Индекс тепла - Heat index

Влажность и гигрометрия
Конкретные концепции
Абсолютное  / Конкретный  / Родственник точка росы (депрессия ) Психрометрия
Общие понятия
Воздуха Концентрация Плотность Роса Испарение Буферизация влажности (Атм. ) Давление Жидкая вода Закон Авогадро Зарождение Термодинамическое равновесие
Меры и инструменты
Индекс тепла Сидел. вап. плотность Соотношение смешивания Активность воды Индикатор H. карта Гигрометр Сухой /Температура влажного термометра

В индекс тепла (ЗДРАВСТВУЙ) - индекс, объединяющий воздуха температура и относительная влажность в затененных областях, чтобы установить эквивалентную температуру, воспринимаемую человеком, как то, насколько жарко будет, если влажность были какие-то другие значения в тени. Результат также известен как «температура воздуха по ощущениям»,кажущаяся температура "," по ощущениям "или" по ощущениям ". Например, при температуре 32 ° C (90 ° F) при относительной влажности 70% тепловой индекс составляет 41 ° C (106 ° F).

Человеческое тело обычно охлаждается пот, или потливость. Высокая температура удаляется из тела испарение этого пота. Однако высокая относительная влажность снижает скорость испарения. Это приводит к снижению скорости отвода тепла от тела и, следовательно, к ощущению перегрева. Этот эффект является субъективным, поскольку разные люди по-разному воспринимают тепло по разным причинам (например, различия в форме тела, метаболические различия, различия в гидратации, беременность, менопауза, эффекты наркотиков и / или отмена наркотиков ); его измерение было основано на субъективном описании того, насколько горячие предметы чувствуют себя при данной температуре и влажности. Это приводит к тепловому индексу, который связывает одну комбинацию температуры и влажности с другой.

Поскольку тепловой индекс основан на температуре в тени, в то время как люди часто перемещаются по солнечным местам, тепловой индекс может дать гораздо более низкую температуру, чем реальные условия типичных занятий на открытом воздухе. Кроме того, для людей, которые занимаются спортом или активно в это время, тепловой индекс может дать температуру ниже, чем в условиях войлока.

История

Индекс жары был разработан в 1979 году Робертом Г. Стедманом.^[1][2] Словно холодный ветер Индекс тепла содержит предположения о массе и росте человека, одежде, объеме физической активности, индивидуальной переносимости тепла, воздействии солнечного и ультрафиолетового излучения и скорости ветра. Значительные отклонения от них приведут к значениям теплового индекса, которые неточно отражают воспринимаемую температуру.^[3]

В Канада, аналогичный гумидекс (канадская инновация, представленная в 1965 году)^[4] используется вместо теплового индекса. В то время как и влажность воздуха, и индекс тепла рассчитываются с использованием точки росы, увлажнитель использует точку росы 7 ° C (45 ° F) в качестве основы, тогда как индекс тепла использует точку росы, равную 14 ° C (57 ° F). ). Кроме того, в тепловом индексе используются уравнения теплового баланса, которые учитывают многие переменные, кроме давления пара, которое используется исключительно при расчете увлажнителя. Совместный комитет^{[кто? ]} сформированный Соединенными Штатами и Канадой для разрешения разногласий, с тех пор был распущен.^{[нужна цитата ]}

Определение

Тепловой индекс данной комбинации (сухая лампочка ) температура и влажность определяются как температура по сухому термометру, которая была бы такой же, если бы давление водяного пара составляло 1,6.кПа. Цитируя Стедмана: «Так, например, кажущаяся температура 24 ° C (75 ° F) относится к тому же уровню влажности и тем же требованиям к одежде, что и температура по сухому термометру 24 ° C (75 ° F). с давлением пара 1,6 кПа ».^[1]

Это давление пара соответствует, например, температуре воздуха 29 ° C (84 ° F) и относительной влажности 40% на уровне моря. психрометрическая диаграмма, а в таблице Стедмана при относительной влажности 40% кажущаяся температура равна истинной температуре между 26–31 ° C (79–88 ° F). В стандартное атмосферное давление (101,325 кПа), эта базовая линия также соответствует точка росы 14 ° C (57 ° F) и соотношение смешивания 0,01 (10 г водяного пара на килограмм сухого воздуха).^[1]

