R1年 大規模大気特論 問4 問題と解説

　問題　　　　　

有効煙突高さが100mとして、パスキルの方法に従って計算した煙軸直下の正規化着地濃度(Cu/Q)は図のような分布となる。ただし、A～Fは安定度分類である。

本曇りの昼間で、風速u=4m/s、排出量Q=1m³/sのとき、最大着地濃度(ppm)として最も近い値はどれか。

正解 (3)

　解説　　　　

図中にはパスキルの大気安定度A～Fの軌跡がそれぞれ描かれていますが、それらの違いを理解しておく必要があります。パスキルの安定度分類は以下の通りとなります。これはよく使う知識なので、ぜひ押さえておいてください。

A～Cの不安定状態は、地表近くに暖かい空気があり、上空に冷たい空気がある場合の状態です。本来は暖かい空気が上に、冷たい空気が下に移動するものなので、この状態だと上下の空気が入れ替わるように大きく動きます。

このように、大気の流れが大きくなるような状態が、不安定状態です。晴れた日の日中は、太陽が地表を温めるため、不安定状態になりやすいです。

特に、晴れた日の昼間で風が弱いときは、地表がじっくり温められるため、この現象が顕著になります。つまり、このような場合は強不安定状態(パスキルの大気安定度A)となります。

逆に、風が強い場合には地表の熱がうまく拡散され、不安定状態はやわらぎます。よって、このような場合は弱不安定状態(パスキルの大気安定度C)となります。また、風の強さが強くも弱くもない場合が、並不安定状態(パスキルの大気安定度B)です。

一方、晴れた日の夜は放射冷却によって地表が冷やされます。この場合、地表が冷たくて上空が暖かいという構図になりますが、この関係は自然の状態と同じなので、地表と上空の空気はそのままの状態を維持し、ほとんど動こうとしません。

このように、大気の流れが小さくなるような状態が、安定状態です。晴れた日の夜間は安定状態になりやすいです。

特に、風が弱い場合には地表の空気が冷やされたまま動かないので、より強い安定状態になるといえます。これが並安定状態(パスキルの大気安定度F)です。

いくらか風が吹いていると安定状態は少し弱くなるので、弱安定状態(パスキルの大気安定度E)となります。さらに風が強くなると、中立状態(パスキルの大気安定度D)となります。

また、天気が本曇の場合には、日中でも夜間でも中立状態(パスキルの大気安定度D)が当てはまります。

以上をまとめると、パスキルの安定度分類と気象条件の関係は次のようになります。

前フリが長くなりましたが、上記のことは重要事項なのでぜひ押さえておいてください。

ここでやっと本題に入りますが、今回は天気が本曇なので、パスキルの安定度分類はDになります。昼間という情報もありますが、本曇の場合は昼夜問わずにDとなります。

このときの正規化着地濃度は、図のDの最も高い点のCu/Qを読み取ればよいので、8×10^-6とわかります。

求めたいのは最大着地濃度Cですが、uとQは問題文で与えられているため、次のように方程式を解くことでCを求めることができます。

ちなみに、最後の式変換は単位を[ppm]に合わせるための操作です。ppmはparts per millionの略で、百万分率のことなので、1×10^-6＝1[ppm]となります。百分率が1×10^-2＝1[%]になるのと同じ考え方です。

R1年大規模大気特論問4 問題と解説