露点

露点とは、一定圧力下で空気を冷却し、相対湿度を100%にするための温度です。 ^[1]この温度は、空気の圧力と水分含有量に依存する熱力学的特性です。露点以上の温度にある空気が冷却されると、その水分保持能力は低下し、空気中の水蒸気は凝縮して露と呼ばれる液体の水を形成します。^[2]この現象が空気とより低温の表面との接触によって起こると、その表面に露が形成されます。^[3]

露点は空気中の湿度によって影響を受けます。空気中の水分量が多いほど、露点は高くなります。^[4]

温度が水の凝固点より低い場合、霜は凝縮ではなく沈殿によって形成されるため、露点は霜点と呼ばれます。 [ 5 ]液体において^、露点に相当するのは曇点です。

湿度

湿度に影響を与える他のすべての要因が一定であれば、地上では気温が低下するにつれて相対湿度は上昇します。これは、空気が保持できる水蒸気量が減少し、空気を飽和させるのに必要な水蒸気量が減少するためです。露点温度は、空気が水で飽和しているときの気温と等しくなります。それ以外の場合、露点は気温よりも低くなります。^[6]^{: 129}

専門用語では、露点とは、一定気圧の空気サンプル中の水蒸気が、蒸発するのと同じ速度で凝縮して液体の水になる温度です。 ^[7]露点より低い温度では、凝縮の速度が蒸発の速度よりも速くなり、より多くの液体の水が形成されます。凝縮した水は、固体の表面に形成される場合は露と呼ばれ、凍結する場合は霜と呼ばれます。空気中では、凝縮した水は、形成される高度によって霧または雲と呼ばれます。温度が露点より低く、露も霧も形成されない場合、蒸気は過飽和と呼ばれます。これは、空気中に凝縮核として機能するのに十分な粒子がない場合に起こります。^[8]

露点は、空気中に含まれる水蒸気の量によって決まります。空気が非常に乾燥していて水分子が少ない場合、露点は低くなり、結露が発生するには表面の温度が空気よりもはるかに低くなければなりません。空気が非常に湿度が高く、水分子を多く含む場合、露点は高くなり、空気より数度低い表面でも結露が発生する可能性があります。^[9]

相対湿度が高いということは、露点が現在の気温に近いことを意味します。相対湿度が100%の場合、露点は現在気温と等しく、空気が最大限に水分で飽和していることを示します。水分含有量が一定で気温が上昇すると、相対湿度は低下しますが、露点は一定のままです。^[10]

一般航空のパイロットは、露点データを使用して、キャブレターの着氷や霧の発生の可能性を計算し、積雲底の高さを推定します。

気圧の上昇は露点を上昇させます。^[11]これは、気圧が上昇した場合、同じ露点を維持するためには、空気の体積あたりの水蒸気量を減らさなければならないことを意味します。例えば、ニューヨーク市（標高10メートルまたは33フィート）とデンバー（標高1,610メートルまたは5,280フィート[12]）を考えてみましょう。デンバーはニューヨークより^も標高が高いため、気圧が低くなる傾向があります。つまり、両都市の露点と気温が同じであれば、空気中の水蒸気量はデンバーの方が多くなります。

人間の快適さとの関係

気温が高いとき、人体は汗の蒸発を利用して体温を下げますが、その冷却効果は汗の蒸発速度に直接関係しています。汗の蒸発速度は、空気中の水分量と空気が保持できる水分量によって決まります。空気がすでに水分で飽和状態（湿度が高い状態）にある場合、汗は蒸発しません。体温調節機能は、たとえ汗の産生速度が蒸発速度を上回ったとしても、体温を一定に保とうと発汗します。そのため、湿度の高い日には、運動などによって体温を上昇させなくても、汗でびっしょりになることがあります。

体温によって温められた空気は上昇し、他の空気と入れ替わります。自然の風や扇風機などで体から空気を遠ざけると、汗の蒸発が促進され、発汗による冷却効果が高まり、快適性が高まります。逆に、蒸発しない汗が増えると、快適性は低下します。