Данное значение относительной влажности вызывает большее увеличение теплового индекса при более высоких температурах. Например, при приблизительно 27 ° C (81 ° F) индекс тепла будет соответствовать фактической температуре, если относительная влажность составляет 45%, но при 43 ° C (109 ° F) любое показание относительной влажности выше 18%. сделает индекс жары выше, чем 43 ° С.^[5]

Было высказано предположение, что описанное уравнение справедливо только при температуре 27 ° C (81 ° F) или выше.^[6] Пороговое значение относительной влажности, ниже которого расчет теплового индекса будет возвращать число, равное или меньшее, чем температура воздуха (более низкий тепловой индекс, как правило, считается недопустимым), зависит от температуры и не является линейным. Порог обычно устанавливается равным 40%.^[5]

Тепловой индекс и его аналог хьюмидекс учитывают только две переменные: температуру тени и атмосферную влажность (влажность), что дает лишь ограниченную оценку тепловой комфорт. Дополнительные факторы, такие как ветер, солнечный свет и индивидуальный выбор одежды, также влияют на воспринимаемую температуру; эти факторы параметризованы как константы в формуле теплового индекса. Например, предполагается, что ветер будет 5 узлов (9,3 км / ч).^[5] Ветер проходит по влажной или потной коже, вызывая испарение и холодный ветер эффект, который не измеряется тепловым индексом. Другой важный фактор - солнечный свет; стояние под прямыми солнечными лучами может добавить до 15 ° F (8,3 ° C) к видимому теплу по сравнению с тенью.^[7] Были попытки создать универсальный кажущаяся температура, такой как глобальная температура по влажному термометру, "относительная температура наружного воздуха", "ощущение как" или фирменная "Настоящее чувство ".

Метеорологические соображения

На открытом воздухе, в открытых условиях, когда относительная влажность увеличивается, сначала образуется дымка и, наконец, более плотный облачный покров, уменьшая количество прямого солнечного света, достигающего поверхности. Таким образом, существует обратная зависимость между максимальной потенциальной температурой и максимальной потенциальной относительной влажностью. Из-за этого фактора когда-то считалось, что самый высокий показатель теплового индекса, реально достижимый где-либо на Земле, составляет примерно 71 ° C (160 ° F). Однако в Дахран, Саудовская Аравия 8 июля 2003 г. точка росы составляла 35 ° C (95 ° F), а температура была 42 ° C (108 ° F), в результате чего тепловой индекс составлял 78 ° C (172 ° F).^[8]

Человеческое тело требует испарительного охлаждения, чтобы предотвратить перегрев. Температура влажного термометра, и Температура влажного шарика лампы используются для определения способности тела выводить излишки тепла. Постоянная температура по влажному термометру около 35 ° C (95 ° F) может быть фатальной для здоровых людей; при этой температуре наши тела переключаются с передачи тепла окружающей среде на получение тепла от нее.^[9]Таким образом, температура по влажному термометру 35 ° C (95 ° F) является порогом, выше которого тело больше не может адекватно охлаждаться.^[10]

Таблица значений

Таблица ниже взята из США. Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Колонки начинаются при 80 ° F (27 ° C), но есть также эффект теплового индекса при 79 ° F (26 ° C) и аналогичных температурах при высокой влажности.

