Индекс тепла ( HI ) — это индекс, который объединяет температуру воздуха и относительную влажность в затененных областях , чтобы определить эквивалентную температуру, воспринимаемую человеком, как то, насколько жарко было бы, если бы влажность имела какое-то другое значение в тени. Например, при температуре 32 °C (90 °F) и относительной влажности 70 % индекс тепла составляет 41 °C (106 °F) (см. таблицу ниже). Индекс тепла предназначен для описания температуры в тени, но не учитывает нагрев от прямых солнечных лучей, физическую активность или охлаждение от ветра.
Человеческое тело обычно охлаждается за счет испарения пота . Высокая относительная влажность снижает испарение и охлаждение, увеличивая дискомфорт и потенциальный тепловой стресс . Разные люди по-разному воспринимают тепло в зависимости от формы тела, обмена веществ, уровня гидратации, беременности или других физических условий. Измерение воспринимаемой температуры было основано на отчетах о том, как чувствуют себя горячие субъекты в контролируемых условиях температуры и влажности. Помимо индекса тепла, другие меры кажущейся температуры включают канадский гигроскоп , температуру по влажному термометру , «относительную температуру наружного воздуха» и запатентованную технологию « RealFeel ».
Индекс жары был разработан в 1979 году Робертом Г. Стедманом. [1] [2] Как и индекс охлаждения ветром , индекс жары содержит предположения о массе и росте человека, одежде, объеме физической активности, индивидуальной переносимости жары, воздействии солнечного света и ультрафиолетового излучения, а также скорости ветра. Значительные отклонения от этих значений приведут к получению значений индекса жары, которые неточно отражают воспринимаемую температуру. [3]
В Канаде вместо индекса тепла используется аналогичный увлажнитель (канадская инновация, введенная в 1965 году) [4] . Хотя и индекс влажности, и индекс тепла рассчитываются с использованием точки росы, для индекса влажности в качестве основы используется точка росы 7 °C (45 °F), тогда как для индекса тепла используется базовая точка росы 14 °C (57 °F). ). [ необходимо дальнейшее объяснение ] Кроме того, индекс тепла использует уравнения теплового баланса, которые учитывают многие переменные, помимо давления пара, которое используется исключительно при расчете влажности. Объединенный комитет [ кто? ] , созданная Соединенными Штатами и Канадой для разрешения разногласий, с тех пор была расформирована. [ нужна цитата ]
Индекс тепла для данной комбинации температуры ( по сухому термометру ) и влажности определяется 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 зноя 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 коэффициенту смешивания 0,01 (10 г водяного пара на килограмм сухого воздуха). [1]
Данное значение относительной влажности вызывает большее увеличение индекса тепла при более высоких температурах. Например, при температуре примерно 27 °C (81 °F) индекс тепла будет соответствовать фактической температуре, если относительная влажность составляет 45 %, а при 43 °C (109 F) любые показания относительной влажности превышают 18 %. поднимет индекс тепла выше 43 °C . [5]
Было высказано предположение, что описанное уравнение действительно только в том случае, если температура составляет 27 ° C (81 ° F) или более. [6] Порог относительной влажности, ниже которого расчет индекса тепла возвращает число, равное или меньшее температуры воздуха (более низкий индекс тепла обычно считается недействительным), зависит от температуры и не является линейным. Порог обычно устанавливается на произвольном уровне 40%. [5]
Индекс тепла и его аналог гигрэкс учитывают только две переменные: температуру тени и влажность воздуха (влажность), таким образом обеспечивая лишь ограниченную оценку теплового комфорта . Дополнительные факторы, такие как ветер, солнечный свет и индивидуальный выбор одежды, также влияют на восприятие температуры; эти факторы параметризуются как константы в формуле индекса жары. Например, предполагается, что скорость ветра составляет 5 узлов (9,3 км/ч). [5] Ветер, проходящий над мокрой или потной кожей, вызывает испарение и эффект охлаждения ветром , который не измеряется индексом тепла. Другим важным фактором является солнечный свет; пребывание под прямыми солнечными лучами может добавить до 15 °F (8,3 °C) к кажущемуся теплу по сравнению с тенью. [7] Были попытки создать универсальную видимую температуру , такую как температура по влажному термометру , «относительная температура наружного воздуха», «по ощущениям» или запатентованная технология « RealFeel ».
На открытом воздухе, по мере увеличения относительной влажности, сначала развивается дымка и, в конечном итоге, более густая облачность, уменьшая количество прямых солнечных лучей, достигающих поверхности. Таким образом, существует обратная зависимость между максимальной потенциальной температурой и максимальной потенциальной относительной влажностью. Из-за этого фактора когда-то считалось, что максимально возможное значение индекса тепла где-либо на Земле составляло примерно 71 ° C (160 ° F). Однако в Дахране , Саудовская Аравия , 8 июля 2003 года точка росы составляла 35 °C (95 °F), а температура — 42 °C (108 °F), в результате чего индекс тепла составил 81 °C (178 °F). Ф). [8]
Человеческому телу требуется испарительное охлаждение, чтобы предотвратить перегрев. Температура по влажному термометру и температура по влажному термометру используются для определения способности организма выделять избыточное тепло. Устойчивая температура по влажному термометру около 35 ° C (95 ° F) может быть смертельной для здоровых людей; при этой температуре наши тела переключаются с отдачи тепла в окружающую среду на получение тепла от нее. [9] Таким образом, температура по влажному термометру 35 °C (95 °F) — это порог, за которым тело больше не может адекватно охлаждаться. [10]
Таблица ниже предоставлена Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США . Колонки начинаются с температуры 80 °F (27 °C), но существует также эффект индекса тепла 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 %, индекс тепла составит 121 °F (49 °C).
Воздействие яркого солнечного света может увеличить значения индекса тепла до 8 °C (14 °F). [11]
Существует множество формул, разработанных для аппроксимации исходных таблиц Стедмана. Андерсон и др. (2013), [12] NWS (2011), Джонсон и Лонг (2004) и Шон (2005) имеют меньшие остатки в этом порядке. Первые два представляют собой набор многочленов, а третий — по одной формуле с показательными функциями.
Приведенная ниже формула аппроксимирует индекс тепла в градусах Фаренгейта с точностью до ± 1,3 ° F (0,7 ° C). Это результат многомерной подгонки (температура равна или выше 80 ° F (27 ° C) и относительная влажность равна или выше 40%) модели человеческого тела. [1] [13] Это уравнение воспроизводит приведенную выше таблицу Национальной метеорологической службы NOAA (за исключением того, что значения при температуре 90 °F (32 °C) и относительной влажности 45%/70% изменяются без округления менее чем на ±1 соответственно).
Следующие коэффициенты можно использовать для определения индекса тепла, когда температура задана в градусах Цельсия, где
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 индексы ниже 150 °F (66 °C):
Индекс тепла плохо работает в экстремальных условиях, таких как перенасыщение воздуха, когда воздух более чем на 100% насыщен водой. Дэвид Ромпс, физик и ученый-климатолог из Калифорнийского университета в Беркли, и его аспирант И-Чуан Лу обнаружили, что индекс жары недооценивает серьезность сильных волн тепла, таких как волна тепла в Чикаго в 1995 году . Другие проблемы с индексом жары включают отсутствие точных данных о влажности во многих географических регионах, предположение о том, что человек здоров, и предположение о том, что у него легкий доступ к воде и тени. [15]
