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[[File:Bathgate-Christmas-2005-2.JPG|thumb|300px|冬の晴れた朝。霜が降り、放射霧が遠くで空と境界をなしている。]] '''放射冷却'''（ほうしゃれいきゃく）とは、物体が周囲に[[電磁波]]を[[放射]]し温度を下げていくこと{{Sfn|気象科学事典|p=486|ps=「放射冷却」（著者:大西晴夫）}}。原理上あらゆる物体に起こりうる{{Sfn|気象科学事典|p=486|ps=「放射冷却」（著者:大西晴夫）}}<ref name="jma">{{Cite web|和書|title=放射冷却（ほうしゃれいきゃく）って何？ |url=https://www.jma.go.jp/jma/kids/kids/faq/b1_02.html |publisher=気象庁 |access-date=2024-06-18}}</ref>が、主に[[気象学]]で用い、日常的な使用、特に[[天気予報]]の場面では地表が冷えるときの説明によく用いる{{Sfn|NHK放送文化研究所|p=175|ps=「放射冷却」}}{{R|jma}}。
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あらゆる物体はその温度に応じて電磁波を放射していてこれを[[熱放射]]（熱輻射）という<ref name="小出">[[#小出|小出「熱放射」、『日本大百科全書』]]</ref>。放射する電磁波のエネルギー量は、その表面温度（[[絶対温度]]）の4乗に比例する（[[シュテファン＝ボルツマンの法則]]）{{Sfn|気象科学事典|p=486|ps=「放射冷却」（著者:大西晴夫）}}{{R|小出}}。放射する電磁波の[[周波数]]（[[波長]]）は連続[[スペクトル]]分布をとるが、温度が高い物体ほど波長の短い電磁波を強く出す{{R|小出}}。
=== 地表の放射冷却
地表からの熱放射はほぼ[[赤外線]]である{{Sfn|気象科学事典|p=486|ps=「放射冷却」（著者:大西晴夫）}}。[[太陽]]からの[[日射]]が地面を加熱するのに対して、地表からの熱放射は地面を冷却する。また地面からの[[蒸発]]や冷たい空気への[[伝熱|熱移動]]も地面を冷却する方向に働く{{Sfn|気象科学事典|p=486|ps=「放射冷却」（著者:大西晴夫）}}{{Sfn|近藤|2011}}。これに対し、[[大気]]自身は赤外線を熱放射して（[[大気放射]]）地面を保温する働きをもつ{{Sfn|近藤|2011}}<ref name="ams1">[[#ams1|AMS]]</ref>。
地表面における放射冷却は、日射と下向き（地面向き）の大気放射、その他の熱源からの加熱に比べて、地表からの熱放射が大きいときに起きる{{R|ams1}}。[[晴れ]]て[[風]]の弱い夜にこれが最も強まり、地面付近の空気は強く冷やされて気温が低下する{{Sfn|気象科学事典|p=486|ps=「放射冷却」（著者:大西晴夫）}}{{R|ams1}}。
ふつう、夕方の日没の少し前のころに、日射加熱と放射冷却は逆転し、冷却が始まる<ref name="松野">[[#松野|松野「放射冷却」、『日本大百科全書』]]</ref>{{Sfn|近藤|2011}}。冷却の速度は、開始後の夕方が最も速く、次第に遅くなる傾向がある{{Sfn|近藤|2011}}。
== 放射冷却の強さを決める要素 ==
風が強いときや[[雲]]が多いときは放射冷却による夜の冷え込みが抑えられる。これは、風が冷却された地表付近の空気と比較的暖かい上空の空気を混合するためであり、雲からの下向きの熱放射は地表を暖め、[[水蒸気]]は赤外線を吸収しやすいためである{{Sfn|気象科学事典|p=486|ps=「放射冷却」（著者:大西晴夫）}}{{R|松野}}。
地表の熱放射量から地表の日射量を差し引いたものを正味放射量といい、放射冷却量に比例する関係を持つが、晴れた夜間には60 - 100[[放射照度|ワット毎平方メートル]](W m<sup>−2</sup>)に達し、低い雲が広がるときは20 W m<sup>−2</sup>程度となる{{Sfn|近藤|2011}}<ref name="Richard-3">[[#Richard and J. Paulo (2005)|Richard and J. Paulo (2005)]], CHAPTER 3 - MECHANISMS OF ENERGY TRANSFER</ref>。
また、地表の物体の[[熱容量]]が小さいほど、地熱を伝える[[熱伝導率]]が小さいほど、放射冷却は強い{{Sfn|近藤|2011}}。表[[土]]が乾燥しているほどよく冷やされる{{Sfn|近藤|2011}}。[[積雪]]のあるときはない時よりも冷え、特に新雪のほうが熱伝導率が小さくよく冷やされる{{Sfn|近藤|2011}}。