NOAA национальная служба погоды: индекс тепла

Темпера- ture Родственник влажность	80 ° F (27 ° C)	82 ° F (28 ° C)	84 ° F (29 ° C)	86 ° F (30 ° C)	88 ° F (31 ° C)	90 ° F (32 ° C)	92 ° F (33 ° C)	94 ° F (34 ° C)	96 ° F (36 ° C)	98 ° F (37 ° C)	100 ° F (38 ° C)	102 ° F (39 ° C)	104 ° F (40 ° C)	106 ° F (41 ° C)	108 ° F (42 ° C)	110 ° F (43 ° C)
40%	80 ° F (27 ° C)	81 ° F (27 ° C)	83 ° F (28 ° C)	85 ° F (29 ° C)	88 ° F (31 ° C)	91 ° F (33 ° C)	94 ° F (34 ° C)	97 ° F (36 ° C)	101 ° F (38 ° C)	105 ° F (41 ° C)	109 ° F (43 ° C)	114 ° F (46 ° C)	119 ° F (48 ° C)	124 ° F (51 ° C)	130 ° F (54 ° C)	136 ° F (58 ° C)
45%	80 ° F (27 ° C)	82 ° F (28 ° C)	84 ° F (29 ° C)	87 ° F (31 ° C)	89 ° F (32 ° C)	93 ° F (34 ° C)	96 ° F (36 ° C)	100 ° F (38 ° C)	104 ° F (40 ° C)	109 ° F (43 ° C)	114 ° F (46 ° C)	119 ° F (48 ° C)	124 ° F (51 ° C)	130 ° F (54 ° C)	137 ° F (58 ° C)
50%	81 ° F (27 ° C)	83 ° F (28 ° C)	85 ° F (29 ° C)	88 ° F (31 ° C)	91 ° F (33 ° C)	95 ° F (35 ° C)	99 ° F (37 ° C)	103 ° F (39 ° C)	108 ° F (42 ° C)	113 ° F (45 ° C)	118 ° F (48 ° C)	124 ° F (51 ° C)	131 ° F (55 ° C)	137 ° F (58 ° C)
55%	81 ° F (27 ° C)	84 ° F (29 ° C)	86 ° F (30 ° C)	89 ° F (32 ° C)	93 ° F (34 ° C)	97 ° F (36 ° C)	101 ° F (38 ° C)	106 ° F (41 ° C)	112 ° F (44 ° C)	117 ° F (47 ° C)	124 ° F (51 ° C)	130 ° F (54 ° C)	137 ° F (58 ° C)
60%	82 ° F (28 ° C)	84 ° F (29 ° C)	88 ° F (31 ° C)	91 ° F (33 ° C)	95 ° F (35 ° C)	100 ° F (38 ° C)	105 ° F (41 ° C)	110 ° F (43 ° C)	116 ° F (47 ° C)	123 ° F (51 ° C)	129 ° F (54 ° C)	137 ° F (58 ° C)
65%	82 ° F (28 ° C)	85 ° F (29 ° C)	89 ° F (32 ° C)	93 ° F (34 ° C)	98 ° F (37 ° C)	103 ° F (39 ° C)	108 ° F (42 ° C)	114 ° F (46 ° C)	121 ° F (49 ° C)	128 ° F (53 ° C)	136 ° F (58 ° C)
70%	83 ° F (28 ° C)	86 ° F (30 ° C)	90 ° F (32 ° C)	95 ° F (35 ° C)	100 ° F (38 ° C)	105 ° F (41 ° C)	112 ° F (44 ° C)	119 ° F (48 ° C)	126 ° F (52 ° C)	134 ° F (57 ° C)
75%	84 ° F (29 ° C)	88 ° F (31 ° C)	92 ° F (33 ° C)	97 ° F (36 ° C)	103 ° F (39 ° C)	109 ° F (43 ° C)	116 ° F (47 ° C)	124 ° F (51 ° C)	132 ° F (56 ° C)
80%	84 ° F (29 ° C)	89 ° F (32 ° C)	94 ° F (34 ° C)	100 ° F (38 ° C)	106 ° F (41 ° C)	113 ° F (45 ° C)	121 ° F (49 ° C)	129 ° F (54 ° C)
85%	85 ° F (29 ° C)	90 ° F (32 ° C)	96 ° F (36 ° C)	102 ° F (39 ° C)	110 ° F (43 ° C)	117 ° F (47 ° C)	126 ° F (52 ° C)	135 ° F (57 ° C)
90%	86 ° F (30 ° C)	91 ° F (33 ° C)	98 ° F (37 ° C)	105 ° F (41 ° C)	113 ° F (45 ° C)	122 ° F (50 ° C)	131 ° F (55 ° C)
95%	86 ° F (30 ° C)	93 ° F (34 ° C)	100 ° F (38 ° C)	108 ° F (42 ° C)	117 ° F (47 ° C)	127 ° F (53 ° C)
100%	87 ° F (31 ° C)	95 ° F (35 ° C)	103 ° F (39 ° C)	112 ° F (44 ° C)	121 ° F (49 ° C)	132 ° F (56 ° C)

Ключ к цветам:   Осторожно   Крайняя осторожность   Опасность   Крайняя опасность

Например, если температура воздуха составляет 96 ° F (36 ° C), а относительная влажность составляет 65%, тепловой индекс составляет 49 ° C (120 ° F).

