【第62回】2024年８月試験（学科専門試験）問２（ウィンドプロファイラ観測）

本問は、ウィンドプロファイラのデータから風向・風速を推定する問題です。

ウィンドプロファイラ とは、上空の風向・風速を測定する装置のことです。

具体的には、地上から上空に向かって５つの方向（鉛直方向と東西南北）に電波を発射します。

発射された電波は、大気の乱れや降水粒子など（＝散乱体）に当たって散乱されますが、その際、これらの散乱体が風に流されているため、ドップラー効果により、戻ってくる電波の周波数がわずかに変化します。

この周波数の変化を利用して、風向・風速を測定します。

（ちなみに、ウィンドプロファイラとは「ウィンド（風）のプロファイル（横顔・側面図）を描くもの」という意味です。）

本問の解説：時刻Aの風向について

（問題）表は、晴れた日の時刻 A および時刻 B において、ある高度で測定された各方向のドップラー速度を示したものである。この表に基づき、時刻 A の風向を求めよ。ただし、ドップラー速度は観測点から遠ざかる方向を正とし、真上から東西南北に傾けた電波の発射角度は４方向とも10°とする。また、 \( \scriptsize \sqrt{2} \) = 1.4、sin10°= 0.17 とする。

→ 答えは 南東 です。

ドップラー速度の向きは、ビームの方向（傾き＝10°）なので、本来は鉛直成分を含んでいます。

しかし、真上方向のドップラー速度は表から０m/sなので、鉛直成分について考える必要はありません。

このため、風速の水平成分は下図のように V/sin10°で求めることができます。

つまり、ウィンドプロファイラから遠ざかる風の成分を正、近づく風の成分を負とすると、時刻Aにおける風向は下図のようになります。

そうすると、北向きに ４/sin10°[m/s]、西向きに ４/sin10°[m/s]を観測していますので、合成すると V_A は南東風になります。

したがって、時刻Aの風向は 南東 となります。

本問の解説：時刻Bの風向について

（問題）表は、晴れた日の時刻 A および時刻 B において、ある高度で測定された各方向のドップラー速度を示したものである。この表に基づき、時刻 B の風向を求めよ。ただし、ドップラー速度は観測点から遠ざかる方向を正とし、真上から東西南北に傾けた電波の発射角度は４方向とも10°とする。また、 \( \scriptsize \sqrt{2} \) = 1.4、sin10°= 0.17 とする。

→ 答えは 南 です。

時刻Aの風向を求めた時と同様に、風の成分を描くと下図のようになります。

時刻Bでは、東西成分がなく、北向きに５/sin10°[m/s]を観測していますので、V_B は南風になります。

したがって、時刻Bの風向は 南 となります。

本問の解説：時刻Aと時刻Bの風速の大小関係

（問題）表は、晴れた日の時刻 A および時刻 B において、ある高度で測定された各方向のドップラー速度を示したものである。この表に基づき、時刻 A の風速 V_A と時刻 B の風速 V_B の大小関係を求めよ。ただし、ドップラー速度は観測点から遠ざかる方向を正とし、真上から東西南北に傾けた電波の発射角度は４方向とも10°とする。また、 ( \scriptsize \sqrt{2} ) = 1.4、sin10°= 0.17 とする。

→ 答えは V_A ＞ V_B です。

時刻Aの風速 V_A と、時刻Bの風速 V_B をそれぞれ求めると、下図のようになります。

したがって、V_A の方が V_B より風速が大きいので、答えは V_A ＞ V_B となります。

以上より、本問の解答は、(時刻Aの風向) 南東 (時刻Bの風向) 南 (時刻Aと時刻Bの風速の大小関係) V_A ＞ V_B とする １ となります。