Tepelný index - Heat index
Vlhkost a vlhkoměr | |
---|---|
Specifické koncepty | |
Obecné pojmy | |
Opatření a nástroje | |
The tepelný index (AHOJ) je index, který kombinuje vzduch teplota a relativní vlhkost, ve stinných oblastech, předpokládat ekvivalentní teplotu vnímanou člověkem, jako by bylo horké, kdyby vlhkost vzduchu byly nějakou jinou hodnotou ve stínu. Výsledek je také známý jako „teplota plstěného vzduchu“, “zdánlivá teplota „,„ skutečný pocit “nebo„ cítí se jako “. Například když je teplota 32 ° C (90 ° F) se 70% relativní vlhkostí, teplotní index je 41 ° C (106 ° F).
Lidské tělo se normálně ochlazuje pocení nebo pocení. Teplo je odstraněn z těla pomocí vypařování toho potu. Vysoká relativní vlhkost však snižuje rychlost odpařování. To má za následek nižší rychlost odvodu tepla z těla, a tím i pocit přehřátí. Tento účinek je subjektivní a různí jedinci vnímají teplo odlišně z různých důvodů (jako jsou rozdíly ve tvaru těla, metabolické rozdíly, rozdíly v hydrataci, těhotenství, menopauza, účinky drog a / nebo stažení léku ); jeho měření bylo založeno na subjektivních popisech toho, jak se cítí horké subjekty pro danou teplotu a vlhkost. To má za následek teplotní index, který spojuje jednu kombinaci teploty a vlhkosti s jinou.
Protože teplotní index je založen na teplotách ve stínu, zatímco lidé se často pohybují přes slunné oblasti, může tepelný index poskytnout mnohem nižší teplotu než skutečné podmínky typických venkovních aktivit. Rovněž pro lidi, kteří v danou chvíli cvičí nebo jsou aktivní, může index tepla dávat teplotu nižší, než jsou podmínky plsti.
Dějiny
Tepelný index vytvořil v roce 1979 Robert G. Steadman.[1][2] Jako větrný chlad index, index tepla obsahuje předpoklady o hmotnosti a výšce lidského těla, oblečení, množství fyzické aktivity, individuální toleranci vůči teplu, vystavení slunečnímu záření a ultrafialovému záření a rychlosti větru. Významné odchylky od těchto hodnot vedou k hodnotám tepelného indexu, které neodrážejí přesně vnímanou teplotu.[3]
v Kanada, podobně humidex (kanadská inovace zavedená v roce 1965)[4] se používá místo tepelného indexu. Zatímco humidex i index tepla se počítají pomocí rosného bodu, humidex používá jako základ rosný bod 7 ° C (45 ° F), zatímco index tepla používá základ rosného bodu 14 ° C (57 ° F) ). Tepelný index dále využívá rovnice tepelné bilance, které zohledňují mnoho jiných proměnných než tlak par, které se používají výhradně při výpočtu humidexu. Smíšený výbor[SZO? ] vytvořené Spojenými státy a Kanadou za účelem vyřešení rozdílů byla od té doby rozpuštěna.[Citace je zapotřebí ]
Definice
Tepelný index dané kombinace (suchá žárovka ) teplota a vlhkost jsou definovány jako teplota suchého teploměru, která by byla stejná, kdyby tlak vodní páry byl 1,6kPa. Cituje Steadmana: „Například zdánlivá teplota 24 ° C (75 ° F) odkazuje na stejnou úroveň dusnosti a stejné požadavky na oblečení, jako je teplota suchého teploměru 24 ° C (75 ° F) s tlakem par 1,6 kPa. “[1]
Tento tlak par odpovídá například teplotě vzduchu 29 ° C (84 ° F) a relativní vlhkosti 40% v hladině moře psychrometrický graf, a v Steadmanově tabulce při 40% RH se zdánlivá teplota rovná skutečné teplotě mezi 26–31 ° C (79–88 ° F). Na standardní atmosférický tlak (101,325 kPa), tato základní linie také odpovídá a rosný bod 14 ° C (57 ° F) a a směšovací poměr 0,01 (10 g vodní páry na kilogram suchého vzduchu).[1]
Daná hodnota relativní vlhkosti způsobuje větší zvýšení tepelného indexu při vyšších teplotách. Například při přibližně 27 ° C (81 ° F) bude teplotní index souhlasit se skutečnou teplotou, pokud je relativní vlhkost 45%, ale při 43 ° C (109 ° F) bude jakákoli hodnota relativní vlhkosti nad 18% bude index tepla vyšší než 43 ° C.[5]
Bylo navrženo, že popsaná rovnice je platná, pouze pokud je teplota 27 ° C (81 ° F) nebo více.[6] Prahová hodnota relativní vlhkosti, pod kterou výpočet tepelného indexu vrátí číslo stejné nebo nižší než teplota vzduchu (nižší tepelný index je obecně považován za neplatný), se mění s teplotou a není lineární. Prahová hodnota je obvykle stanovena na libovolných 40%.[5]
Tepelný index a jeho protějšek humidex zohledňují pouze dvě proměnné, teplotu stínu a vlhkost vzduchu (vlhkost), čímž poskytují pouze omezený odhad tepelná pohoda. Vnímanou teplotu ovlivňují také další faktory, jako je vítr, sluneční svit a výběr individuálního oblečení; tyto faktory jsou parametrizované jako konstanty ve vzorci indexu tepla. Například vítr se považuje za 5 uzlů (9,3 km / h).[5] Vítr procházející vlhkou nebo zpocenou pokožkou způsobuje odpařování a větrný chlad účinek, který tepelný index neměří. Druhým hlavním faktorem je sluneční svit; stát na přímém slunečním světle může ve srovnání se stínem přidat do zdánlivého tepla až 8,3 ° C.[7] Objevily se pokusy o vytvoření univerzálního zdánlivá teplota, tak jako teplota koule mokrého teploměru „relativní venkovní teplota“, „cítí se jako“ nebo vlastní „Skutečný pocit ".
