よく聞く湿度は相対湿度、絶対湿度について調べてみました。

近頃の天気は50年に1度の雨、まるで台風みたいな強風など、昭和の天気とはどうも勝手が違うようです。

居心地の良い部屋(環境)には、次の様に温度と湿度が関係しています。

  • 暑い夏、気温も高いが湿度も高い。
  • 寒い冬、気温が低く乾燥している。

部屋の温湿度計の表示からは、何となく湿度は温度とも関係していることは感じていましたが、同じ温度でも湿度により快適さは違ってくるので、蒸し暑い場合のエアコンは何度でスイッチを入れるかというのが分かりにくいと思っていたところ、「絶対湿度計」があることを知りました。

絶対温度は知っていましたが、「絶対湿度」とは初耳だったので調べてみました。

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季節によって体感する温度や湿度が違う理由

気温が高く湿度が高いと蒸し暑く不快に感じます。

東京が蒸し暑いとき高地の軽井沢に行くと、日中の気温はさほど変わらないにもかかわらず、さほど暑さを感じず木陰では爽やかさを感じるのも湿度の違いです。

日常生活でも発生する熱中症。熱中症予防のための暑さ指数(WGBT)についての指針には、次のようなものがあります。

  • 日常生活に関する指針(環境省)
  • 運動に関する指針(環境省)
  • 作業者に関する指針(厚生労働省)

WBGT(Wet Bulb Globe Temperature):湿球黒球温度

WBGT値と気温、相対湿度との関係は、以下の資料にあります。

日本生気象学会 「日常生活における熱中症予防指針」Ver.3確定版

下図は、上記資料の「図2.WBGTと気温,湿度との関係」です。

WBGTと気温・湿度との関係

WBGTと気温・湿度との関係

図1 WBGTと気温・湿度との関係

上図において、例えば気温30度における湿度とWBGTを見てみると、湿度によって快適さが違うという体験とも一致します。

例えば、気温30度の湿度とWGBTを見ると、次の様になります。

  • 湿度50%は、WBGTで警戒
  • 湿度60%は、WBGTで警戒の上限
  • 湿度70%は、WBGTで厳重警戒
  • 湿度85%以上になると、WBGTで危険
はかせ
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「日本生気象学会(にほんせいきしょうがっかい)」最初誤記かと思いましたが、実在の組織です。

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温度にも種類があります。

温度の単位を3つ紹介します。

摂氏、\( ^\circ C \)

日本の温度計の単位は、「度」、「\( ^\circ C \)」、摂氏、セルシウス度です。

華氏、\( ^\circ F \)

アメリカなどの温度計の単位は、「華氏」、「\( ^\circ F \)」です。

  • 華氏:( \( ^\circ F \) )
    • ファーレンハイト度とも呼ばれる。
    • 水の氷点を32度(32( \( ^\circ F \) )、沸点を212度(212( \( ^\circ F \) )とする。
    • 水の氷点と沸点の間を180度に区切る。

絶対温度、\( K \)

絶対温度の単位は、「\( K \)」、ケルビンです。

  • 絶対温度:ケルビン( \( K \) )
    • 現在の定義は、熱力学温度の値から273.15を減じたもの
    • 絶対零度:- 273.15 ( \( ^\circ C \) )

摂氏と華氏の変換

摂氏と華氏の関係式は、次の通りです。

\( ^\circ C \) × 1.8 + 32 = \( ^\circ F \)

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温度センサー

温度計には理科の実験でおなじみのアルコール温度計(アナログ式)、新型コロナ対策でよく見かけるようになった放射温度計、デジタル式の温度計などがあります。

デジタル式の温度計に使われているいる温度センサーについて調べてみたところ、次の様な種類に分類できることは分かりましたが、肝心の温度をどのようにして計っているのかは分かりませんでした。

  • 接触式と非接触式
  • 接触式には、熱電対、サーミスタなどと呼ばれる。
  • 非接触式には、赤外線を利用した放射温度センサが使われている。

気温意外に指標となるような温度を以下に列挙します。

  • 液体窒素:-200 ( \( ^\circ C \) )
  • ドライアイス:-78.5 ( \( ^\circ C \) )
    • 昇華(個体から気体に変わる)温度
  • 氷の融点、水の氷点:0 ( \( ^\circ C \) )
  • 水の沸点 :100 ( \( ^\circ C \) )
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湿度計と湿度センサー

一般的に湿度と言われているのは、「相対湿度」のことです。

絶対湿度が分かる温湿度系の取扱説明書から、相対湿度と絶対湿度の部分を引用します。

一般的に湿度を表す場合は相対湿度であり、ある温度の空気中に含むことができる最大限の水蒸気量に比べて、実際どの程度の水蒸気量を含んでいるかを%で表します。

絶対湿度とは、温度に関係なく1( \( m^3 \) )の空気中に含まれる水蒸気の質量のことで(\( g / m^3 \) )で表します。

例えば相対湿度が50%の場合でも、

  • 20( \( ^\circ F \) )では絶対湿度約9( \( g / m^3 \) )
  • 30( \( ^\circ F \) )では絶対湿度約15( \( g / m^3 \) )

