湿度

絶対湿度は通常、体積絶対湿度を指し、これは一定体積または一定質量の空気中に存在する水蒸気（水の気体）の総質量です。温度は考慮されません。大気中の絶対湿度は、ほぼゼロから、空気が30 °C (86 °F)で飽和しているときの立方メートルあたり約30 g (1.1 oz)までです。^{[ 7 ] [ 8 ]}    

絶対湿度は水蒸気の質量である${\displaystyle (m_{{\text{H}}_{2}{\text{O}}})}$空気と水蒸気の混合物の体積で割った値${\displaystyle (V_{\text{net}})}$これは次のように表現できます。 $${\displaystyle AH={\frac {m_{{\text{H}}_{2}{\text{O}}}}{V_{\text{net}}}}.}$$ 上記の式では、空気塊の絶対湿度は、空気の温度や圧力の変化によって変化します。このため、（体積）絶対湿度は一部の用途には適していません。^{[ 9 ]}

空気は気体であり、ボイルの法則によれば、一定量の体積は圧力と温度によって変化します。絶対湿度は空気の体積あたりの水の質量として定義され、一定量の空気は温度や圧力が変化すると膨張または収縮します。したがって、空気の質量中の水の割合（比湿度）が一定であっても、温度や圧力の変化によって空気の質量の絶対湿度は変化します。^{[ 10 ]}

絶対湿度は気温や気圧の変化によって変動するため、上記で定義した絶対湿度は、温度変化が大きくなる可能性のある乾燥などの化学工学の計算には不適切です。そのため、化学工学における絶対湿度は、乾燥空気の単位質量あたりの水蒸気の質量、つまり「湿度比」または「質量混合比」とも呼ばれる値（下記の「比湿度」も参照）を指す場合があり、これは熱収支や物質収支の計算に適しています。上記の式で定義される単位体積あたりの水の質量の比は「体積湿度」とも呼ばれ、このような文脈ではこの用語が好ましい場合があります。混乱が生じる可能性があるため、英国規格BS 1339 ^{[ 11 ]}では「絶対湿度」という用語の使用を避け、「体積湿度」、「比湿度」、「混合比」の使用を推奨しています。一般に、絶対湿度を使用する場合は、体積湿度または比湿度のどちらが使用されているかを常に注意深く確認する必要があります。多くの湿度表はg/kgまたはkg/kgで示されていますが、任意の質量単位を使用できます。

相対湿度は、空気中に含まれる水蒸気の量と、特定の温度と圧力において空気中に含まれる可能性のある水蒸気の量との比です。より厳密には、相対湿度は、同じ温度における水蒸気の分圧と水の平衡蒸気圧との比として定義されます。^{[ 12 ]}

_{温度 T 1} の湿った空気のサンプルに分圧P _wの水蒸気が含まれている場合、相対湿度 RH は次のようになります。^{[ 13 ]}

${\displaystyle RH={\frac {P_{w}}{P_{s}}}}$

ここで、P _{sは温度 T 1}における水の飽和圧力である。

相対湿度は、空気の温度や気圧の変化によって変化します。気温が低いほど水蒸気量が少なくなり、また、気温が低いほど水蒸気が凝結しやすくなります。そのため、比湿度が一定であっても、気温が変化すると相対湿度も変化します。2つの空気塊が同じ比湿度と温度であっても気圧が異なる場合、気圧が高い空気塊の方が相対湿度が高くなります。

空気を冷やすと相対湿度が上昇します。相対湿度が100%（露点）に達し、表面や粒子に水蒸気が付着すると、水蒸気は液体に凝縮するか、氷になります。同様に、空気を暖めると相対湿度が低下します。霧を含む空気を暖めると、霧が蒸発することがあります。これは、温度上昇に伴い空気中の水蒸気分圧が低下するため、水滴が完全に蒸発しやすくなるためです。