湿球温度計も蒸発冷却を利用するため、快適度を評価するのに適した指標となります。

露点が非常に低い場合（約-5℃または23℉以下）にも不快感が生じます。^[要出典]乾燥した空気は皮膚にひび割れや炎症を引き起こしやすく、気道も乾燥します。米国労働安全衛生局は、室内空気を20～24.5℃（68～76℉）、相対湿度20～60%に保つことを推奨しています^[13]。これは露点が約4.0～16.5℃（39～62℉）に相当します（以下のシンプルルール計算による）。

露点が10℃（50℉）未満と低い場合、周囲温度が低くなり、冷却の必要性が減ります。露点が低い場合、気温が高くても相対湿度が極めて低い場合にのみ冷却効果が得られます。そのため、比較的効果的な冷却が可能になります。

熱帯および亜熱帯気候に住む人々は、より高い露点に多少順応する。そのため、たとえばシンガポールやマイアミの居住者は、ロンドンやシカゴのような温帯気候の居住者よりも不快感の閾値が高い可能性がある。温帯気候に慣れた人々は、露点が15℃（59°F）を超えると不快に感じ始めることが多いが、露点が18℃（64°F）までであれば快適だと感じる人もいる。温帯地域の居住者のほとんどは、露点が21℃（70°F）を超えると蒸し暑く熱帯のような暑さを感じるが、高温多湿の地域の居住者はこれを不快に感じないかもしれない。温熱的快適性は、物理的な環境要因だけでなく、心理的要因にも左右される。^[14]

高度と雲

大気中の上昇気流は、気圧の低下とともに冷却され、露点温度に近づきます。この空気の相対湿度は、水蒸気量が同じであれば気圧が低下するにつれて増加します。この組み合わせにより、露点温度は100メートルあたり0.2℃、1000フィートあたり4.5℉低下します。露点に達した高度では凝結が始まり、雲、または低高度では霧と呼ばれる雲が発生します。積雲は、気温が露点を超える高度を示す平らな底を持つ傾向があります。水蒸気が水滴に凝結すると、水1グラムあたり600カロリーのエネルギーが放出され、周囲の空気を暖めます。^[15]^{: 292}

測定

湿度計と呼ばれる装置は、幅広い温度範囲で露点を測定するために使用されます。これらの装置は、研磨された金属鏡で構成されており、空気を通過させると冷却されます。露点は、鏡に映る光の鮮明度の低下を観察することで測定できます。この種の手動装置は、他の種類の湿度センサーの校正に使用できます。また、自動センサーは、加湿器や除湿器と組み合わせた制御ループで使用され、建物内や製造工程の小規模な空間における空気の露点を制御します。

露点の計算

実際の（乾球）気温 $T$ （摂氏）と相対湿度 $RH$ （パーセント）から露点 $T$ _dryを計算するために使用されるよく知られた経験的近似値は、マグナスの式です。ここで、 $b$ = 17.625、 $c$ = 243.04 °Cです。^[16] $b$ と $c$ の値は、-40 °Cから+50 °Cの範囲で最大偏差を最小化するように選択されました。 ${\begin{aligned}\gamma (T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{\ 100\ }}\right)+{\frac {b\ T}{\ c\ +\ T\ }}\ ;\\[8pt]T_{\mathsf {dry}}&={\frac {\ c\ \gamma (T,\mathrm {RH} )\ }{\ b\ -\ \gamma (T,\mathrm {RH} )\ }}\ ;\end{aligned}}$