Meteorologické úvahy
Venku v otevřených podmínkách se zvyšující se relativní vlhkostí se vyvíjí nejprve opar a nakonec silnější oblačnost, což snižuje množství přímého slunečního světla dopadajícího na povrch. Existuje tedy inverzní vztah mezi maximální potenciální teplotou a maximálním potenciálním relativní vlhkostí. Kvůli tomuto faktoru se kdysi věřilo, že nejvyšší odečet tepelného indexu, který lze ve skutečnosti dosáhnout kdekoli na Zemi, byl přibližně 71 ° C (160 ° F). Nicméně v Dhahran, Saudská arábie dne 8. července 2003 rosný bod byla 35 ° C (95 ° F), zatímco teplota byla 42 ° C (108 ° F), což vedlo k tepelnému indexu 78 ° C (172 ° F).[8]
Lidské tělo vyžaduje chlazení odpařováním, aby se zabránilo přehřátí. Teplota vlhkého teploměru, a Teplota koule na mokré baňce se používají k určení schopnosti těla eliminovat přebytečné teplo. Trvalá teplota vlhkého teploměru kolem 35 ° C (95 ° F) může být pro zdravé lidi fatální; při této teplotě naše těla přecházejí z odvádění tepla do prostředí, aby z něj získávaly teplo.[9]Teplota vlhkého teploměru 35 ° C (95 ° F) je tedy prahová hodnota, za kterou se tělo již nedokáže dostatečně ochladit.[10]
Tabulka hodnot
Níže uvedená tabulka pochází z USA Národní úřad pro oceán a atmosféru. Sloupce začínají při teplotě 27 ° C (80 ° F), ale při vysoké vlhkosti vzduchu existuje také efekt tepelného indexu při teplotě 26 ° C (79 ° F) a podobné teploty.
Tempera ture Relativní vlhkost vzduchu | 80 ° F (27 ° C) | 82 ° F (28 ° C) | 84 ° F (29 ° C) | 86 ° F (30 ° C) | 31 ° C | 32 ° C (90 ° F) | 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) | 43 ° C (110 ° F) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
40% | 80 ° F (27 ° C) | 81 ° F (27 ° C) | 83 ° F (28 ° C) | 85 ° F (29 ° C) | 31 ° C | 91 ° F (33 ° C) | 94 ° F (34 ° C) | 97 ° F (36 ° C) | 101 ° F (38 ° C) | 105 ° F (41 ° C) | 43 ° C (109 ° F) | 114 ° F (46 ° C) | 119 ° F (48 ° C) | 51 ° C (124 ° F) | 54 ° C (130 ° F) | 58 ° C |
45% | 80 ° F (27 ° C) | 82 ° F (28 ° C) | 84 ° F (29 ° C) | 87 ° F (31 ° C) | 32 ° C (89 ° F) | 93 ° F (34 ° C) | 96 ° F (36 ° C) | 100 ° F (38 ° C) | 104 ° F (40 ° C) | 43 ° C (109 ° F) | 114 ° F (46 ° C) | 119 ° F (48 ° C) | 51 ° C (124 ° F) | 54 ° C (130 ° F) | 58 ° C | |
50% | 81 ° F (27 ° C) | 83 ° F (28 ° C) | 85 ° F (29 ° C) | 31 ° C | 91 ° F (33 ° C) | 95 ° F (35 ° C) | 37 ° C | 103 ° F (39 ° C) | 108 ° F (42 ° C) | 45 ° C | 48 ° C | 51 ° C (124 ° F) | 55 ° C (131 ° F) | 58 ° C | ||