相対湿度は、目に見えない水蒸気のみを考慮した指標です。霧、雲、もや、水蒸気エアロゾルは、空気の相対湿度の測定には含まれませんが、これらの存在は、空気が露点に近い状態にあることを示唆します。

相対湿度は通常パーセントで表され、パーセント値が高いほど空気と水の混合物の湿度が高いことを意味します。相対湿度が100%の場合、空気は飽和状態にあり、露点に達しています。液滴や結晶が核となる異物がない場合、相対湿度は100%を超えることがあり、その場合、空気は過飽和状態にあると言われます。相対湿度が100%を超える空気に粒子や表面を導入すると、それらの核上に凝結や氷が形成され、水蒸気の一部が除去されて湿度が低下します。

科学的な概念では、相対湿度（${\displaystyle RH}$または${\displaystyle \phi }$空気-水混合物の ) は、水蒸気の分圧 (${\displaystyle p}$空気中の飽和蒸気圧まで(${\displaystyle p_{s}}$）同じ温度の水の、通常はパーセントで表されます：^{[ 14 ] [ 15 ] [ 4 ]}$${\displaystyle \phi =100\%\cdot p/p_{s}}$$

相対湿度は、降水、露、霧の発生確率を示す指標であるため、天気予報や天気予報で重要な指標です。暑い夏の天候では、相対湿度の上昇は、皮膚からの汗の蒸発を妨げることで、人間（および他の動物）の体感温度を上昇させます。たとえば、暑さ指数によると、気温が80.0 °F (26.7 °C)で相対湿度が 75% の場合、体感温度は83.6 ± 1.3 °F (28.7 ± 0.7 °C)になります。^{[ 16 ] [ 17 ]}        

木材は湿度の変化によって形状が変化するため、相対湿度は木材の含水率やサイズの変化を評価するために用いられ、例えば木製床の季節的な伸縮を考慮に入れる際に利用される。

比湿度（または水分含有量）は、空気塊全体の質量に対する水蒸気の質量の比です。^{[ 18 ]}比湿度は、混合比とほぼ等しく、混合比は、空気塊内の水蒸気の質量と、同じ空気塊内の乾燥空気の質量の比として定義されます。これは通常、記号ωで表され、HVACシステム設計でよく使用されます。

相対湿度という用語は、空気中の水蒸気の系に限定して使用されます。相対飽和という用語は、空気以外の非凝縮相中に水以外の凝縮相が存在する系における同様の性質を説明するために使用されます。^{[ 19 ]}

強化係数${\displaystyle (f_{w})}$は、湿った空気中の水の飽和蒸気圧の比として定義される。${\displaystyle (e'_{w})}$純水の飽和蒸気圧に対して： $${\displaystyle f_{W}={\frac {e'_{w}}{e_{w}^{*}}}.}$$

理想気体系では、増強係数は1に等しくなります。しかし、実際の系では、気体分子間の相互作用効果により、空気中の水の平衡蒸気圧は、純粋な水蒸気の平衡蒸気圧に比べてわずかに増加します。したがって、実際の系では、増強係数は通常、1よりわずかに大きくなります。

増強係数は、ウェクスラー、ゴフ、グラッチらが開発したような経験的関係式を用いて乾湿計システムの特性を推定する際に、水蒸気の平衡蒸気圧を補正するために一般的に用いられる。

バックは、海面では、飽和した湿潤空気中の水の蒸気圧は、純水の平衡蒸気圧よりも約0.5%増加すると報告している。^{[ 20 ]}

湿度自体も気候変数の一つですが、他の気候変数にも影響を与えます。環境湿度は風や降雨量によって影響を受けます。

地球上で最も湿度の高い都市は、一般的に赤道に近い沿岸地域に位置しています。アジアやオセアニアの一部の都市は、特に湿度が高い地域です。バンコク、ホーチミン市、クアラルンプール、香港、マニラ、ジャカルタ、那覇、シンガポール、高雄、台北などは、水域や赤道に近いこと、そして曇天が多いことから、年間を通して、あるいはほぼ一年中、非常に高い湿度を誇ります。

