Индекс тепла

Влажность и гигрометрия
Конкретные концепции
Абсолютный  / Конкретный  / Относительный 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 Водная активность Индикатор H. карта Гигрометр Температура сухого / влажного термометра
v т е

Индекс жары ( HI ) - это индекс, который объединяет температуру воздуха и относительную влажность в затененных областях, чтобы установить эквивалентную температуру, воспринимаемую человеком, как то, насколько жарко было бы, если бы влажность была другим значением в тени. Результат также известен как «ощущаемая температура воздуха», « кажущаяся температура », «настоящее ощущение» или «ощущение как». Например, при температуре 32 ° C (90 ° F) при относительной влажности 70% тепловой индекс составляет 41 ° C (106 ° F).

Человеческое тело обычно охлаждается при потоотделении или потоотделении. Тепло уходит от тела за счет испарения пота. Однако высокая относительная влажность снижает скорость испарения. Это приводит к снижению скорости отвода тепла от тела и, следовательно, к ощущению перегрева. Этот эффект субъективен, так как разные люди по-разному воспринимают тепло по разным причинам (например, различия в форме тела, метаболические различия, различия в гидратации, беременность , менопауза , эффекты лекарств и / или их отмена.); 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 индекс жары основан на температуре в тени, а люди часто перемещаются по солнечным местам, индекс жары может давать намного 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 [ править ]

Индекс жары был разработан в 1979 году Робертом Г. Стедманом. ^{[1] [2]} Как и индекс холода ветром, индекс тепла содержит допущения о массе и росте человеческого тела, одежде, физической активности, индивидуальной термостойкости, воздействии солнечного света и ультрафиолетового излучения, а также скорости ветра. Значительные отклонения от них приведут к значениям теплового индекса, которые не точно отражают воспринимаемую температуру. ^[3]

В Канаде аналогичный гумидекс (канадская инновация, введенная в 1965 г.) ^[4] используется вместо индекса жары. 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. Объединенный комитет ^{[ кто? ],} созданный Соединенными Штатами и Канадой для разрешения разногласий, с тех пор распущен. ^{[ необходима цитата ]}

Определение [ править ]

Тепловой индекс данной комбинации температуры (по сухому термометру ) и влажности определяется как температура по сухому термометру, которая ощущалась бы так 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 психрометрической диаграмме уровня моря , а в таблице Стедмана при относительной влажности 40% кажущаяся температура равна истинной температуре. между 26–31 ° C (79–88 ° F). При стандартном атмосферном давлении (101,325 кПа) эта базовая линия также соответствует точке росы 14 ° C (57 ° F) и соотношению компонентов 0,01 (10 г водяного пара на килограмм сухого воздуха). ^[1]

Заданное 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 тепла выше , чем 43 ° C . ^[5]

Было высказано предположение, что описанное уравнение действительно 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 обычно 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), таким образом обеспечивая лишь ограниченную оценку теплового комфорта . Дополнительные факторы, такие как ветер, солнечный свет и индивидуальный выбор одежды, также влияют на воспринимаемую температуру; эти факторы параметризуются как константы в формуле теплового индекса. Например, предполагается, что ветер будет 5 узлов (9,3 км / ч). ^[5] Ветер, проходящий по мокрой или потной коже, вызывает испарение и охлаждение ветром, которое не измеряется индексом тепла. 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 универсальную кажущуюся температуру , такую ​​как глобальная температура по влажному термометру , «относительная температура наружного воздуха», «ощущение как» или запатентованный « RealFeel ».

Метеорологические соображения [ править ]

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 приблизительно 71 ° C (160 ° F). Однако в Дахране , Саудовская Аравия, 8 июля 2003 г. точка росы составила 35 ° C (95 ° F), а температура - 42 ° C (108 ° F), в результате чего тепловой индекс составил 78 ° C (172 ° F). F). ^[8]

Человеческое тело требует испарительного охлаждения для предотвращения перегрева. Температура по влажному термометру и по влажному термометру Глобы температуры используются , чтобы определить способность тела для устранения избыточного 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 [ править ]

Приведенная ниже таблица предоставлена Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США . Колонки начинаются при 80 ° F (27 ° C), но также наблюдается эффект теплового индекса при 79 ° F (26 ° C) и аналогичных температурах при высокой влажности.

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 оттенков) [ править ]

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

Формула [ править ]

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 приближает 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 90 ° F (32 ° C) и относительной влажности 45% / 70% различаются на менее чем ± 1, соответственно).

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

куда

HI = тепловой индекс (в градусах Фаренгейта)

T = температура окружающей среды по сухому термометру (в градусах Фаренгейта)

R = 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)

T = температура окружающей среды по сухому термометру (в градусах Цельсия)

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

• с ₁ = -8,78469475556
• с ₂ = 1,61139411
• с ₃ = 2,33854883889
• с ₄ = -0,14611605
• с ₅ = -0,012308094
• с ₆ = -0,0164248277778
• с ₇ = 0,002211732
• с ₈ = 0,00072546
• с ₉ = -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]

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

куда

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

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.

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

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