飽和水蒸気圧とは?
飽和水蒸気圧(es)とは、ある温度で空気が水蒸気で完全に飽和した状態のときに、水蒸気が示す分圧のことです。言い換えれば、結露が始まる直前まで空気が含むことのできる水分量の上限を表します。飽和水蒸気圧は温度の上昇とともに急激に大きくなり、暖かい空気が冷たい空気よりもはるかに多くの水分を含めるのはこのためです。この値は、気象学、空調(HVAC)設計、農学(蒸発散量の算定)、建築物理など、幅広い分野で基礎となる重要な指標です。
このツールの使い方
乾球温度(気温)を摂氏(℃)で入力すると、飽和水蒸気圧をキロパスカル(kPa)で表示し、あわせてヘクトパスカル(hPa=ミリバールと同じ)とパスカル(Pa)への換算結果も示します。算出される値は物理的に普遍的なもので、世界中どの地域にもそのまま当てはまります。
計算式の解説
本ツールでは、テテンスの式(FAOのペンマン・モンティース法でも採用されている式)を用いています。
$$e_s = 0.6108 \cdot \exp\!\left(\frac{17.27 \cdot \text{T}}{\text{T} + 237.3}\right)$$ ここで \(e_s\) の単位は kPa、\(T\) の単位は ℃ です。
指数関数の項が、温度上昇に伴う保水能力の急峻で非線形な増加を表現しています。得られた値を10倍すれば hPa、1000倍すれば Pa になります。
計算例
\(T = 30\,℃\) の場合:$$\text{指数部} = \frac{17.27 \times 30}{30 + 237.3} = \frac{518.1}{267.3} = 1.93827$$ $$\exp(1.93827) = 6.94673$$ $$e_s = 0.6108 \times 6.94673 = 4.24307\ \text{kPa} = 42.4307\ \text{hPa} = 4243.07\ \text{Pa}$$ となります。
よくある質問
氷点下でも使えますか? ここで用いているテテンスの式の係数は、液体の水(0 ℃以上)に合わせて調整されています。氷点下では、氷に対応した別の係数(例:21.875 と 265.5)を使う式のほうが、より正確な値が得られます。
相対湿度とはどう関係しますか? 相対湿度 = 実際の水蒸気圧 ÷ 飽和水蒸気圧 × 100% で求められます。本ツールはこの式の分母(飽和水蒸気圧)を計算します。
kPa・hPa・Pa の違いは? いずれも同じ量を異なるスケールで表したもので、\(1\ \text{kPa} = 10\ \text{hPa} = 1000\ \text{Pa}\) の関係にあります。hPa は、天気予報でおなじみの旧単位ミリバール(mbar)と等しい値です。