インドのコルカタ、チェンナイ、コーチ、パキスタンのラホールなど、雨季には湿度が極端に高くなり、温暖な気候のためぬるいサウナのような状態になる場所もある。パキスタンのインダス川沿いにあるスクール市は、国内でも最も露点が高く不快な場所の一つで、モンスーンシーズンには露点が30 ℃（86 °F）を超えることが頻繁にある。^{[ 24 ]}  

高温と高い露点が相まって、体感温度は65 ℃（149 °F）を超えます。ダーウィンでは、 12月から4月にかけて非常に湿度の高い雨季を迎えます。ヒューストン、マイアミ、大阪、上海、深圳、東京でも、夏季に非常に湿度の高い時期があります。南西モンスーンと北東モンスーンの季節（それぞれ5月下旬から9月、11月から3月）には、大雨が予想され、降雨後は比較的高い湿度となります。  

モンスーンシーズン以外は、湿度は高いものの（赤道から遠い国々と比較すると）、晴天の日が多い。オーストラリアのタスマニア北部のような涼しい地域では、オーストラリア本土とタスマニアの間にある海の影響で、年間を通して湿度が高い。夏には、高温乾燥した空気がこの海に吸収され、気温が35 ℃（95 °F）を超えることはほとんどない。  

湿度はエネルギー収支に影響を与え、ひいては気温に二つの主要な方法で影響を及ぼす。第一に、大気中の水蒸気には「潜熱」が含まれている。蒸散または蒸発の過程で、この潜熱が地表の液体から取り除かれ、地表を冷却する。これは地表における最大の非放射冷却効果であり、地表における平均的な正味放射温暖化の約70%を相殺する。

第二に、水蒸気は温室効果ガスの中で最も豊富に存在します。水蒸気は、緑色の光を透過させ、赤色の光を吸収する緑色のレンズのように、「選択的吸収体」です。他の温室効果ガスと同様に、水蒸気はほとんどの太陽エネルギーに対して透明です。しかし、地球表面から上向きに放出（放射）される赤外線エネルギーを吸収します。これが、湿潤地域では夜間の冷却がほとんど起こらないのに対し、乾燥した砂漠地域では夜間に著しく冷却される理由です。この選択的吸収が温室効果を引き起こします。水蒸気は地表温度を太陽との理論的な放射平衡温度よりも大幅に上昇させ、この温暖化の原因として、他のどの温室効果ガスよりも水蒸気が大きな役割を果たしています。

しかし、他のほとんどの温室効果ガスとは異なり、水は地球上のあらゆる地域で沸点以下であるだけでなく、多くの高度で凝固点以下でもあります。凝縮性温室効果ガスとして、水は降水しますが、スケールハイトははるかに低く、大気寿命は数十年ではなく数週間と短くなります。他の温室効果ガスがなければ、地球の黒体温度は水の凝固点以下であるため、水蒸気は大気から除去されます。^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} したがって、水蒸気は非凝縮性温室効果ガスの「奴隷」です。^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} 

湿度は、あらゆる生息地（ツンドラ、湿地、砂漠などがその例）を定義する基本的な非生物的要因の1つであり、特定の環境でどの動物や植物が繁栄できるかを決定する要因です。 ^{[ 31 ]}

人体は発汗とその蒸発によって熱を放散します。周囲の空気への熱対流と熱放射は、体から熱が放出される主な方法です。湿度が高い状況では、皮膚からの汗の蒸発速度が低下します。また、湿度が高い時に外気温が皮膚の温度と同等かそれ以上になると、体表面に運ばれた血液は空気への伝導によって熱を放散することができません。体表面に大量の血液が流れるため、活動中の筋肉、脳、その他の内臓への血液供給が減少します。その結果、体力が低下し、通常よりも早く疲労を感じるようになります。注意力や精神能力も低下し、熱中症や高体温症を引き起こす可能性があります。