55% | 81 ° F (27 ° C) | 84 ° F (29 ° C) | 86 ° F (30 ° C) | 32 ° C (89 ° F) | 93 ° F (34 ° C) | 97 ° F (36 ° C) | 101 ° F (38 ° C) | 106 ° F (41 ° C) | 44 ° C (112 ° F) | 117 ° F (47 ° C) | 51 ° C (124 ° F) | 54 ° C (130 ° F) | 58 ° C | |||
60% | 82 ° F (28 ° C) | 84 ° F (29 ° C) | 31 ° C | 91 ° F (33 ° C) | 95 ° F (35 ° C) | 100 ° F (38 ° C) | 105 ° F (41 ° C) | 43 ° C (110 ° F) | 47 ° C (116 ° F) | 51 ° C | 54 ° C (129 ° F) | 58 ° C | ||||
65% | 82 ° F (28 ° C) | 85 ° F (29 ° C) | 32 ° C (89 ° F) | 93 ° F (34 ° C) | 98 ° F (37 ° C) | 103 ° F (39 ° C) | 108 ° F (42 ° C) | 114 ° F (46 ° C) | 49 ° C (121 ° F) | 53 ° C (128 ° F) | 58 ° C | |||||
70% | 83 ° F (28 ° C) | 86 ° F (30 ° C) | 32 ° C (90 ° F) | 95 ° F (35 ° C) | 100 ° F (38 ° C) | 105 ° F (41 ° C) | 44 ° C (112 ° F) | 119 ° F (48 ° C) | 126 ° F (52 ° C) | 57 ° C | ||||||
75% | 84 ° F (29 ° C) | 31 ° C | 92 ° F (33 ° C) | 97 ° F (36 ° C) | 103 ° F (39 ° C) | 43 ° C (109 ° F) | 47 ° C (116 ° F) | 51 ° C (124 ° F) | 56 ° C (132 ° F) | |||||||
80% | 84 ° F (29 ° C) | 32 ° C (89 ° F) | 94 ° F (34 ° C) | 100 ° F (38 ° C) | 106 ° F (41 ° C) | 45 ° C | 49 ° C (121 ° F) | 54 ° C (129 ° F) | ||||||||
85% | 85 ° F (29 ° C) | 32 ° C (90 ° F) | 96 ° F (36 ° C) | 102 ° F (39 ° C) | 43 ° C (110 ° F) | 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) | 45 ° C | 122 ° F (50 ° C) | 55 ° C (131 ° F) | |||||||||
95% | 86 ° F (30 ° C) | 93 ° F (34 ° C) | 100 ° F (38 ° C) | 108 ° F (42 ° C) | 117 ° F (47 ° C) | 53 ° C (127 ° F) | ||||||||||
100% | 87 ° F (31 ° C) | 95 ° F (35 ° C) | 103 ° F (39 ° C) | 44 ° C (112 ° F) | 49 ° C (121 ° F) | 56 ° C (132 ° F) |
Například pokud je teplota vzduchu 36 ° C (96 ° F) a relativní vlhkost 65%, index tepla je 49 ° C (120 ° F)
Účinky tepelného indexu (hodnoty stínu)
Celsia | Poznámky |
---|---|
26–32 ° C | Pozor: při dlouhodobé expozici a aktivitě je možná únava. Pokračující aktivita může mít za následek tepelné křeče. |
32–41 ° C | Extrémní opatrnost: jsou možné křeče a vyčerpání z tepla. Pokračující aktivita může vést k úpalu. |
41–54 ° C | Nebezpečí: jsou pravděpodobně křeče a vyčerpání z tepla; úpal je pravděpodobný při pokračující činnosti. |
nad 54 ° C | Extrémní nebezpečí: bezprostředně hrozí úpal. |
Vystavení plnému slunečnímu záření může zvýšit hodnoty indexu tepla až o 8 ° C (14 ° F).[11]
Vzorec
Existuje mnoho vzorců navržených k přiblížení původních tabulek od Steadmana. Anderson a kol. (2013),[12] NWS (2011), Jonson a Long (2004) a Schoen (2005) mají menší zbytky v tomto pořadí. První dva jsou množinou polynomů, ale třetí je podle jediného vzorce s exponenciálními funkcemi.
