Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из фактора охлаждения ветром )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о метеорологическом эффекте «холода ветром». Для использования в других целях, см Холодный ветер (значения) .
График значений охлаждения ветром для заданной температуры воздуха и скорости ветра

Охлаждение ветром или охлаждение ветром (обычно фактор охлаждения ветром ) - это понижение температуры тела из-за проходящего потока воздуха с более низкой температурой.

Показатели охлаждения ветром всегда ниже температуры воздуха для значений, при которых формула действительна. Когда кажущаяся температура выше, чем температура воздуха, вместо нее используется индекс тепла .

Объяснение [ править ]

Поверхность теряет тепло из-за теплопроводности , испарения , конвекции и излучения . [1] Скорость конвекции зависит как от разницы температур между поверхностью и окружающей ее жидкостью, так и от скорости этой жидкости по отношению к поверхности. Поскольку конвекция от теплой поверхности нагревает воздух вокруг нее, на поверхности образуется изолирующий пограничный слой теплого воздуха. Движущийся воздух разрушает этот пограничный слой или эпиклимат, позволяя более холодному воздуху заменить теплый воздух на поверхности. Чем выше скорость ветра, тем быстрее остывает поверхность.

Альтернативные подходы [ править ]

Существует множество формул для охлаждения ветром, потому что, в отличие от температуры, охлаждение ветром не имеет общепринятого стандартного определения или измерения. Все формулы пытаются качественно предсказать влияние ветра на воспринимаемую человеком температуру . Метеорологические службы в разных странах используют стандарты, уникальные для их страны или региона; например, метеорологические службы США и Канады используют модель, принятую Национальной метеорологической службой . Эта модель развивалась с течением времени.

Первые формулы и таблицы охлаждения ветром были разработаны Полом Аллманом Сиплом и Чарльзом Ф. Пасселем, работавшими в Антарктике до Второй мировой войны , и были предоставлены Национальной метеорологической службой к 1970-м годам. Они основывались на скорости охлаждения небольшой пластиковой бутылки, когда ее содержимое превращалось в лед, когда она была подвешена на ветру на крыше экспедиционной хижины на том же уровне, что и анемометр . Так называемый индекс Windchill Index довольно хорошо показывает суровость погоды.

В 1960-х годах об охлаждении ветром начали сообщать как об эквивалентной температуре охлаждения ветром (WCET), что теоретически менее полезно. Автор этого изменения неизвестен, но это был не Сипл или Пассель, как принято считать. [ необходима цитата ] Сначала это определялось как температура, при которой индекс ветрового охлаждения будет таким же при полном отсутствии ветра. Это привело к эквивалентным температурам, которые преувеличивали суровость погоды. Чарльз Иган [2]поняла, что люди редко бывают неподвижными и что даже когда было тихо, было некоторое движение воздуха. Он переопределил отсутствие ветра как скорость воздуха 1,8 метра в секунду (6,5 км / ч; 4,0 мили в час), что было примерно такой низкой скоростью, которую мог измерить чашечный анемометр. Это привело к более реалистичным (более теплым) значениям эквивалентной температуры.

Исходная модель [ править ]

Эквивалентная температура не использовалась повсеместно в Северной Америке до 21 века. До 1970-х годов в самых холодных частях Канады был указан исходный индекс Wind Chill Index - трех- или четырехзначное число с единицей измерения килокалорий в час на квадратный метр. Каждый индивидуально откалибровал числовую шкалу на собственном опыте. Диаграмма также дает общее руководство по комфорту и опасности через пороговые значения индекса, например 1400, что является порогом обморожения .

Исходная формула для индекса была: [3] [4]

где:

  • WCI = индекс охлаждения ветром, кг * кал / м 2 / ч
  • v = скорость ветра, м / с
  • T a = температура воздуха, ° C

Индекс охлаждения ветром в Северной Америке и Соединенном Королевстве [ править ]

В ноябре 2001 года Канада, США и Великобритания ввели новый индекс охлаждения ветром, разработанный учеными и медицинскими экспертами из Группы совместных действий по индексам температуры (JAG / TI). [5] [6] [7] Он определяется путем повторения модели температуры кожи при различных скоростях и температурах ветра с использованием стандартных инженерных корреляций скорости ветра и скорости теплопередачи. Теплопередача была рассчитана для голого лица на ветру, лицом к ветру, при входе в него со скоростью 1,4 метра в секунду (5,0 км / ч; 3,1 мили в час). Модель корректирует официально измеренную скорость ветра на скорость ветра на уровне лица, предполагая, что человек находится в открытом поле. [8] Результаты этой модели могут быть аппроксимированы с точностью до одной степени по следующей формуле:

Стандартная формула охлаждения ветром для Environment Canada:

где T wc - индекс охлаждения ветром, основанный на шкале температур Цельсия; T a - температура воздуха в градусах Цельсия; и v - скорость ветра на стандартной высоте анемометра 10 м (33 фута) , в километрах в час. [9]

Когда температура составляет -20 ° C (-4 ° F), а скорость ветра составляет 5 км / ч (3,1 мили в час), индекс охлаждения ветром составляет -24. Если температура остается на уровне -20 ° C, а скорость ветра увеличивается до 30 км / ч (19 миль в час), индекс охлаждения ветром падает до -33.