と異なります。

下図に示す購入した温湿度計では、絶対湿度に換算した値で警告表示がされています。下図は、以下の状態です。

気温:28( \( ^\circ C \) )

湿度:65 (%)

警告表示:熱中症 警戒(温度と湿度の針の交点の色表示)

熱中症・インフルエンザ警告 温湿度計(ドリテック製)

熱中症・インフルエンザ警告 温湿度計(ドリテック製)

図2 熱中症・インフルエンザ警告 温湿度計(ドリテック製)

色分けで直感的に分かりやすいのですが、絶対湿度そのものの値はわかりません。そのうち、デジタル式の絶対湿度計を購入してみようかと思っています。

湿度センサーについて調べてみましたが、次の種類があることまでは分かりました。

  • 抵抗式
  • 静電容量式

しかし、湿度、つまり水分を検知する乾湿材については、どうやら企業秘密の様で分かりませんでした。

温湿度センサーは、秋月電子商会で調べてみると、測定できる温度範囲と測定精度の差によると思われますが、200円程度から1,000円代のものまで様々です。

いずれにしても温度補正は必要そうですが、IchigoJamを使って温湿度の計測をしている例もあるので、IoTを個人で試したり教材として使っても面白そうです。

IchigoJamについては、以下のページをご参照ください。

モノを動かすプログラミング
こどもパソコンIchigoJamを使ったモノを動かすプログラミングについてまとめています。LEDの点灯で信号機、モータのON/OFFをプログラムして自動走行、サーボモータで腕を振る、使い方はプログラムをする人のアイディア次第です。
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絶対湿度について詳しく知りたい方へ

絶対湿度についてもっと詳しく知りたい方に、以下の記事を紹介します。

専門的な内容で、絶対湿度の定義や換算方法についてもまとめられています。

相対湿度から絶対湿度への計算方法
相対湿度と絶対湿度の関係 四季を通じて、湿度には大変に気をつかっている。健康面ではもちろん、楽器にとっても非常に影響が大きい。気になる湿度についてまとめる。 相対湿度と絶対湿度の関係を簡単に確認して、
はかせ
はかせ

私は、そこまで興味はなかったためでしょう、ざっと見て理解するのはあきらめました。

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雑学:天気予報と地域名に驚く

天気予報は、朝のニュースの定番みたいなものですが、東北地方とかと地域名との関係が、私の感覚と違っていました。

おそらく、天気予報を見る側からすると違和感を持つ人がほぼ全員なのではないでしょうか?

全般気象情報などに用いる地域名を地方の部分を抜き出したのが下表です。

用語説明
北日本北海道、東北地方。
東日本関東甲信、北陸、東海地方。
西日本近畿、中国、四国、九州北部地方、九州南部。
沖縄・奄美鹿児島県奄美地方、沖縄地方。

引用先:気象庁 全般気象情報などに用いる地域名(台風情報は除く

違和感ありませんか?

下図を見ると分かりやすいと思います。

  • 北日本が北海道と東北は、新潟に違和感がありますが。
  • 東日本、ずいぶん西側に広いな?
  • 西日本、大阪から九州まで全部???
全般季節予報の予報区分

全般季節予報の予報区分

図3 全般季節予報の予報区分

引用先:気象庁 季節予報で用いる予報区分

今や台風だけでなく、季節にかかわらず集中豪雨が日本全国で発生しています。

台風は進路予想があるので違和感はないのだと考えていますが、集中豪雨は、TVの天気予報で「東日本・西日本大雨」と書かれていたら、自分で思っている東日本や西日本と違っていることに気づかないですね。

かといって、正直なところ気象庁の地域区分を覚えるのもややこしいです。

気象庁は気づいているのでしょうか?

まとめ

暑い東京から軽井沢に行くとさほど気温は変わらないのに、日陰では爽やかさを感じるなど湿度の影響が大きいことは経験で知っていましたが、「絶対湿度」というものがあることは知りませんでした。

ここでは、相対湿度と絶対湿度について以下の項目で説明しています。

  • 季節によって体感する温度や湿度が違う理由
  • 温度にも種類があります。
    • 摂氏
    • 華氏
    • 絶対温度
    • 摂氏と華氏の変換
  • 温度センサー
  • 湿度計と湿度センサー
  • 絶対湿度について詳しく知りたい方へ
  • 雑学:天気予報と地域名に驚く
はかせ

振動制御を学んだおかげで、モデリングと制御系設計、実験・計測、CAEと幅広く学び、出会いとチャンスにも恵まれ工学博士になりました。
CAEが珍しくない今だからこそ、実験やリアルなモノづくりの体験がより重要になっていると考えています。

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