「地上にある $20^\circ \text{C}$ の空気」と「上空 $5000\text{m}$ にある $-10^\circ \text{C}$ の空気」、どちらが熱エネルギーを持っているでしょうか？
単純に温度計の数字（気温）だけを見ても、気圧が違うため比較できません。
そこで登場するのが、気圧の条件を揃えて公平に比較するための指標、「温位」と「相当温位」です。
1. 温位とは
温位（$\theta$）とは、ある高さにある空気塊を、乾燥断熱変化させて $1000 \text{hPa}$ まで移動させたときの温度のことです。
上空の空気を無理やり地上（$1000 \text{hPa}$）まで持ってきたら何℃になるか？という値です。
ポアソンの式
温位 $\theta$ は、以下の式（ポアソンの式）で定義されます。
$$
\theta = T \left( \frac{1000}{P} \right)^{\frac{R_d}{C_p}}
$$
- $T$：その空気の絶対温度 ($K$)
- $P$：その空気の気圧 ($\text{hPa}$)
- $R_d / C_p$：定数（約 $0.286$）
💡 試験対策の重要ポイント
温位は、「乾燥断熱変化」において保存されます。
つまり、水蒸気の凝結がない限り、空気塊が上昇しても下降しても、その空気の温位 $\theta$ は変わりません。
2. 温位と大気の安定性
温位の鉛直分布（高さごとの変化）を見ることで、その気層が安定か不安定かが分かります。
- $\frac{\partial \theta}{\partial z} > 0$（上に行くほど温位が高い） $\rightarrow$ 安定
- 通常の状態です。軽い（温位が高い）空気が上に、重い（温位が低い）空気が下にあるため、対流が起きにくい状態です。
- $\frac{\partial \theta}{\partial z} = 0$（高さによらず一定） $\rightarrow$ 中立
- よくかき混ぜられた気層（混合層）で見られます。乾燥断熱減率に従って気温が下がっている状態です。
- $\frac{\partial \theta}{\partial z} < 0$（上に行くほど温位が低い） $\rightarrow$ 不安定
- 重い空気が上に乗っかっている状態なので、すぐにひっくり返ろう（対流しよう）とします。絶対不安定の状態です。
3. 地球大気の温位
地球の大気全体の平均的な姿を見ると、温位は高度とともに増加しています。
- 対流圏：
高度とともに温位は高くなりますが、増加率は比較的緩やかです。 - 成層圏：
成層圏に入ると、気温自体が高度とともに上昇（または一定）するため、温位は急激に増加します。
📝 応用知識
「等温位線」の混み具合を見ることで、圏界面（対流圏と成層圏の境目）や、前線面の位置を特定することができます。前線面や成層圏は安定しているため、等温位線が混み合っています。
4. 相当温位とは
温位は便利ですが、「水蒸気の効果」が含まれていません。
湿った空気のエネルギーまで含めて評価するために使われるのが、相当温位（$\theta_e$）です。
相当温位とは、空気塊に含まれる水蒸気をすべて凝結させて雨として降らせ、その際に出る潜熱で空気を温めきった状態にしてから、$1000 \text{hPa}$ に持ってきたときの温度です。
💡 試験対策の重要ポイント
相当温位は、「湿潤断熱変化」においても保存されます。
雲ができようが雨が降ろうが、その空気塊が持つトータルのエネルギー量（顕熱＋潜熱＋位置エネルギー）は変わらないとみなせます。
そのため、「暖湿気流（暖かく湿った空気）」の追跡（梅雨前線の解析など）に非常に役立ちます。
5. 相当温位の近似式
相当温位の厳密な式は複雑ですが、試験ではその性質を表す近似式のイメージを持つことが大切です。
$$
\theta_e \approx \theta + k \cdot w
$$
- $\theta$：温位（乾燥した空気の温度成分）
- $w$：混合比（水蒸気の量）
- $k$：定数（概ね $2.8$ 程度）
この式は、「相当温位 ＝ 気温の要素 ＋ 水蒸気の要素」でできていることを示しています。
つまり、相当温位が高くなるのは以下の2つのパターンです。
- 気温が高いとき
- 水蒸気が多いとき
このため、完全に乾燥しているときを除いて、相当温位の値は温位の値より大きくなります。
6. 対流不安定
気層全体を持ち上げたときに不安定になるかどうかを示す指標です。
相当温位の鉛直勾配を使って判断します。
- $\frac{\partial \theta_e}{\partial z} < 0$（上に行くほど相当温位が低い） $\rightarrow$ 対流不安定
- $\frac{\partial \theta_e}{\partial z} = 0$（高度によらず相当温位が一定） $\rightarrow$ 対流中立
- $\frac{\partial \theta_e}{\partial z} > 0$（上に行くほど相当温位が高い） $\rightarrow$ 対流安定
「下層に暖かく湿った空気があり、上層に冷たく乾いた空気がある」状態の対流不安定は試験に頻出です。この状態の気層全体が上昇気流などで持ち上げられると、下層だけ先に雲ができて軽くなり、上層との密度差が拡大して、激しい対流（積乱雲の発達）が起こります。
7. まとめ
最後に、温位と相当温位の違いを整理しましょう。この表の内容が頭に入っていれば、試験の正誤問題はバッチリです。
| 項目 | 温位 ($\theta$) | 相当温位 ($\theta_e$) |
|---|---|---|
| 定義 | $1000\text{hPa}$ に持ってきた時の温度 | 水蒸気を全て凝結させて熱に変え、$1000\text{hPa}$ にした時の温度 |
| 考慮する熱 | 顕熱のみ（乾いた温度） | 顕熱 ＋ 潜熱（水蒸気エネルギー） |
| 乾燥断熱過程 | 保存される | 保存される |
| 湿潤断熱過程 | 保存されない（潜熱で上がる） | 保存される |
| 主な用途 | 大気の安定度解析、前線面の解析 | 暖湿気の追跡、対流不安定の解析 |
