高緯度に、低温の海水が高緯度から低緯度に運ばれることにより、低緯度から高緯度に熱が輸送されていますので、答えは 正 となります。

以上より、本問の解答は、(a) 正 (b) 誤 (c) 正 とする ３ となります。