露点

空気の露点とは、空気が水蒸気で飽和状態になるために冷却しなければならない温度です。この温度は、空気の圧力と水分含有量によって異なります。空気が露点以下に冷却されると、その水分容量が減少し、空気中の水蒸気が凝縮して露と呼ばれる液体の水になります。^[1]これが起こると、空気がより冷たい表面と接触し、その表面に露が形成されます。^[2]

露点は空気中の湿度によって影響を受けます。空気中の水分が多いほど、露点は高くなります。^[3]

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。 ^[4] 液体では、露点に相当するのは曇点です。

湿度に影響を与える他のすべての要因が一定であれば、地上では気温が下がるにつれて相対湿度は上昇します。これは、空気を飽和させるために必要な水蒸気量が少なくなるためです。通常の状況では、相対湿度は通常^[5] 100% を超えないため、露点温度は気温よりも高くなることはありません。 ^[6]

専門用語では、露点とは、一定の気圧下にある空気中の水蒸気が、蒸発するのと同じ速度で液体の水に凝縮する温度のことです。 ^[7]露点以下の温度では、凝縮速度が蒸発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、形成される高度に応じて霧または雲と呼ばれます。温度が露点以下で、露も霧も形成されない場合は、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粒子が十分にない場合に発生する可能性があります。^[5]

露点は空気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、結露が発生するには表面が空気よりもはるかに低温でなければなりません。空気が非常に湿っていて水分子が多く含まれている場合、露点は高く、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。^[8]

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100%は、露点が現在の気温に等しく、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。^[9]

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

気圧が上昇すると露点が上昇します。^[10]これは、圧力が上昇した場合、同じ露点を維持するために、空気の体積あたりの水蒸気の質量を減らす必要があることを意味します。たとえば、ニューヨーク市（標高33フィートまたは10メートル）とデンバー（標高5,280フィートまたは1,610メートル^[11]）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、空気中の水蒸気の量はデンバーの方が多くなります。

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。汗が蒸発する速度は、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 (湿気) にある場合、汗は蒸発しません。体の体温調節機能は、汗の生産速度が蒸発速度を上回った場合でも、体温を正常に保つために発汗するため、湿度の高い日には、運動などにより余分な体温を発生させなくても、体が汗まみれになることがあります。

体の周りの空気は体温で暖められると上昇し、他の空気と入れ替わります。自然の風や扇風機で空気を体から遠ざけると、汗がより早く蒸発し、発汗による体温の冷却効果が高まり、快適性が増します。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）も不快感を覚えます。^[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なります。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。 ^[12]これは露点約4.0～16.5℃（39～62℉）に相当します（以下のSimple Rule計算による）。

露点が 10 °C (50 °F) 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、相対湿度が極めて低い場合にのみ高温になるので、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の地域に住む人々は、ある程度、より高い露点に順応します。そのため、たとえばシンガポールやマイアミの居住者は、ロンドンやシカゴなどの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ります。温帯気候に慣れている人々は、露点が15℃（59℉）を超えると不快に感じ始めることがよくありますが、露点が18℃（64℉）までであれば快適だと感じる人もいます。温帯地域の居住者のほとんどは、露点が21℃（70℉）を超えると蒸し暑く熱帯のような感じがしますが、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ません。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ます。^[13]

• 最高露点温度： 2003年7月8日午後3時、サウジアラビアのダーランで露点35℃（95℉）が観測されたが、気温は42℃（108℉）であった。^{[14] [15]}

湿度計と呼ばれる装置は、広範囲の温度で露点を測定するために使用されます。これらの装置は、空気が通過すると冷却される磨かれた金属鏡で構成されています。露点は、鏡による反射の鮮明度の低下を観察することで明らかになります。この種の手動装置は、他のタイプの湿度センサーの較正に使用できます。また、自動センサーは、建物内または製造工程の小さなスペース内の空気の露点を制御するために、加湿器または除湿器との制御ループで使用できます。

