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露点とは、絶対湿度と圧力が一定の空気を冷却して相対湿度を100%まで上げる必要がある温度のことです。 [ 1 ]この温度は、空気の圧力と水分量に依存する熱力学的性質です。露点より高い温度の空気を冷却すると、その水分容量が減少し、温度が露点より低くなると、水蒸気が凝結して液体の水になります。[ 2 ]これが空気がより冷たい表面と接触することによって起こると、その表面にできる沈殿物が露です。[ 3 ]
露点は空気の絶対湿度に影響されます。空気中に含まれる水分が多いほど、露点は高くなります。[ 4 ]
温度が水の凝固点より低い場合、霜は凝結ではなく付着によって形成されるため、露点は霜点と呼ばれます。 [ 5 ]液体の場合、露点 に相当するのは曇点です。
露点温度は湿度の重要な指標です。露点が20℃/70°Fに達すると、ほとんどの人が「べたべたする」と感じます。そのため、露点は夏の冷房におけるエネルギー使用量を予測する最良の指標となります。[ 6 ]
湿度に影響を与える他のすべての要因が一定である場合、地表では気温が低下すると相対湿度が上昇します。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少なくなるためです。空気が水で飽和しているとき、露点温度は気温と等しくなります。それ以外の場合は、露点は気温よりも低くなります。[ 7 ]： 129
技術的には、露点とは、一定の気圧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。[ 8 ]露点以下の温度では、凝縮速度が蒸発速度よりも大きくなり、より多くの液体の水が生成されます。凝縮した水は、固体表面に形成される場合は露、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、露や霧が形成されない場合、水蒸気は過飽和状態と呼ばれます。これは、空気中に凝縮核となる粒子が十分に存在しない場合に起こり得ます。[ 9 ]
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、結露が発生するには表面が空気よりもかなり冷たく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い場合、露点は高く、空気よりもわずか数度低い表面でも結露が発生する可能性があります。[ 10 ]
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、露点が現在の気温と等しく、空気が最大限に水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。[ 11 ]
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確率を計算したり、積雲の雲底の高さを推定したりします。
気圧が上昇すると露点が上昇します。[ 12 ]これは、気圧が上昇すると、同じ露点を維持するために空気の体積単位あたりの水蒸気の質量を減らさなければならないことを意味します。たとえば、ニューヨーク市（標高10mまたは33フィート）とデンバー（標高1,610mまたは5,280フィート[ 13 ]）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。これは、両都市の露点と気温が同じ場合、空気中の水蒸気の量はデンバーの方が多くなることを意味します。
気温が高いとき、人体は発汗の蒸発によって体温を下げますが、その冷却効果は発汗の蒸発速度に直接関係します。発汗の蒸発速度は、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）の場合、発汗は蒸発しません。体温調節機能は、発汗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を促します。そのため、湿度の高い日には、運動などで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周囲の空気は上昇し、他の空気と入れ替わります。自然のそよ風や扇風機などで体から空気を遠ざけると、汗の蒸発が速くなり、発汗による体温調節効果が高まり、快適性が向上します。逆に、蒸発しない汗の量が増えると、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る。
露点が非常に低い場合（約-5 °C または 23 °F未満）にも不快感が生じます。乾燥した空気は皮膚のひび割れや炎症を引き起こしやすくなります。また、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 °C (68 ～ 76 °F)、相対湿度 20 ～ 60% に維持することを推奨しています[ 14 ] 。これは、露点が約4.0 ～ 16.5 °C (39 ～ 62 °F)に相当します(以下の簡易ルール計算による)。
露点が低い（10 ℃未満）ほど、外気温も低くなり、体温調節に必要な冷却量も少なくなります。ただし、極めて低い相対湿度の場合に限り、高い気温でも低い露点が維持され、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、露点が高くなることにある程度順応します。したがって、たとえばシンガポールやマイアミの住民は、ロンドンやシカゴのような温帯気候の住民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 °C (59 °F)を超えると不快感を感じ始めることが多いですが、他の人は露点が18 °C (64 °F)までなら快適だと感じるかもしれません。温帯地域のほとんどの住民は、露点が21 °C (70 °F)を超えると息苦しく熱帯のようだと感じますが、高温多湿地域の住民はこれを不快に感じないかもしれません。温熱快適性は、物理的な環境要因だけでなく、心理的要因にも依存します。[ 15 ]
大気中で上昇する気塊は、気圧の低下に伴って冷却され、その温度は露点温度に近づきます。同じ量の水蒸気とともに気圧が低下すると、この空気の相対湿度は上昇します。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℃ 、または1000フィートあたり 4.5 °F低下します。露点に達した高度で凝結が始まり、雲、または低高度では霧と呼ばれるものが形成されます。積雲は、温度が露点を横切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際に、水1グラムあたり600カロリーのエネルギーが放出され、周囲の空気を加熱します。[ 16 ]： 292
露点測定は、「露点計」と呼ばれる専用の装置で行われます。これらの装置は、空気が通過する際に冷却される研磨された金属鏡で構成されています。露点は、鏡に映る像の透明度の低下を観察することで明らかになります。このような手動装置は、他のタイプの湿度センサーの校正に使用でき、自動センサーは、加湿器または除湿器と制御ループを組み込むことで、建物内や製造工程における小規模な空間の空気の露点を制御するために使用できます。
実際の（「乾球」）気温T（摂氏）と相対湿度RH（パーセント）のみが与えられた場合に露点Tdを計算するために使用されるよく知られた経験的近似式は、マグナス式です。 ;\\[8pt]T_{\mathsf {d}}&={\frac {\ c\ \gamma (T,\mathrm {RH} )\ }{\ b\ -\ \gamma (T,\mathrm {RH} )\ }}\ ;\end{aligned}}} ここで、 b = 17.625、 c = 243.04 °C です。 [ 17 ] bとcの値は、 °C から +50の範囲で最大偏差を最小化することによって選択されました 。