Эквивалентная формула в обычных единицах США : [10]

где T wc - индекс охлаждения ветром по шкале Фаренгейта; T a - температура воздуха в градусах Фаренгейта, а v - скорость ветра в милях в час. [11]

Температура Windchill определяется только для температур не выше 10 ° C (50 ° F) и скорости ветра выше 4,8 км в час (3,0 мили в час). [10]

По мере того, как температура воздуха падает, охлаждающий эффект любого присутствующего ветра усиливается. Например, ветер со скоростью 16 км / ч (9,9 миль / ч) снизит видимую температуру с большим запасом при температуре воздуха -20 ° C (-4 ° F), чем ветер такой же скорости, если бы температура воздуха были -10 ° C (14 ° F).

  • График степени охлаждения ветром для скорости ветра и температуры воздуха

    Индекс охлаждения ветром по Цельсию

  • Сравнение старых и новых значений охлаждения ветром при −15 ° C (5 ° F)

  • Калькулятор охлаждения ветром

WCET 2001 года является расчетом в установившемся режиме (за исключением оценок времени до обморожения). [12] Охлаждение ветром имеет важные зависящие от времени аспекты, поскольку охлаждение происходит наиболее быстро в начале любого воздействия, когда кожа еще теплая.

Кажущаяся температура в Австралии [ править ]

Кажущаяся температура (AT), изобретенная в конце 1970-х годов, была разработана для измерения тепловых ощущений в домашних условиях. В начале 1980-х он был расширен, чтобы включить влияние солнца и ветра. Используемый здесь индекс AT основан на математической модели взрослого человека, гуляющего на улице в тени (Steadman 1994). AT определяется как; температура на эталонном уровне влажности, вызывающая такой же дискомфорт, как и при текущей температуре и влажности окружающей среды.[13]

Формула [14] :

где:

  • T a = температура по сухому термометру (° C)
  • e = давление водяного пара (гПа)
  • v = скорость ветра (м / с) на высоте 10 м

Давление пара можно рассчитать по температуре и относительной влажности, используя уравнение:

Где:

T a = температура по сухому термометру (° C)
RH = относительная влажность (%)
exp представляет экспоненциальную функцию

Австралийская формула включает важный фактор влажности и несколько более сложна, чем более простая североамериканская модель. Формула для Северной Америки была разработана для применения при низких температурах (до -46 ° C или -50 ° F), когда уровни влажности также низкие. Версия AT (1984) для жаркой погоды используется Национальной метеорологической службой США. В Соединенных Штатах этот простой вариант AT известен как тепловой индекс .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Винсент Дж. Шефер; Джон А. Дэй; Джей Пасачофф (1998). Полевой путеводитель по атмосфере . Houghton Mifflin Harcourt. ISBN 0-395-97631-6.
  2. ^ Иган, С. (1964). Обзор исследований военных проблем в холодных регионах. К. Колб и Ф. Холстром ред. TDR-64-28. Арктический Аэромед. Лаборатория. С. 147–156.
  3. ^ * Вудсон, Уэсли Э. (1981). Справочник по дизайну человеческого фактора , стр. 815. McGraw-Hill. ISBN 0-07-071765-6 
  4. ^ Aquation 55, страницы 6-113
  5. ^ «Окружающая среда Канады - Погода и метеорология - Индекс холода ветра Канады» . Ec.gc.ca . Проверено 9 августа 2013 .
  6. ^ "Метеорологические таблицы, охлаждение ветром. Август 2001 г. Пресс-релиз:" . Национальная метеорологическая служба . Проверено 14 января 2013 года .
  7. ^ "Wind Chill" . BBC Weather, Понимание погоды . BBC. Архивировано из оригинального 11 октября 2010 года.
  8. ^ Osczevski, Randall; Блюстейн, Морис (2005). «Новая диаграмма эквивалентной температуры охлаждения ветром» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 86 (10): 1453–1458. Bibcode : 2005BAMS ... 86.1453O . DOI : 10.1175 / BAMS-86-10-1453 .
  9. ^ «Расчет климатических норм с 1971 по 2000 год для Канады» . Climate.weatheroffice.gc.ca. 2013-07-10. Архивировано из оригинала на 2013-06-27 . Проверено 9 августа 2013 .
  10. ^ a b "Индекс охлаждения ветром NWS" . Weather.gov. 2009-12-17. Архивировано из оригинала на 2011-09-18 . Проверено 9 августа 2013 .
  11. ^ "График ветряных мельниц, основанный на этой формуле" . Weather.gov. 2009-12-17 . Проверено 13 апреля 2017 .
  12. ^ Tikuisis, Питер; Осцевски, Рэндалл Дж. (2003). «Охлаждение лица при воздействии холодного воздуха». Бюллетень Американского метеорологического общества . 84 (7): 927–933. Bibcode : 2003BAMS ... 84..927T . DOI : 10.1175 / BAMS-84-7-927 .
  13. ^ «Кажущаяся температура (AT) - индекс жары» . Бюро метеорологии, Австралия . Bom.gov.au. 2010-02-05 . Проверено 1 августа 2018 .
  14. ^ «Формула кажущейся температуры» . Бюро метеорологии, Австралия . Bom.gov.au. 2010-02-05 . Проверено 9 августа 2013 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Национальный центр атмосферных исследований Таблица температур охлаждения ветром в градусах Цельсия и Фаренгейта
  • Калькулятор охлаждения ветром
  • Калькулятор охлаждения ветром на основе модели для Северной Америки и Великобритании
  • Индекс температуры холода при ветре Национальной метеорологической службы Таблица температур холода в градусах Фаренгейта с указанием времени обморожения
  • Онлайн калькулятор охлаждения ветром
  • Текущая карта глобальных значений охлаждения ветром