飽和水分量と気温との関係

質問

どうも済みません。
気象の勉強をしていたら単純なことですが正確な解答ができないことが出てきてしまいました。それは空気は気温によって含みえる水分量が違うということです。空気は気温30度のときに1立方メートルあたり30gの水を水蒸気とし保てるのに対し、気温10度のときには10g、気温0度のときには5gしか保てません。蒸気圧や湿度の出し方はもちろん知っております。蒸気圧は窒素、酸素、二酸化炭素でそれぞれ異なります。質量はもちろん音速や粘性なども異なります。分子結合とか比熱に関係するのでしょうか。どうして気温に応じて水分量が異なるのか、この空気やガスの性質をウマく説明してくれませんか。空気の組成は上記の３要素が主なものですが、一般的に対流圏内で空気は化学的にどのように交じり合って存在するのでしょうか。成分の抽出法なども含め専門的に分かる方教えてください。参考文献などございましたら入手し易いものから紹介してください。よろしくお願いいたします。

回答No.1

noname#160321

一番単純には、各温度で物質には「飽和水蒸気圧」が存在すると言う事です。
それを質量に換算すると一立方メートル当たりの水の質量になります。
気象における「湿度」は正しくは「相対湿度」であって、
「測定された水蒸気圧」÷「その温度での飽和水蒸気圧」にないます。
水分含量は飽和水蒸気圧に比例しており、飽和水蒸気圧は当該温度における液状の水と「平衡」にある水蒸気の量になります。
温度が上がればみずはより多くの熱運動エネルギーを持ち、その表面から気相に出て行く水分子の量は低い温度の時に比べ多くなります。
それが高温ほど「飽和水蒸気圧」が高く、つまり一立方メートル中の水の質量が多くなります。

お礼

ご回答まことにありがとうございます。自分で理解するために要約いたいますと「飽和水蒸気圧」は窒素とか酸素とか二酸化炭素といった各物質でそれぞれ値が異なり、その物質が保ちえる水分量は飽和水蒸気圧に比例するということですね。相対湿度を求めるには「測定された水蒸気圧」÷「その温度での飽和水蒸気圧」の式によるわけですね。一番肝心なのは飽和水蒸気圧は「温度が上がれば多くの熱運動エネルギーを持ち、その表面から気相に出て行く水分子の量は低い温度の時に比べ多くなる。」という部分ですが、単に温度が上がると水の分子運動が活発になり、温度が低下すると分子運動が鈍り飽和し易くなると考えたらよろしいのでしょうか。このような認識で間違えなければ簡単に説明できるようになったというわけですね。ありがとうございました。そうすると飽和水蒸気圧がそれぞれの物質で異なるのはなぜかということが疑問として残ってしまうのですが、よろしければご回答いただけますでしょうか。よろしくお願いいたします。