実際の（「乾球」）気温T（摂氏）と相対湿度（パーセント）RH だけから露点T _{d を}計算するために使用されるよく知られた経験的近似法は、マグナスの公式です。 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。 $${\displaystyle {\begin{aligned}\gamma (T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}\right)+{\frac {bT}{c+T}};\\[8pt]T_{\mathrm {d} }&={\frac {c\gamma (T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma (T,\mathrm {RH} )}};\end{aligned}}}$$

この近似値のより完全な定式化と起源には、相互に関連するTにおける飽和水蒸気圧(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) _Pa ( 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 _{wは、次のようになります (特に断りがない限り、すべての温度は}摂氏で表されます)。 $${\displaystyle {\begin{aligned}P_{\mathrm {s} }(T)&={\frac {100}{\mathrm {RH} }}P_{\mathrm {a} }(T)=ae^{\frac {bT}{c+T}};\\[8pt]P_{\mathrm {a} }(T)&={\frac {\mathrm {RH} }{100}}P_{\mathrm {s} }(T)=ae^{\gamma (T,\mathrm {RH} )}\\&\approx P_{\mathrm {s} }(T_{\mathrm {w} })-BP_{\mathrm {mbar} }0.00066\left(1+0.00115T_{\mathrm {w} }\right)\left(T-T_{\mathrm {w} }\right);\\[8pt]T_{\mathrm {d} }&={\frac {c\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}{b-\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}};\end{aligned}}}$$

精度を高めるために、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 $${\displaystyle {\begin{aligned}P_{\mathrm {s,m} }(T)&=ae^{\left(b-{\frac {T}{d}}\right)\left({\frac {T}{c+T}}\right)};\\[8pt]\gamma _{\mathrm {m} }(T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}e^{\left(b-{\frac {T}{d}}\right)\left({\frac {T}{c+T}}\right)}\right);\\[8pt]T_{d}&={\frac {c\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}{b-\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}}={\frac {c\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}{\frac {P_{\mathrm {s,m} }(T)}{a}}\right)}{b-\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}{\frac {P_{\mathrm {s,m} }(T)}{a}}\right)}}={\frac {c\gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )}};\end{aligned}}}$$

• 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いくつかある。NOAAのプレゼンテーション[ ^17]で使用されているものは、 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ある。}

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

これらの評価は、 -30°C≤T≤35 ° Cおよび1%<RH<100%の場合、最大誤差は0.1%です。また、Sonntag1990、^{[19]も注目に値します。}

• 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のセットは、1974年の湿度測定法と湿度測定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]で、アーデン・バックは、異なる温度範囲で異なる最大誤差を持ついくつかの異なる評価セットを提示しています。特に2つのセットは、2つのセット間の範囲が-40℃から+50℃であり、示された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%）。

露点、温度、相対湿度を変換できる非常に簡単な近似値もあります。この方法は、相対湿度が 50% 以上であれば、約 ±1 °C 以内の精度です。 $${\displaystyle {\begin{aligned}T_{\mathrm {d} }&\approx T-{\frac {100-\mathrm {RH} }{5}};\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 100-5(T-T_{\mathrm {d} });\end{aligned}}}$$

これは、次のような簡単な経験則で表現できます。

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。露点が乾球温度に等しい場合の RH = 100% から始まります。

このアプローチの導出、その正確さに関する議論、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なります。 $${\displaystyle {\begin{aligned}T_{\mathrm {d,^{\circ }F} }&\approx T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-{\tfrac {9}{25}}\left(100-\mathrm {RH} \right);\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 100-{\tfrac {25}{9}}\left(T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-T_{\mathrm {d,^{\circ }F} }\right);\end{aligned}}}$$

たとえば、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 下がります。

霜点は、一定の大気圧下で、湿った空気の塊をその温度まで冷却すると、水蒸気が液相を経ることなく氷結晶として表面に付着する（昇華と比較）という点で、露点に似ています。氷の表面では水分子間の結合が（過冷却された）液体の水の表面よりも強いため、その結合を破るにはより高い温度が必要なため、空気の塊の霜点は常に露点よりも高くなります。^[23]

• バブルポイント
• キャブレターヒート
• 炭化水素の露点
• 湿度測定
• 熱力学図

• 温度、湿度、露点に関するよくある質問への回答（sci.geo.meteorologyより）