Влияние теплового индекса (значения оттенка)

Цельсия	Заметки
26–32 ° С	Осторожно: при длительном воздействии и активности возможна утомляемость. Продолжение активности может вызвать тепловые спазмы.
32–41 ° С	Особая осторожность: возможны тепловые судороги и тепловое истощение. Продолжение активности может привести к тепловому удару.
41–54 ° С	Опасность: вероятны тепловые судороги и тепловое истощение; тепловой удар вероятен при продолжении активности.
выше 54 ° C	Чрезвычайная опасность: неизбежен тепловой удар.

Воздействие прямых солнечных лучей может увеличить значения теплового индекса до 8 ° C (14 ° F).^[11]

Формула

Сравнение значений теплового индекса NWS (кружки) с аппроксимацией формулы (кривые). В файл SVG, наведите указатель мыши на график, чтобы выделить его.

Есть много формул, разработанных Стедманом для аппроксимации исходных таблиц. Андерсон и др. (2013),^[12] NWS (2011), Jonson and Long (2004) и Schoen (2005) имеют меньшие остатки в этом порядке. Первые два представляют собой набор многочленов, а третий - по одной формуле с экспоненциальными функциями.

Приведенная ниже формула аппроксимирует тепловой индекс в градусах Фаренгейта с точностью до ± 1,3 ° F (0,7 ° C). Это результат многомерного подбора (температура, равная или превышающая 80 ° F (27 ° C) и относительная влажность, равная или превышающая 40%) модели человеческого тела.^[1][13] Это уравнение воспроизводит приведенную выше таблицу Национальной метеорологической службы NOAA (за исключением того, что значения при 32 ° C и 90 ° F (32 ° C) и относительной влажности 45% / 70% различаются на менее чем ± 1, соответственно).

${\displaystyle \mathrm {HI} =c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}}$

где

HI = индекс жары (в градусах Фаренгейта)

Т = окружающий температура по сухому термометру (в градусах Фаренгейта)

р = относительная влажность (процентное значение от 0 до 100)

${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=-42.379,&c_{2}&=2.049\,015\,23,&c_{3}&=10.143\,331\,27,\\c_{4}&=-0.224\,755\,41,&c_{5}&=-6.837\,83\times 10^{-3},&c_{6}&=-5.481\,717\times 10^{-2},\\c_{7}&=1.228\,74\times 10^{-3},&c_{8}&=8.5282\times 10^{-4},&c_{9}&=-1.99\times 10^{-6}.\end{aligned}}}$

Следующие коэффициенты могут использоваться для определения теплового индекса, когда температура указывается в градусах Цельсия, где

HI = тепловой индекс (в градусах Цельсия)

Т = окружающий температура по сухому термометру (в градусах Цельсия)

р = относительная влажность (процентное значение от 0 до 100)

• c₁ = -8.78469475556
• c₂ = 1.61139411
• c₃ = 2.33854883889
• c₄ = -0.14611605
• c₅ = -0.012308094
• c₆ = -0.0164248277778
• c₇ = 0.002211732
• c₈ = 0.00072546
• c₉ = -0.000003582

Альтернативный набор констант для этого уравнения, который находится в пределах ± 3 ° F (1,7 ° C) от основной таблицы NWS для всех значений влажности от 0 до 80% и всех температур от 70 до 115 ° F (21–46 ° C) и все тепловые показатели ниже 150 ° F (66 ° C) составляют:

${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=0.363\,445\,176,&c_{2}&=0.988\,622\,465,&c_{3}&=4.777\,114\,035,\\c_{4}&=-0.114\,037\,667,&c_{5}&=-8.502\,08\times 10^{-4},&c_{6}&=-2.071\,6198\times 10^{-2},\\c_{7}&=6.876\,78\times 10^{-4},&c_{8}&=2.749\,54\times 10^{-4},&c_{9}&=0.\end{aligned}}}$

Еще один вариант:^[14]

${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {HI} &=c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}+\\&\quad {}+c_{10}T^{3}+c_{11}R^{3}+c_{12}T^{3}R+c_{13}TR^{3}+c_{14}T^{3}R^{2}+c_{15}T^{2}R^{3}+c_{16}T^{3}R^{3}\end{aligned}}}$