室内や容器で飼育される家畜や動物（例えばトカゲ）は、最適な生育環境を維持するために、湿度を定期的に管理する必要がある。

湿度は温熱快適性にとって重要な要素ですが、人間は相対湿度の変化よりも温度の変化に対してより敏感です。^{[ 32 ]}湿度は、気温が低いときは屋外の温熱快適性にわずかな影響しか与えず、中程度の気温ではやや顕著な影響を及ぼし、気温が高いときははるかに強い影響を及ぼします。^{[ 33 ]}

人間は湿度の高い空気に敏感です。なぜなら、人体は体温調節の主要なメカニズムとして蒸発冷却を利用しているからです。湿度が高い環境では、皮膚から汗が蒸発する速度は乾燥した環境よりも遅くなります。人間は温度そのものではなく、体からの熱伝達速度を感知するため、相対湿度が高いほど、低い場合よりも暑く感じるのです。

人間は温度に応じて30～70% ^{[ 34 ]}の幅広い湿度範囲で快適に過ごせるが、理想的には絶対露点（60 °F） ^{[ 35 ]} を超えず、40% ^{[ 36 ]}から60% ^{[ 37 ]}の間である。 一般的に、他のすべての要因が一定である場合、高温では低温に比べて、熱的快適性を達成するために必要な湿度は低くなる。たとえば、衣服レベル=1、代謝率=1.1、風速0.1m /sの場合、気温と平均放射温度が20 °Cから24 °Cに変化すると、熱的快適条件を維持するために許容される最大相対湿度は100%から65%に低下する。CBE熱快適性ツールは、特定の熱的快適条件に対する相対湿度の影響を示すために使用でき、ASHRAE規格55-2017への準拠を示すためにも使用できる。^{[ 38 ]}   

湿度の高い環境では呼吸困難を感じる人もいます。喘息などの呼吸器疾患に関連するケースもあり、湿度が50%程度でも呼吸困難、咳、運動誘発性気管支収縮のリスクが著しく増加することが示されています。^{[ 39 ]}また、不安が原因である場合もあります。影響を受けた人は、しばしば過呼吸を起こし、しびれ、失神、集中力の低下などの感覚を引き起こします。^{[ 40 ]}

空調は温度だけでなく湿度も下げることで不快感を軽減します。冷たい外気を加熱すると、室内の相対湿度を 30% 未満に下げることができます。^{[ 41 ]} ASHRAE規格55-2017: 人間の居住のための熱環境条件によると、 PMV法では、熱的快適性に寄与する他の要因のレベルに応じて、相対湿度が 0% から 100% の範囲で室内の熱的快適性を達成できます。 ^{[ 42 ]}ただし、空調された建物の室内の相対湿度の推奨範囲は、一般的に 30～60% です。^{[ 43 ] [ 44 ]}

湿度が高いとエアロゾル化したインフルエンザウイルスの感染力が低下する^{[ 45 ]}

湿度が非常に低いと、不快感や呼吸器系の問題が生じ、人によってはアレルギーが悪化することがあります。湿度が低いと、鼻腔の内壁の組織が乾燥してひび割れ、ライノウイルスなどの風邪ウイルスが侵入しやすくなります。^{[ 46 ]}相対湿度が極端に低い（20%未満）と、目の刺激を引き起こすこともあります。 ^{[ 47 ] [ 48 ]}家庭、特に寝室で加湿器を使用すると、これらの症状を軽減できます。 ^{[ 49 ]}室内の相対湿度を30%以上に保てば、特に冬場は、居住者の鼻腔が乾燥する可能性が低くなります。^{[ 47 ] [ 50 ] [ 51 ]}

建物内の過剰な湿気は、居住者を真菌胞子、細胞断片、またはマイコトキシンにさらします。^{[ 52 ]}カビのある家に住む乳幼児は、喘息やアレルギー性鼻炎を発症するリスクがはるかに高くなります。^{[ 52 ]}カビや湿気のある建物で働く成人労働者の半数以上が、カビへの曝露により鼻や副鼻腔の症状を発症します。^{[ 52 ]}

