水蒸気と湿度

空気中の水蒸気の測定と熱力学。水蒸気は最も変動が大きく、放射的に重要な大気成分である。

Definition

湿度は、空気中に存在する水蒸気の量を様々な尺度で表現したものであり、その熱力学は、水蒸気と凝縮相の間の平衡によって支配される。

Scope

蒸気圧、混合比、比湿、相対湿度、露点などの大気中の水分量を測る尺度、飽和蒸気圧を規定するクラウジウス-クラペイロンの関係、飽和の温度依存性、潜熱輸送における水蒸気の役割、温室効果ガスとしての水蒸気の役割を扱う。

Core questions

• 空気中の水分量はどのように定量化され、これらの尺度はどのように関連しているのか？
• 空気が保持できる最大水蒸気量が温度とともに急激に上昇するのはなぜか？
• 水蒸気はどのようにエネルギーを輸送し、放射収支に影響を与えるのか？

Key theories

クラウジウス-クラペイロンの関係

飽和蒸気圧が温度とともにほぼ指数関数的に増加することを示す熱力学的方程式であり、空気の水分保持能力を決定する。

Mechanisms

空気は、いかなる温度においても、クラウジウス-クラペイロンの関係に従って温度とともに急激に上昇する飽和蒸気圧まで水蒸気を保持することができる。この上昇は、摂氏1度あたり約7パーセントである。相対湿度は、実際の蒸気圧と飽和蒸気圧の比であり、露点は、空気が飽和に達するために冷却されなければならない温度である。蒸発と凝結は大量の潜熱を移動させ、水循環を大気のエネルギー収支に結びつけている。

Clinical relevance

湿度の測定は、天気予報、雲や霧の形成予測、人間の快適性や熱ストレス評価、気候における水蒸気フィードバックの理解に不可欠である。

History

飽和蒸気圧の根底にある相平衡の熱力学は、19世紀にクラペイロンとクラウジウスによって確立され、大気科学の中心をなす湿度の定量的基礎を提供した。

Key figures

• Rudolf Clausius
• Benoit Clapeyron

Seminal works

• iribarne1981

Frequently asked questions

露点とは何か？

露点とは、一定の圧力と水分量のもとで、空気が飽和状態になり凝結が始まるまでに冷却されなければならない温度である。