Níže uvedený vzorec přibližuje teplotní index ve stupních Fahrenheita s přesností ± 0,7 ° C (± 1,3 ° F). Je to výsledek vícerozměrného přizpůsobení (teplota 27 ° C nebo vyšší a relativní vlhkost 40% nebo více) na model lidského těla.[1][13] Tato rovnice reprodukuje výše uvedenou tabulku národní meteorologické služby NOAA (kromě hodnot při 90 ° F (32 ° C) a relativní vlhkosti vzduchu 45% / 70% se liší bezohledně o méně než ± 1).
kde
- HI = index tepla (ve stupních Fahrenheita)
- T = okolní teplota suchého teploměru (ve stupních Fahrenheita)
- R = relativní vlhkost (procentuální hodnota mezi 0 a 100)
Následující koeficienty lze použít ke stanovení tepelného indexu, když je teplota uvedena ve stupních Celsia, kde
- HI = index tepla (ve stupních Celsia)
- T = okolní teplota suchého teploměru (ve stupních Celsia)
- R = relativní vlhkost (procentuální hodnota mezi 0 a 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
Alternativní sada konstant pro tuto rovnici, která je v rozmezí ± 3 ° F (1,7 ° C) od hlavní tabulky NWS pro všechny vlhkosti od 0 do 80% a všechny teploty mezi 21 a 46 ° C a 70 až 115 ° F všechny teplotní indexy pod 150 ° F (66 ° C) jsou:
Další alternativou je toto:[14]
kde
Například při použití tohoto posledního vzorce s teplotou 90 ° F (32 ° C) a relativní vlhkostí (RH) 85% bude výsledek: Tepelný index pro 90 ° F, RH 85% = 114,9.
Viz také
- Zdánlivá teplota
- Tepelná pohoda § Souhra teploty a vlhkosti
- Humidex
- Teplota vlhkého teploměru
- Větrný chlad
Reference
- ^ A b C d Steadman, R. G. (červenec 1979). „Posouzení dusnosti. Část I: Index teploty a vlhkosti založený na lidské fyziologii a vědě o oděvech“. Journal of Applied Meteorology. 18 (7): 861–873. Bibcode:1979JApMe..18..861S. doi:10.1175 / 1520-0450 (1979) 018 <0861: TAOSPI> 2.0.CO; 2.
- ^ Steadman, R. G. (červenec 1979). „Posouzení dusnosti. Část II: Účinky větru, mimořádného záření a barometrického tlaku na zdánlivou teplotu“. Journal of Applied Meteorology. 18 (7): 874–885. Bibcode:1979JApMe..18..874S. doi:10.1175 / 1520-0450 (1979) 018 <0874: TAOSPI> 2.0.CO; 2.
- ^ Jak zjistí index tepla? - Daniel Engber - časopis o břidlicích
- ^ „Jarní a letní nebezpečí“. Změny prostředí a klimatu. Vláda Kanady. Citováno 2016-09-22.
- ^ A b C Kalkulačka tepelného indexu a převodní tabulka z iWeatherNet
- ^ Heat Index Campbell Scientific Inc. Archivováno 2010-05-25 na Wayback Machine (Soubor PDF), CampbellSci.com.
- ^ Tepelný index z národní meteorologické služby. „vystavení plnému slunci může zvýšit hodnoty indexu tepla až o 15 ° F.“
- ^ „Toto saúdské město by mohlo brzy čelit nebývalým a necitlivým teplotám“. Business Insider. Citováno 2017-07-20.
- ^ Sherwood, SC; Huber, M. (25. května 2010). „Limit přizpůsobivosti změně klimatu v důsledku tepelného stresu“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 107 (21): 9552–5. Bibcode:2010PNAS..107 9552S. doi:10.1073 / pnas.0913352107. PMC 2906879. PMID 20439769.
- ^ Dunne, John P .; Stouffer, Ronald J .; John, Jasmin G. (2013). „Tepelný stres snižuje pracovní kapacitu při oteplování klimatu“. Laboratoř geofyzikální dynamiky tekutin. 3 (6): 563. Bibcode:2013NatCC ... 3..563D. doi:10.1038 / nclimate1827.
- ^ Tepelný index na webových stránkách národní meteorologické služby Spojených států v Pueblo, CO.
- ^ Anderson, G. Brooke; Bell, Michelle L .; Peng, Roger D. (2013). „Metody výpočtu tepelného indexu jako metriky expozice ve výzkumu zdraví a životního prostředí“. Perspektivy zdraví a životního prostředí. 121 (10): 1111–1119. doi:10,1289 / ehp.1206273. PMC 3801457. PMID 23934704.
- ^ Lans P. Rothfusz. „Tepelný index„ rovnice “(neboli„ více, než jste kdy chtěli vědět o tepelném indexu “), divize Scientific Services (ústředí jižního regionu NWS), 1. července 1990 [1]
- ^ Stull, Richard (2000). Meteorologie pro vědce a inženýry, druhé vydání. Brooks / Cole. p. 60. ISBN 9780534372149.
externí odkazy
- Popis chladu a zdánlivé teploty Vzorce v metrických jednotkách
- Kalkulačka tepelného indexu Vypočítá ° F i ° C
- Aktuální mapa hodnot globálního indexu tepla