高湿度は喘息患者に悪影響を及ぼす可能性があり、湿度が50%程度でも呼吸困難、咳、運動誘発性気管支収縮のリスクが著しく増加することが示されている。^{[ 39 ]}運動誘発性症状は大きな課題であり、身体運動と（正常体重への）減量は管理において重要な要素である。^{[ 53 ] : 117, 57, 147}

呼吸器系の粘液線毛クリアランスも低湿度によって阻害される。犬を対象としたある研究では、絶対湿度が9  g/m ³ の場合、粘液輸送は30 g/m ³の場合よりも低いことがわかった。^{[ 54 ]}

湿度の上昇は体内の水分総量の変化にもつながり、特に高温多湿な気候での作業や運動に慣れている場合は、通常、適度な体重増加につながります。^{[ 55 ]}

一般的な建築方法では、断熱性の低い建物の外壁が作られることが多く、外部環境条件に耐えつつ室内環境条件を維持するように設計された断熱および気密システムが必要になります。^{[ 56 ]} 20世紀に導入されたエネルギー効率の高い密閉性の高い建築は、湿気の移動も遮断したため、壁の内部や周囲に結露が発生するという二次的な問題が発生し、カビや白カビの発生を促しています。さらに、基礎が適切に密閉されていない建物では、石材製品に含まれる毛細管現象により、水が壁を通って流れます。結露を回避するエネルギー効率の高い建物の解決策は、建築における現在のトピックです。

HVACシステムを使用する建物の空調管理において重要なのは、相対湿度を快適な範囲に維持することである。つまり、快適に過ごせる程度に低く、かつ極端に乾燥した空気による問題を避ける程度に高い湿度を維持することである。

気温が高く湿度が低い場合、水の蒸発は急速に進みます。土壌は乾燥し、物干し竿やラックに干した濡れた洗濯物はすぐに乾き、汗も皮膚から容易に蒸発します。木製家具は収縮し、表面を覆う塗料にひび割れが生じることがあります。

気温が低く相対湿度が高い場合、水の蒸発は遅くなります。相対湿度が100%に近づくと、表面に結露が発生し、カビ、腐食、腐敗、その他の湿気による劣化を引き起こす可能性があります。結露は、カビや木材の腐敗を促進するだけでなく、非常口を凍結させてしまう可能性もあるため、安全上のリスクにもなり得ます。

工場、研究所、病院、その他の施設における特定の生産および技術プロセスや処理では、加湿器、除湿器、および関連する制御システムを使用して特定の相対湿度レベルを維持する必要があります。 ^{[ 57 ]}

上記で述べた建物の基本原則は、車両にも同様に当てはまります。さらに、安全上の考慮事項も存在します。例えば、車内の高湿度は、フロントガラスの曇りや電気部品のショートといった結露問題を引き起こす可能性があります。車両や、与圧旅客機、潜水艇、宇宙船などの圧力容器においては、これらの考慮事項が安全にとって極めて重要となる場合があり、圧力維持装置を含む複雑な環境制御システムが必要となります。

旅客機は、特に長距離飛行では、機内の相対湿度が低く、多くの場合20%未満で運航されます^{[ 58 ]}。湿度が低いのは、旅客機の巡航高度で見られる絶対湿度の低い非常に冷たい空気を吸い込むためです。その後、この空気が暖められると、相対湿度が低下します。これにより、目の痛み、皮膚の乾燥、粘膜の乾燥などの不快感が生じますが、機内に搭載する必要のある水の量が重量的に大きな負担となるため、湿度を快適な中程度のレベルまで上げるために加湿器は使用されません。旅客機がより低い高度からより暖かい空気に降下し、場合によっては地上数千フィートの雲の中を飛行すると、周囲の相対湿度が劇的に上昇することがあります。

