H28年 大規模大気特論 問1 問題と解説

大気中の乱流に関する記述として、誤っているものはどれか。

1. 大気中の大小さまざまな渦の不規則な運動によって起きる。
2. 水平及び鉛直方向の乱流の強さは、それぞれの風速成分の平均値で表される。
3. 地表面摩擦により風速の鉛直勾配が生じ、強制対流による乱流が発生する。
4. 日射で暖められた地表面上には自由対流が生じ、乱流を発生させる。
5. 風向きの時間的変化、気流の蛇行も乱流の一種といえる。

　解 説　　　　

乱流の強さが風速の「平均値」で表されるというのは明らかな誤りです。

平均値が正しいとすると、たとえば1分に1回測定するとして、3分間の測定値が10m/s、10m/s、10m/sであるのと、10m/s、15m/s、5m/sであるのはどちらも同じ平均値(10m/s)なので、乱流の強さが同じということになってしまいます。

しかし、実際には10m/sで一定の風が吹いている前者の乱流の強さと、風が強くなったり弱くなったりしている後者の乱流の強さは異なるはずです。

このように、乱流の強さは風速の平均値よりも、風速の変化する振れ幅が与える影響が大きいので、(2)の「平均値」が誤りで、正しくは「偏差」となります。