地球上の水は、気象条件によって「気体（水蒸気）」「液体（水）」「固体（氷）」の3つの姿（相）を自由に行き来します。この変化に伴って、周囲と熱エネルギーのやり取りが行われます。
1. 状態変化の名称
まずは、それぞれの変化の呼び方を整理しましょう。特に「昇華」と「凝結」は試験によく出ます。
| 変化の方向 | 名称 |
| 液体 $\rightarrow$ 気体 | 蒸発 |
| 気体 $\rightarrow$ 液体 | 凝結 |
| 液体 $\rightarrow$ 固体 | 凝固 |
| 固体 $\rightarrow$ 液体 | 融解 |
| 固体 $\leftrightarrow$ 気体 | 昇華 |
2. 顕熱と潜熱
物質に熱を加えたとき、そのエネルギーの使われ方には2種類あります。
① 顕熱（けんねつ）
- 定義: 物質の状態を変えずに、温度を変えるために使われる熱。
- 特徴: 温度計で測ることができる（＝顕在化している）熱です。
- 例: 水をお湯にする、空気を暖める。
② 潜熱（せんねつ）
- 定義: 物質の温度を変えずに、状態を変えるためだけに使われる熱。
- 特徴: 温度計には現れない（＝潜んでいる）熱です。
- 例: $0^\circ\text{C}$の氷が、$0^\circ\text{C}$の水になるときに必要な熱。
気象学での重要性:
大気中では、水蒸気が雲（水滴）になるときに潜熱が放出され、それが空気を暖める顕熱に変わります。これが台風や低気圧のエネルギー源となります。
3. 熱の「吸収」と「放出」
試験で最も問われるのが、その変化が起きるとき、周囲の熱を奪う（冷やす）のか、放出する（温める）のか」です。
吸熱反応（熱を奪う） $\rightarrow$ 周囲は冷える
水が、よりエネルギーの高い状態（氷$\rightarrow$水$\rightarrow$水蒸気）になるとき、周囲からエネルギー（熱）を奪います。
- 蒸発熱（気化熱）：
- 水が蒸発するとき、周りの熱を奪います。
- 例: 打ち水をすると涼しくなる、汗をかくと体が冷える。
- 融解熱：
- 氷が溶けるとき、周りの熱を奪います。
- 例: 氷枕で熱を下げる。
放熱反応（熱を出す） $\rightarrow$ 周囲は温まる
水が、よりエネルギーの低い状態（水蒸気$\rightarrow$水$\rightarrow$氷）に戻るとき、余ったエネルギーを熱として放出します。ここが気象学の最重要ポイントです。
- 凝結熱：
- 水蒸気が水（雲粒）になるとき、大量の熱を放出します。
- 影響: この熱が周囲の空気を温めるため、上昇気流が維持され、台風や積乱雲が発達します。
- 凝固熱：
- 水が氷になるとき、熱を放出します。
- 影響: 散水氷結法（果樹園で水を撒いて凍らせ、その熱で作物を霜害から守る方法）に応用されています。
4. 潜熱の大きさ（数字のイメージ）
水の状態変化に必要なエネルギーは、他の物質に比べて非常に大きいのが特徴です。
- 蒸発熱（凝結熱）: 約 $2.5 \times 10^6 \text{J/kg}$
- 融解熱（凝固熱）: 約 $0.33 \times 10^6 \text{J/kg}$
ポイント:
「蒸発・凝結」に関わる熱は、「融解・凝固」に関わる熱の約7〜8倍も大きいです。
つまり、氷が溶けることよりも、水が蒸発したり雲になったりする方が、大気のエネルギー収支に与える影響は圧倒的に大きいのです。
まとめ：試験対策チェックリスト
気象予報士試験では、以下の因果関係を即座に思い出せるようにしましょう。
- 蒸発（液$\rightarrow$気） = 熱を吸収する = 周囲が冷える（打ち水効果）
- 凝結（気$\rightarrow$液） = 熱を放出する = 周囲が温まる（台風のエネルギー）
- 潜熱の主役は「水蒸気」の出入りである（融解熱より蒸発熱の方がはるかに大きいため）。