この湿った空気の一部は、通常、加圧された航空機キャビンや、航空機のその他の非加圧エリアに吸い込まれ、冷たい機体表面に凝結します。液体の水は、キャビンの内側と外側の両方で、機体表面に沿って流れているのが見られることがよくあります。機内の相対湿度が急激に変化するため、コンポーネントはそのような環境で動作するように認定されている必要があります。ほとんどの商用航空機コンポーネントに推奨される環境認定は、RTCA DO-160に記載されています。

冷たく湿った空気は氷の形成を促進し、氷は翼の形状に影響を与え、重量を増加させるため、航空機にとって危険です。自然吸気式の内燃機関では、キャブレター内部に氷が形成される危険性もさらに高まります。そのため、航空気象報告（METAR ）には、通常露点という形で相対湿度の情報が含まれています。

パイロットは離陸距離を計算する際に湿度を考慮に入れなければならない。湿度が高いと滑走路が長くなり、上昇性能も低下するからである。

密度高度とは、標準大気条件（国際標準大気）を基準とした高度で、観測地点における空気密度が観測値と等しくなる高度、言い換えれば、地上からの距離ではなく空気密度で測った場合の高さのことです。「密度高度」は、非標準温度に合わせて調整された気圧高度です。

気温の上昇、そして程度ははるかに小さいものの湿度の上昇は、密度高度の上昇を引き起こします。したがって、高温多湿の条件下では、特定の場所における密度高度は、実際の高度よりも著しく高くなる可能性があります。

電子機器は、特定の湿度条件（例えば、10%～90%）でのみ動作するように定格されていることが多い。電子機器にとって最適な湿度は30%～65%である。この範囲の上限では、水分によって透過性絶縁体の導電率が増加し、誤動作につながる可能性がある。湿度が低すぎると、材料が脆くなる可能性がある。電子機器にとって特に危険なのは、規定の動作湿度範囲に関係なく、結露である。電子機器を寒い場所（例えば、ガレージ、車、物置、熱帯地方の空調の効いた空間）から暖かく湿度の高い場所（家、熱帯地方の屋外）に移動すると、結露が回路基板やその他の絶縁体に付着し、機器内部で短絡を引き起こす可能性がある。このような短絡は、結露が蒸発する前に機器の電源を入れると、重大な永久的な損傷を引き起こす可能性がある。同様の結露効果は、眼鏡をかけた人が寒い場所から入ってきたときによく見られる（つまり、眼鏡が曇る）。^{[ 59 ]}

電子機器は、寒い場所から持ち込んだ後は、電源を入れる前に数時間ほど室温に慣らしておくことをお勧めします。一部の電子機器はこのような変化を検知し、電源プラグを差し込んだ際に、通常は小さな水滴マークで、結露の危険がなくなるまで使用できないことを知らせます。時間が重要な場合は、PCケースの側面パネルを取り外し、ファンをケース内部に向けて風を送るなど、機器内部の空気の流れを増やすことで、新しい環境への順応に必要な時間を大幅に短縮できます。

対照的に、湿度が非常に低いと静電気が発生しやすくなり、放電が発生するとコンピュータが突然シャットダウンする可能性があります。誤動作以外にも、静電放電は固体素子の誘電破壊を引き起こし、不可逆的な損傷につながる可能性があります。データセンターでは、こうした理由から相対湿度レベルを常に監視しています。

高湿度は、特定のプロセスの一部として炉を使用する化学プラントや製油所（例えば、水蒸気改質、湿式硫酸製造プロセス）の能力に悪影響を与えることがよくあります。例えば、湿度が高いと周囲の酸素濃度が低下するため（乾燥空気は通常20.9%の酸素ですが、相対湿度100%では20.4%の酸素になります）、排ガスファンは同じ燃焼率を維持するために通常よりも多くの空気を取り込む必要があります。^{[ 60 ]}

オーブン内の湿度が高いと（湿球温度の上昇で示される）、焼き物の周囲の空気の熱伝導率が増加し、焼き時間が短縮されたり、焦げたりすることがあります。逆に、湿度が低いと焼き時間が長くなります。^{[ 61 ]}