[[山]]に囲まれた[[盆地]]では、周囲の斜面から冷気が下りてきて溜まる[[冷気湖]]ができるので、平地よりも冷却が強い。盆地が深いほどその効果は強まる{{Sfn|近藤|2011}}。また地形の起伏や気流の妨げとなる樹木などの物体によって、冷気が流れ下りやすかったり溜まりやすかったりする場所がある<ref name="Richard-6">[[#Richard and J. Paulo (2005)|Richard and J. Paulo (2005)]], CHAPTER 6 - PASSIVE PROTECTION METHODS</ref>。
夜が十分長く続いて[[放射平衡]]に至ったと仮定して理論上導かれる放射冷却量の最大値は、寒冷地で乾燥の場合約30[[セルシウス度|℃]]、熱帯の多湿下で約10℃、日本の春・秋では約20℃程度{{Sfn|近藤|2011}}。
=== 放射冷却に伴う気象 ===▼
放射冷却による冷え込みは、[[霜]]{{Sfn|気象科学事典|p=486|ps=「放射冷却」（著者:大西晴夫）}}{{R|松野}}や放射[[霧]]{{Sfn|気象科学事典|p=486|ps=「放射冷却」（著者:大西晴夫）}}{{Sfn|NHK放送文化研究所|p=175|ps=「放射冷却」}}{{R|松野}}発生の原因となる。[[秋]]の早霜や[[春]]の遅霜の時期の霜の発生は特に、放射冷却が発生の要因となる<ref name="饒村・宮澤">[[#饒村・宮澤|饒村・宮澤「放射冷却」、『知恵蔵』]]</ref>。
地熱についていえば、[[植物]]の葉や表面は、幹や茎を伝わる熱が小さいため、地表よりも冷却度が大きい{{Sfn|近藤|2011}}。気温よりも5℃以上低くなりうる{{Sfn|近藤|2011}}。 植物を[[霜#霜害|凍霜害]]から防ぐために使う、ビニールや藁などのシート・覆いやカバーの類は冷却を和らげる効果がある。カバー類は、その外側表面が外気温と同程度となり下向きの赤外放射を増加させるうえ、熱対流による植物表面からの熱損失も防ぐ。使う素材は、熱伝導率が低いほど、また赤外放射の吸収率が高いほど効果が高い{{R|Richard-6}}。
放射冷却が進むと、しばしば地表近くの空気は上空よりも気温が低くなり、[[逆転層]]が生じる{{R|松野|饒村・宮澤}}。逆転層は大気の混合を抑制し、地表付近に[[大気汚染]]物質が滞留しやすくなって{{R|松野}}[[スモッグ]]の原因となったり{{R|饒村・宮澤}}、霧の原因となったりする{{R|饒村・宮澤}}。
== 出典 ==▼
[[果樹園]]や[[畑]]に設置される[[防霜ファン]]は、冷却された空気に覆われた地表付近に高さ十数メートルの相対的に暖かい空気を送り込んで混合させる<ref name="Richard-7">[[#Richard and J. Paulo (2005)|Richard and J. Paulo (2005)]], CHAPTER 7 - ACTIVE PROTECTION METHODS</ref>。ただし、上空まで冷えて逆転層がないときには効果が乏しい{{R|Richard-7}}。凍霜害の防止技術として燃焼で生じる煤煙の効果も研究されてきたが、煙の粒子サイズでは[[可視光線]]はよく吸収するが赤外線はあまり吸収せず、放射冷却を抑える効果は乏しいとされる{{R|Richard-7}}。
放射冷却が霧を生じさせることがある一方で、ひとたび霧が発生すると、雲と同様に赤外放射を吸収する効果のため、霧の下の放射冷却は弱められる{{R|Richard-7}}。
== 技術的応用 ==
{{Main|en:Passive daytime radiative cooling}}
日射および大気放射を反射し、かつ大気による再吸収が少ない[[大気の窓]]波長の赤外線を選択的に放射する素材の研究が行われている。このような技術はpassive daytime radiative cooling(PDRC)などと呼ばれ、日中でも放射冷却が働いて、周囲よりも温度が低く冷却効果をもち、[[省エネルギー]]につながる。なお、水蒸気量が少ない乾燥時ほど、また大気の窓が顕著になる標高が高いところほど、このような素材の放射冷却効果は高くなると報告されている<ref>{{Cite journal|和書|author1=須一貴啓 |author2=石川篤 |author3=林靖彦 |author4=鶴田健二 |title=温暖湿潤気候における日中放射冷却デバイスの性能限界 |publisher=応用物理学会 |journal=応用物理学会学術講演会講演予稿集 |volume=65 |year=2018 |month=03 |doi=10.11470/jsapmeeting.2018.1.0_1227 }}</ref><ref>{{Cite journal|和書|author1=末光真大 |author2=齋藤禎 |title=直射日光下で周辺気温より低温となる受動的放射冷却材料の実現 |publisher=応用物理学会 |journal=応用物理学会学術講演会講演予稿集 |volume=80 |year=2019 |doi=10.11470/jsapmeeting.2019.2.0_1034 }}</ref>。
