晴れた日の太陽は南中のころ高くなりますが、一日の最高気温はそれより後に現れることがあります。「日差しが弱まり始めたのに、なぜまだ暖かくなるの？」という疑問は、受け取る熱と失う熱を分けると考えられます。
中学入試では、最も大きい数が書かれた時刻を探すだけでなく、増え続ける条件を読み取る問題として整理しましょう。ただし実際の気温は雲、風、雨、空気の移動などでも変わり、必ず午後の決まった時刻が最高になるわけではありません。
入る量が減っても、差はプラスかもしれない
たとえば、ある区間で受け取る熱が10、失う熱が6なら、差の4だけ熱が増える模型を考えます。次の区間で受け取る熱が8に減っても、失う熱が6のままなら差は2です。増え方は小さくなりましたが、まだ熱は増えています。
水そうへ入る水と出る水を比べると考えやすくなります。蛇口を少し閉めても、流れ込む量が排水量より多ければ、水面はまだ上がります。日射と気温も同じ物理量ではありませんが、「入る量が減った」と「ためられた量が減り始めた」は違う、という考え方をこの模型で確かめられます。
地面と空気の間もたどる
地表は日射を受けて暖まり、地表と接する空気や周囲との熱のやり取りが起きます。空気の温度は、太陽の高さだけをその瞬間に写す目盛りではありません。地面に蓄えられた熱、空気の混ざり方なども関わるため、最高気温の時刻が日射の強い時刻とずれることがあります。
ただし、地面から空気へ熱が届くまでの「一定の待ち時間」があると覚えるのも適切ではありません。晴れ方や風、地面の状態で変わる現象です。図の何時間後という関係が、その日の観測なのか、計算用の条件なのかを区別してください。
二本の線の差を見る
受け取る熱と失う熱を同じ縦軸の目盛りで示したグラフなら、二本の線の上下関係を読みます。受け取る方が上なら差はプラス、同じ高さなら差はゼロ、下ならマイナスです。受け取る線そのものの傾きだけでは判断できません。
模型の中で熱をためる対象や状態が同じなら、差がプラスの間は温度が上がり、マイナスなら下がると考えられます。氷が融けるなど、状態変化へ熱が使われる場面はこの単純な対応から外れます。問題が何を無視しているかも、図のそばへ短く書いておきましょう。
温度が同じに戻っても、途中の最高は同じとは限らない
12時に20℃、16時にも20℃だったからといって、その間ずっと20℃だったとは限りません。模型Aは20→24→22→20℃、模型Bは20→21→19→20℃と変化したかもしれません。両端は同じでも、途中の最高は24℃と21℃で違います。始めと終わりの差だけから、最高気温を作ることはできません。
熱の出入りの図でも同じです。ある区間では受け取る熱が多く、次の区間では失う熱が多ければ、最後に差し引きゼロへ戻ることがあります。合計の熱の差がゼロという結果と、どの区間でも差がゼロだったという条件は異なります。増えた分と減った分を相殺する前に、時刻順に追いましょう。
途中の値を求める設問では、温度を一つ前の時刻から順に更新します。毎回12時の20℃へ増減を足し直すと、前の時間までに蓄えた変化が消えてしまいます。表の一行を完成させてから次へ進む手順が、グラフの山になる時刻を探す助けになります。
例題1：最高になる区間の境目
ある物体について、一時間ごとの受け取る熱が、12〜13時に10、13〜14時に8、14〜15時に5、15〜16時に3でした。失う熱は各区間とも6です。差が1増えるごとに温度が0.5度上がる模型で、12時の温度を20度とします。各時刻の温度と、最も高い時刻を求めましょう。
答え・解説： 熱の差は順に4、2、−1、−3です。温度変化は＋2度、＋1度、−0.5度、−1.5度。13時22度、14時23度、15時22.5度、16時21度になります。最高は14時です。受け取る熱の最大は12〜13時ですが、その次も差がプラスなので温度はさらに上がります。
この数値は大気の実測値ではなく、差し引きを学ぶ模型です。気温の予報へそのまま使う公式ではありません。熱量の単位を省いた相対量であることも、問題の中の約束として受け取ります。
例題2：日較差と平均の違い
ある日の最高気温が27.5度、最低気温が16.0度でした。日較差はいくらですか。また、二つの値だけから一日の平均気温が21.75度だと断定できますか。
答え・解説： 日較差は最高と最低の差なので、27.5−16.0＝11.5度です。二つの平均は21.75度ですが、それが一日の平均気温とは限りません。各時刻にどれだけ長く高温・低温が続いたかという情報がないからです。問題が二つの平均を求めると指定した場合と、観測全体の平均を問う場合を分けます。
実際の観測へ戻すとき
雨が降り始めたり、冷たい空気が流れ込んだりすれば、午後まで上昇するとは限りません。昼に日差しがない日や、夜に暖かい空気が入る日もあります。資料の曲線を「晴れた日の典型」に無理に合わせず、その日の観測を優先します。
気温の説明を書くなら、「午後だから高い」ではなく、「受け取る熱が失う熱を上回る状態が続くと、日射の最大の後にも温度が上がり得る」と、増える条件を入れます。グラフの山の場所を覚えるだけでなく、その手前で増え続けた理由を説明できることが目標です。
二本のグラフの縦軸が別々に描かれている資料には注意してください。左の線が右の線より上に見えても、目盛りの倍率が違えば大小は決まりません。単位と一目盛りの値を読み、それぞれを数値へ戻します。熱の受け取りと放出を同じ基準へそろえて初めて、二つの差を温度の変化と結び付けられます。