この近似値のより完全な定式化と起源には、 $Tにおける相互に関連する$ 飽和水蒸気圧(単位はミリバール、ヘクトパスカルとも呼ばれる) $P$ _s ( $T$ ) と、実際の蒸気圧 (単位はミリバール) $P$ _a ( $T$ ) が含まれます。これは、 $RHで求めることも、大気圧 (ミリバール)$ $BP$ _mbarで近似することもできます。また、「湿球」温度 $T$ _{wetは、次のとおりです (特に断りのない限り、温度はすべて}摂氏で表されます)。 ${\begin{aligned}P_{\mathrm {s} }(T)&={\frac {\ 100\ }{\ \mathrm {RH} \ }}\ P_{\mathrm {a} }(T)=a\ e^{\frac {b\ T}{\ c\ +\ T\ }}\ ;\\[8pt]P_{\mathrm {a} }(T)&={\frac {\mathrm {RH} }{100}}\ P_{\mathrm {s} }(T)=a\ e^{\gamma (T,\mathrm {RH} )}\\[8pt]&\approx P_{\mathrm {s} }(T_{\mathrm {w} })-\mathrm {BP} _{\mathsf {mbar}}\ 0.00066\ \left(1+0.00115\ T_{\mathsf {wet}}\right)\left(T-T_{\mathsf {wet}}\right)\ ;\\[8pt]T_{\mathsf {dry}}&={\frac {\ c\ \ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}\ }{\ b-\ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}}}\ ;\end{aligned}}$

精度を上げるために、ボーゲル修正（アーデンバック方程式としても知られる）の一部を使用して、 $P$ _s ( $T$ ) （したがって $γ$ ( $T$ , $RH$ ) ）を増強することができる。この修正では、4番目の定数 $d$ が追加される。ここで ${\begin{aligned}P_{\mathrm {s,m} }(T)&=a\ e^{\left(b\ -\ {\frac {\ T\ }{d}}\right)\left({\frac {T}{\ c\ +\ T\ }}\right)}\ ;\\[8pt]\gamma _{\mathrm {m} }(T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\ \mathrm {RH} \ }{\ 100\ }}\ e^{\left(b\ -\ {\frac {\ T\ }{d}}\right)\left({\frac {T}{\ c\ +\ T\ }}\right)}\right)\ ;\\[8pt]T_{\mathsf {dry}}&={\frac {\ c\ \ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}\ }{\ b-\ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}\ }}={\frac {\ c\ \ln \left({\frac {\ \mathrm {RH} \ }{\ 100\ }}{\frac {\ P_{\mathrm {s,m} }(T)\ }{a}}\right)\ }{\ b\ -\ \ln \left({\frac {\ \mathrm {RH} \ }{\ 100\ }}{\frac {\ P_{\mathrm {s,m} }(T)\ }{a}}\right)\ }}={\frac {\ c\ \gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )\ }{\ b\ -\ \gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )\ }};\end{aligned}}$

$a$ = 6.1121 mbar、 $b$ = 18.678、 $c$ = 257.14 °C、 $d$ = 234.5 °C。

使用されている定数セットは複数あります。NOAAのプレゼンテーション^{[17]で使用されている定数セットは}、 1980年にデイビッド・ボルトンがマンスリー・ウェザー・レビュー誌に発表した論文^[18]から引用したものです。

$a$ = 6.112 mbar、 $b$ = 17.67、 $c$ = 243.5 °C。

これらの評価は、 -30℃ $\leqT\leq35$ ℃、1%< $RH$ <100%の条件下で最大0.1%の誤差を生じる。また、Sonntag1990 ^{[19]も注目に値する。}

$a$ = 6.112 mbar、 $b$ = 17.62、 $c$ = 243.12 °C、−45 °C ≤ $T$ ≤ 60 °Cの場合（誤差±0.35 °C）。

もう一つの一般的な値は、1974年の「湿度測定法と湿度チャート」に由来しています。^[20]

$a$ = 6.105 mbar、 $b$ = 17.27、 $c = 237.7 °C、$ 0 °C ≤ $T$ ≤ 60 °Cの場合（誤差±0.4 °C）。

また、応用気象学・気候学ジャーナル^[21]において、アーデン・バックは複数の異なる評価セットを提供しており、温度範囲に応じて最大誤差が異なります。特に2つのセットは、-40℃から+50℃の範囲で評価を行い、その範囲内での最大誤差は上記のすべてのセットよりもさらに低くなっています。

