湿度

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相対湿度が100%になると結露を生じる。

湿度(しつど、: humidity)とは大気中に含まれる水蒸気量を数値で表したもの。湿度にも数種類の指標があるが、気象予報などで一般的に使用されるのは相対湿度である。

相対湿度[編集]

相対湿度(relative humidity)とは、ある気温で大気が含むことのできる水蒸気の最大量(飽和水蒸気量)を100とし、実際の水蒸気量の測定値を比率(パーセント)で表したもの。


 RH \approx \frac{m_\mathrm{w}}{m_{\mathrm{w \ max}}}\times 100 [%]

 RH_{\,_\,} 相対湿度

m_\mathrm{w}\, 空気中の水蒸気の実測値

m_\mathrm{w \ max}\, 飽和水蒸気量


相対湿度100%で大気中の水蒸気は飽和し、それ以上の水蒸気は凝集してとなり、結露を生じる。そのときの温度を露点温度という。式の分母となる飽和水蒸気量は、気温が高くなるほど多くなり、上昇分1℃あたりの増加量も拡大する。よって、同じ湿度(%)でも、気温が高いほど空気中の水蒸気量は多い。


より厳密には下式の通り、相対湿度とは、飽和水蒸気圧に対する水蒸気圧の分圧と定義されている[1]

 RH = {p_{\mathrm{(H_2O)}} \over p^*_{\mathrm{(H_2O)}}} \times 100 [%]

 {p_{\mathrm{(H_2O)}}} は混合空気における水蒸気圧。

 {p^*_{\mathrm{(H_2O)}}} はその気温における、混合空気の飽和水蒸気圧。

但し、この値は重量絶対湿度基準における飽和水蒸気量に対する水蒸気量の比に近似するので、一般的には求めやすい重量絶対湿度のほうを用いる。

絶対湿度[編集]

絶対湿度(absolute humidity)には、容積絶対湿度と重量絶対湿度(混合比)がある。記号はχである。国際的には絶対湿度と言えば容積絶対湿度のことであるが、日本では空調に関係する分野で重量絶対湿度が「絶対湿度」とされているので、注意が必要である。

容積絶対湿度[編集]

容積絶対湿度(volumetric humidity)とは大気の単位容積に含まれる水蒸気の量を重量で示したもの(単位:g/m3)。飽和水蒸気量ともいう。

水蒸気の質量をm_w\,、大気の容積をV_a\,とすると、容積絶対湿度VH\,は次のように表される。

VH={m_w \over V_a}

水蒸気の状態方程式から導出すると、以下のような式で表される[2]

容積絶対湿度a(T)=217\frac{e(T)}{T+273.15}

上式において、e(T)は水蒸気圧(hPa)、Tは気温()。

重量絶対湿度[編集]

1気圧における重量絶対湿度のグラフ。横軸が気温、縦軸が乾き空気1kgあたりの水分量(g/kg(DA))。相対湿度100%時と50%時について示す。

水蒸気を含む空気を湿潤空気といい、湿り空気から水蒸気を除いた空気を乾燥空気(dry air)という。 乾燥空気の重量m_{DA}\,[kg]に対して湿潤空気中に含まれる水蒸気(water vapor)の重量がm_w\,[kg]であるとき、その比SH重量絶対湿度といい、単位を[kg/kg(DA)]で表す(DAはdry airの略)。

SH={m_w \over m_{DA}}[kg/kg(DA)]

空気調和工学においては、湿り空気線図などで一般的に用いられる。この重量絶対湿度は、混合比 (mixing ratio, humidity ratio)とも呼ばれている。

その他の湿度表現[編集]

顕熱比
湿り空気の状態変化で、全熱量変化に対する顕熱量変化分の割合を言う。
比湿 (specific humidity)
湿潤空気の質量に対する水蒸気の質量の割合

湿度の変化[編集]

地球上の各地における湿度は、各地の降水量気温に大きな影響を受ける。降水量が多い地域は湿度が高く、気温の低下は飽和水蒸気量の低下につながるので絶対湿度は下がる。また、湿度は季節によっても大きく変化し、雨季には高くなり、乾季には低くなる。

日本では一般に夏季に湿度が高く、冬季に湿度が下がるため、材木などの含水量が低下し冬季に火事が多い。これは、夏湿冬乾である温帯湿潤気候温帯夏雨気候冷帯湿潤気候の地域などでも同様である。一方、夏乾冬湿である地中海性気候の地域では、冬季に湿度が上がり、夏季に湿度が低くなって山火事が多発する。乾燥による火災の目安として、実効湿度という指標が用いられる。乾燥注意報の基準には、相対湿度の日最小値である最小湿度と、実効湿度が用いられる。一日の変化は、ほぼ気温に依存し、昼間は低下し、夜間に気温が下がるにつれて湿度は上がる。

日本などの湿潤地域では観測値が0%になることはほぼないが、日本では過去1度だけ、0%を観測した例がある(鹿児島県屋久島1971年1月19日の記録)[3]。また、気象観測上、1日のうち最も低かった湿度の値を最小湿度として記録し、統計をとっている。一方、最大湿度は100%に近い値になることが珍しくなく、統計は取られていない[4]

また、都市化により、湿度は長期的に低下する傾向がある。東京(大手町)では、20世紀の間に年平均相対湿度が20%程度低下した[4]。土壌などの吸湿性のある地表が少なくなった影響とみられている。

湿度の影響[編集]

生物の成分の大部分は水であるから、湿度はその体や活動に大きな影響を与える。ヒトに対しては、乾燥はのひび割れや乾燥肌などを引き起こす原因となる。

また、体感温度などの感覚的な温度にも湿度の大小が影響する。一般的に、湿度が高いほど暖かく感じられ、その(体感温度に対する湿度の大小の)影響度は気温が高いほど大きくなる。そのため、不快指数は温度に湿度を勘案して計算される。また空気調和設備では湿度も制御の対象であり、湿度の観測を行い、加湿器除湿機などを用いて制御を行う。また、住宅などを中心に、加湿器や除湿器を単独で用いることがある。高い湿度の環境を避けるために、乾燥機乾燥剤などの部分的な除湿装置が日常生活で使用されることがあるほか、工業用、科学実験・研究用(デシケーター)など、広い用途に用いられている。


脚注[編集]

  1. ^ Perry, R.H. and Green, D.W, Perry's Chemical Engineers' Handbook (7th Edition), McGraw-Hill, ISBN 0-07-049841-5 , Eqn 12-7
  2. ^ 中川用語集 せ 絶対湿度
  3. ^ 日本の気象観測史上極値 サンダーハルク[リンク切れ]
  4. ^ a b 相対湿度の月別平年値 理科年表、国立天文台。

出典[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]