この近似のより完全な定式化と起源には、温度 Tにおける相互に関連する飽和水蒸気圧(ミリバール単位、ヘクトパスカルとも呼ばれる) 、P s ( T ) と、実際の水蒸気圧 (これもミリバール単位)、P a ( T ) が含まれます。P a ( T ) は、 RHで求めることも、気圧 (ミリバール単位)、BP mbarおよび「湿球」温度T wet is (特に明記しない限り、すべての温度は摂氏で表されます) で近似することもできます。 ;\\[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 {d}}&={\frac {\ c\ \ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}\ }{\ b-\ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}}}\ ;\end{aligned}}}
より高い精度を得るために、P s ( T ) (したがってγ ( T , RH ) ) は、アーデン・バック方程式としても知られるベーゲル修正の一部を使用して強化することができ、4 番目の定数dが追加されます。 ;\\[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 {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}}} ここで
使用されている定数セットはいくつかあります。NOAAのプレゼンテーション[ 18 ]で使用されているものは、David Bolton がMonthly Weather Reviewに 1980 年に発表した論文[ 19 ]から引用されています。
これらの評価では、 −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、[ 20 ]も注目に値します。
もう1つの一般的な値のセットは、1974年の乾湿計と乾湿計チャートに由来する。[ 21 ]
また、Journal of Applied Meteorology and Climatology [ 22 ]では、Arden Buck がさまざまな温度範囲に対して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供しています。特に 2 つのセットは、-40 °C から +50 °C の範囲を提供し、上記のすべてのセットよりも指定された範囲内でさらに低い最大誤差となっています。
露点、温度、相対湿度間の変換を可能にする簡単な近似式も存在する。この方法は、 相対湿度が50%以上であれば、約±1℃の精度で正確である。 ;\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 100-5\ (T-T_{\mathrm {d} })\ ;\end{aligned}}}
これは簡単な経験則として表現できます。
露点温度と乾球温度の差が1℃になるごとに、相対湿度は5%減少します。ただし、露点温度が乾球温度と等しい場合の相対湿度は100%です 。
このアプローチの導出、その精度に関する議論、他の近似との比較、露点の歴史と応用に関する詳細情報は、米国気象学会報に掲載された記事に記載されています。[ 23 ]
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。 ;\\[5pt]\mathrm {RH} &\約 100-{\tfrac {25}{\ 9\ }}\ \left(T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-T_{\mathrm {d,^{\circ }F} }\right)\ ;\end{aligned}}}
例えば、相対湿度が100%の場合、露点は気温と同じです。相対湿度が90%の場合、露点は 気温より3°F低くなります。相対湿度が10 %低くなるごとに、露点は3 °Fずつ下がります。
霜点は露点と似ており、一定の大気圧下で、水蒸気が液体相を経ずに氷の結晶として表面に付着するために、湿った空気の塊を冷却する必要がある温度である（昇華と比較）。特定の空気の塊の霜点は常に露点よりも高い。これは、過冷却された液体の水の表面と比較して、氷の表面の水分子間の結合が強いため、それを切断するにはより高い温度が必要となるためである。[ 24 ]
古代ギリシャでは、アリストテレスは露が空から降ってくると考えていた。[ 25 ]ルネサンス期には、フェルディナンド2世デ・メディチが、水の形成につながる気温と風の状態を追跡するための湿度計を製作した。[ 26 ]
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試みた。[ 26 ]
露に関する最初の近代的な理論は、ウィリアム・チャールズ・ウェルズによって構築され、彼は1818年に彼の実験を『露に関するエッセイ』で発表した。[ 25 ]気象学者のジョン・エイトケンは1887年に、露は空気から降ってくるのではなく、地面や植物から来ることを証明した。[ 25 ]
地球上で記録された最高露点は、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 °F）（気温42 ℃（108 °F） ）です。 [ 27 ] [ 28 ]
![{\displaystyle {\begin{aligned}\gamma (T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{\ 100\ }}\right)+{\frac {b\ T}{\ c\ +\ T\ }}\ ;\\[8pt]T_{\mathsf {d}}&={\frac {\ c\ \gamma (T,\mathrm {RH} )\ }{\ b\ -\ \gamma (T,\mathrm {RH} )\ }}\ ;\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/85b77f39e0800bee00f1e4a85ac743d86ef9bcdb)
![{\displaystyle {\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 {d}}&={\frac {\ c\ \ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}\ }{\ b-\ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}}}\ ;\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fef8a7c57832811f4debe815d6e9fc7d60555f9d)
![{\displaystyle {\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 {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}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/352d450708b826e02f847709e7e86fd2e7f94c3d)
![{\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}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eef720228ba04b2327762159c170c14345bfe745)
![{\displaystyle {\begin{aligned}T_{\mathrm {d,^{\circ }F} }&\about T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-{\tfrac {\ 9\ }{25}}\ \left(100-\mathrm {RH} \right)\ ;\\[5pt]\mathrm {RH} &\about 100-{\tfrac {25}{\ 9\ }}\ \left(T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-T_{\mathrm {d,^{\circ }F} }\right)\ ;\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ec2a33f66f28bd488096f164f14b94c11967156f)
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