$a$ = 6.1121 mbar、 $b$ = 17.368、 $c$ = 238.88 °C、0 °C ≤ $T$ ≤ 50 °Cの場合（誤差 ≤ 0.05%）。
$a$ = 6.1121 mbar、 $b$ = 17.966、 $c$ = 247.15 °C、−40 °C ≤ $T$ ≤ 0 °Cの場合（誤差 ≤ 0.06%）。

単純な近似

露点、温度、相対湿度を変換できる簡単な近似式もあります。この方法は、相対湿度が50%以上であれば、約±1℃の精度で計算できます。 ${\begin{aligned}T_{\mathrm {dry} }&\approx T-{\frac {\ 100-\mathrm {RH} \ }{5}}\ ;\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 100-5\ (T-T_{\mathrm {dry} })\ ;\end{aligned}}$

これは、簡単な経験則として表現できます。

露点と乾球温度の差が 1 °C 増えるごとに、相対湿度は 5% 減少します。これは、露点が乾球温度に等しいときの RH = 100% から始まります。

このアプローチの導出、その精度に関する議論、他の近似値との比較、露点の歴史と応用に関する詳しい情報は、アメリカ気象学会誌に掲載された記事に記載されています。^[22]

華氏温度の場合、これらの近似値は次のように変換されます。 ${\begin{aligned}T_{\mathrm {dry,^{\circ }F} }&\approx T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-{\tfrac {\ 9\ }{25}}\ \left(100-\mathrm {RH} \right)\ ;\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 100-{\tfrac {25}{\ 9\ }}\ \left(T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-T_{\mathrm {dry,^{\circ }F} }\right)\ ;\end{aligned}}$

例えば、相対湿度が100%の場合、露点は気温と同じになります。 $相対湿度$ が90%の場合、露点は気温より3°F低くなります。10%低くなるごとに、露点は3°F低くなります。

霜点

霜点は露点に似ており、一定の大気圧下で、湿った空気塊を冷却して水蒸気を液相にすることなく氷結晶として表面に沈着させる温度です（昇華と比較）。空気塊の霜点は常に露点よりも高くなります。これは、（過冷却された）液体の水の表面と比較して、氷の表面では水分子間のより強い結合を破るにはより高い温度が必要になるためです。^[23]

歴史

古代ギリシャでは、アリストテレスは露は空から降ると考えていました。^[24]ルネサンス期には、フェルディナンド2世デメディチが湿度計を作り、水の形成につながる温度と風の状態を追跡しました。^[25]

18世紀、シャルル・ル・ロワはガラス容器に冷水を注ぐことで露点を測定しようとしました。^[25]

露に関する最初の近代理論はウィリアム・チャールズ・ウェルズによって提唱され、彼は1818年に『露に関するエッセイ』の中で自身の実験を発表しました。^[24]気象学者ジョン・エイトケンは1887年に露は地面や植物から発生するものであり、空気から降ってくるものではないことを実証しました。^[24]

地球上で記録された最高の露点は、2003年7月8日午後3時にサウジアラビアのダーランで観測された35℃（95℉）（気温42℃（108℉））である。^[26]^[27]