где

${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=16.923,&c_{2}&=0.185\,212,&c_{3}&=5.379\,41,&c_{4}&=-0.100\,254,\\c_{5}&=9.416\,95\times 10^{-3},&c_{6}&=7.288\,98\times 10^{-3},&c_{7}&=3.453\,72\times 10^{-4},&c_{8}&=-8.149\,71\times 10^{-4},\\c_{9}&=1.021\,02\times 10^{-5},&c_{10}&=-3.8646\times 10^{-5},&c_{11}&=2.915\,83\times 10^{-5},&c_{12}&=1.427\,21\times 10^{-6},\\c_{13}&=1.974\,83\times 10^{-7},&c_{14}&=-2.184\,29\times 10^{-8},&c_{15}&=8.432\,96\times 10^{-10},&c_{16}&=-4.819\,75\times 10^{-11}.\end{aligned}}}$

Например, используя эту последнюю формулу, при температуре 90 ° F (32 ° C) и относительной влажности (RH) 85%, результат будет: Тепловой индекс для 90 ° F, RH 85% = 114,9.

Смотрите также

• Видимая температура
• Тепловой комфорт § Взаимодействие температуры и влажности
• Humidex
• Температура влажного термометра
• Холодный ветер

использованная литература

1. Стедман, Р. Г. (июль 1979 г.). "Оценка влажности. Часть I: Индекс температуры-влажности на основе физиологии человека и науки о одежде". Журнал прикладной метеорологии. 18 (7): 861–873. Bibcode:1979JApMe..18..861S. Дои:10.1175 / 1520-0450 (1979) 018 <0861: TAOSPI> 2.0.CO; 2.
2. Стедман, Р. Г. (июль 1979 г.). «Оценка влажности. Часть II: Влияние ветра, дополнительной радиации и атмосферного давления на видимую температуру». Журнал прикладной метеорологии. 18 (7): 874–885. Bibcode:1979JApMe..18..874S. Дои:10.1175 / 1520-0450 (1979) 018 <0874: TAOSPI> 2.0.CO; 2.
3. Как они рассчитывают тепловой индекс? - Дэниел Энгбер - Slate Magazine
4. «Весенние и летние опасности». Окружающая среда и изменения климата. Правительство Канады. Проверено 22 сентября 2016.
5. Калькулятор теплового индекса и таблица преобразования из iWeatherNet
6. Тепловой индекс Campbell Scientific Inc. В архиве 2010-05-25 на Wayback Machine (PDF-файл), CampbellSci.com.
7. Индекс тепла от Национальной службы погоды. «Воздействие полного солнечного света может увеличить значения теплового индекса до 15 ° F».
8. «Этот саудовский город вскоре может столкнуться с беспрецедентным и неприемлемым уровнем жары». Business Insider. Получено 2017-07-20.
9. Sherwood, S.C .; Хубер, М. (25 мая 2010 г.). «Предел приспособляемости к изменению климата из-за теплового стресса». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 107 (21): 9552–5. Bibcode:2010PNAS..107.9552S. Дои:10.1073 / pnas.0913352107. ЧВК  2906879. PMID  20439769.
10. Данн, Джон П .; Стоуфер, Рональд Дж .; Джон, Жасмин Г. (2013). «Тепловой стресс снижает трудоспособность при потеплении климата». Лаборатория геофизической гидродинамики. 3 (6): 563. Bibcode:2013NatCC ... 3..563D. Дои:10.1038 / nclimate1827.
11. Индекс тепла на веб-сайте Национальной метеорологической службы США в Пуэбло, Колорадо.
12. Андерсон, Дж. Брук; Белл, Мишель Л .; Пэн, Роджер Д. (2013). «Методы расчета индекса жары как показателя воздействия в исследованиях по охране окружающей среды». Перспективы гигиены окружающей среды. 121 (10): 1111–1119. Дои:10.1289 / ehp.1206273. ЧВК  3801457. PMID  23934704.
13. Lans P. Rothfusz. «Уравнение» индекса тепла (или больше, чем вы когда-либо хотели знать об индексе тепла), Отдел научных услуг (штаб-квартира Южного региона NWS), 1 июля 1990 г. [1]
14. Стулл, Ричард (2000). Метеорология для ученых и инженеров, второе издание. Брукс / Коул. п. 60. ISBN  9780534372149.

внешние ссылки

• Описание охлаждения ветром и кажущейся температуры Формулы в метрических единицах
• Калькулятор теплового индекса Рассчитывает как ° F, так и ° C
• Текущая карта значений глобального теплового индекса