{{Reflist|3}}
== 参考文献 ==
* {{Cite book|和書|editor=[[日本気象学会]] |title=気象科学事典 |publisher=東京書籍 |year=1998 |month=10 |isbn=4-487-73137-2 |ref={{SfnRef|気象科学事典}}}}
* {{Cite book|和書|editor=[[NHK放送文化研究所]] |title=NHK気象・災害ハンドブック |publisher=日本放送出版協会 |year=2005 |month=11 |isbn=4-14-011215-8 |ref={{SfnRef|NHK放送文化研究所}}}}
* {{Cite journal|和書|author=近藤純正 |title=放射冷却―最低気温，結氷，夜露― |url=https://www.metsoc.jp/tenki/pdf/2011/2011_06_0075.pdf |format=pdf |publisher=日本気象学会 |journal=天気 |series=気象のABC No.2 |volume=58 |issue=6 |year=2011 |month=06 |pages=555-556 |crid=1520009407441313920 |ref={{SfnRef|近藤|2011}}}}
* {{Cite book|author=Richard L Snyder |author2=J. Paulo de Melo-Abreu |year=2005 |series=Environment and Natural Resources Series, 10 |title=Frost Protection: fundamentals, practice, and economics Volume 1 |url=https://www.fao.org/4/y7223e/y7223e00.htm#Contents |publisher=Food and Agriculture Organization of the United Nations（[[国際連合食糧農業機関]]） |language=en |isbn=978-9251053287 |oclc=62170700 |issn=1684-8241 |ref=Richard and J. Paulo (2005) }}
* {{Cite web|title=radiational cooling |url=https://glossary.ametsoc.org/wiki/Radiational_cooling |work=Glossary of Meteorology（気象学用語集） |publisher=American Meteorological Society（AMS, [[アメリカ気象学会]]） |language=en |date=2024-03-27 |access-date=2024-06-10 |ref=ams1}}
* {{Cite kotobank|word=熱放射 |hash=-111438#w-1575283 |encyclopedia=小学館『[[日本大百科全書]]』（ニッポニカ） |author=[[小出昭一郎]] |access-date=2024-06-10 |ref=小出 }}
* {{Cite kotobank|word=放射冷却 |hash=-132098#w-1591745 |encyclopedia=小学館『日本大百科全書』（ニッポニカ） |author=[[松野太郎]] |access-date=2024-06-18 |ref=松野 }}
* {{Cite kotobank|word=放射冷却 |hash=-132098#w-184707 |encyclopedia=朝日新聞出版『[[知恵蔵]]』 |author=[[饒村曜]]、[[宮澤清治]] |access-date=2024-06-18 |ref=饒村・宮澤 }}
== 関連項目 ==
* [[熱放射]]、[[伝熱]]
* [[霧]]、[[霜]]
{{DEFAULTSORT:ほうしやれいきやく}}
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