参照

参考文献

^ 米国商務省、NOAA。「露点と湿度」www.weather.gov 。 2025年2月12日閲覧。
^ 「窓の結露を防ぐ方法」2021年11月15日。
^ 「露点」。用語集 – NOAA国立気象局。2009年6月25日。
^ ジョン・M・ウォレス、ピーター・V・ホッブス（2006年3月24日）『大気科学入門』アカデミック・プレス、83-84頁。ISBN 978-0-08-049953-6。
^ 「フロストポイント」。用語集 – NOAA国立気象局。2009年6月25日。
^ スピリドノフ、ヴラド;チュリッチ、ムラジェン（2021）。気象学の基礎。チャム：シュプリンガー・インターナショナル・パブリッシング。土井：10.1007/978-3-030-52655-9。ISBN 978-3-030-52654-2。
^ 「露点」。Merriam -Webster.com辞書。Merriam-Webster。
^ スキルリング、トム (2011年7月20日). 「トムに聞いてみろ：相対湿度が100%を超えることはあり得るのか？」シカゴ・トリビューン. 2018年1月24日閲覧。
^ 建物の設計、建設、メンテナンスのための湿気制御ガイダンス。米国環境保護庁。
^ Horstmeyer, Steve (2006年8月15日). 「相対湿度…何に対する相対値？露点温度…より良いアプローチ」 Steve Horstmeyer . 2009年8月20日閲覧。
^ 「圧縮空気の露点 – よくある質問」(PDF) . Vaisala . 2018年2月16日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2018年2月15日閲覧。
^ 「デンバー・ファクト・ガイド - 今日」デンバー市郡。2007年2月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年3月19日閲覧。
^ 「2003年2月24日 - 室内空気質に関する既存のOSHAポリシーの再掲：オフィスの温度・湿度と環境タバコ煙」。労働安全衛生局。 2020年1月20日閲覧。
^ Lin, Tzu-Ping (2009年2月10日). 「高温多湿地域における公共広場における熱知覚、適応、そして人出」. Building and Environment . 44 (10): 2017– 2026. Bibcode :2009BuEnv..44.2017L. doi :10.1016/j.buildenv.2009.02.004.
^ Strahler, A. N. (1963). 地球科学. 日本: Harper & Row.
^ Lawrence, Mark G. (2005年2月). 「湿潤空気中の相対湿度と露点温度の関係：簡単な変換と応用」アメリカ気象学会誌. 86 (2): 225– 234. Bibcode :2005BAMS...86..225L. doi :10.1175/BAMS-86-2-225 . 2024年3月15日閲覧。
^ 「気温と湿球温度からの相対湿度と露点温度」(PDF) . weather.gov . NOAA .
^ Bolton, David (1980年7月). 「等価温位温度の計算」(PDF) . Monthly Weather Review . 108 (7): 1046– 1053. Bibcode :1980MWRv..108.1046B. doi :10.1175/1520-0493(1980)108<1046:TCOEPT>2.0.CO;2. オリジナル(PDF)から2012年9月15日にアーカイブ。 2012年7月4日閲覧。
^ 「露点計算」（PDF）アプリケーションノート – irtfweb.ifa.hawaii.eduより。
^ 「MET4とMET4Aによる露点計算」。2012年5月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年10月7日閲覧。
^ Buck, Arden L. (1981年12月). 「蒸気圧と増加係数を計算するための新しい方程式」(PDF) . Journal of Applied Meteorology . 20 (12): 1527– 1532. Bibcode :1981JApMe..20.1527B. doi :10.1175/1520-0450(1981)020<1527:NEFCVP>2.0.CO;2. オリジナル(PDF)から2016年3月4日にアーカイブ。 2016年1月15日閲覧。
^ Lawrence, Mark G. (2005年2月). 「湿潤空気中の相対湿度と露点温度の関係：簡単な変換と応用」アメリカ気象学会誌. 86 (2): 225– 233. Bibcode :2005BAMS...86..225L. doi : 10.1175/BAMS-86-2-225 .
^ Haby, Jeff. 「霜点と露点」2011年9月30日閲覧。
^ abc Shaw, Napier (1911). 「露」ブリタニカ百科事典第8巻（第11版） pp. 135– 137.
^ ab Livesey, James (2018年10月23日). 「空気湿度の測定」www.whipplemuseum.cam.ac.uk . 2025年8月19日閲覧。
^ 「イランの都市、最高気温129度を記録：現代の測定では地球上で最も暑い都市に迫る」ワシントン・ポスト。2017年7月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年7月3日閲覧。
^ 「イランの都市、息苦しいほどの暑さ指数165度を記録、世界記録に迫る」クリーン・インダストリーズ、2015年8月4日。 2023年12月28日閲覧。

外部リンク

ウィキメディアコモンズには、露点に関連するメディアがあります。

sci.geo.meteorologyからの温度、湿度、露点に関するよくある質問