Охлаждение ветром (обычно фактор охлаждения ветром ) — это ощущение холода, создаваемое ветром при заданной температуре окружающего воздуха на открытой коже, поскольку движение воздуха ускоряет скорость передачи тепла от тела в окружающую атмосферу. Его значения всегда ниже температуры воздуха в диапазоне, где формула действительна. Когда кажущаяся температура выше температуры воздуха, вместо нее используется индекс тепла .
Поверхность теряет тепло через теплопроводность , испарение , конвекцию и излучение . [1] Скорость конвекции зависит как от разницы температур между поверхностью и окружающей ее жидкостью, так и от скорости этой жидкости относительно поверхности. Поскольку конвекция [ необходимо уточнение ] от теплой поверхности нагревает воздух вокруг нее, у поверхности образуется изолирующий пограничный слой теплого воздуха. Движущийся воздух нарушает этот пограничный слой, или эпиклимат, унося теплый воздух, тем самым позволяя более холодному воздуху заменить теплый воздух у поверхности и увеличивая разницу температур в пограничном слое. Чем выше скорость ветра, тем легче охлаждается поверхность. [ необходима цитата ] Вопреки распространенному мнению , охлаждение ветром не относится к тому, насколько холодными становятся вещи, и они будут охлаждаться только настолько, насколько холодна температура воздуха. Это означает, что радиаторы и трубы не могут замерзнуть, когда охлаждение ветром ниже нуля, а температура воздуха выше нуля. [2]
Существует множество формул для расчета ветроохлаждения, поскольку, в отличие от температуры, ветроохлаждение не имеет общепринятого стандартного определения или измерения. Все формулы пытаются качественно предсказать влияние ветра на воспринимаемую людьми температуру . Метеорологические службы разных стран используют стандарты, уникальные для своей страны или региона; например, метеорологические службы США и Канады используют модель, принятую Национальной метеорологической службой . Эта модель со временем претерпела изменения.
Первые формулы и таблицы ветроохлаждения были разработаны Полом Оллманом Сайплом и Чарльзом Ф. Пасселем, работавшими в Антарктике до Второй мировой войны, [3] и были предоставлены Национальной метеорологической службой к 1970-м годам. [3] Они были основаны на скорости охлаждения небольшой пластиковой бутылки, содержимое которой превращалось в лед, будучи подвешенным на ветру на крыше экспедиционной хижины на том же уровне, что и анемометр . [ 3] Так называемый индекс ветроохлаждения давал довольно хорошее представление о суровости погоды. [3]
В 1960-х годах охлаждение ветром начали сообщать как эквивалентную температуру охлаждения ветром (WCET), что теоретически менее полезно. Автор этого изменения неизвестен, но это не Сайпл или Пассель, как принято считать. [ требуется ссылка ] Сначала он определялся как температура, при которой индекс охлаждения ветром был бы таким же при полном отсутствии ветра. Это привело к эквивалентным температурам, которые преувеличивали суровость погоды. Чарльз Иган [4] понял, что люди редко бывают неподвижны и что даже когда все спокойно, есть 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 ветра, которую мог измерить чашечный анемометр. Это привело к более реалистичным (более теплым на слух) значениям эквивалентной температуры.
Эквивалентная температура не использовалась повсеместно в Северной Америке до 21 века. До 1970-х годов самые холодные части Канады сообщали об оригинальном индексе охлаждения ветром, трех- или четырехзначном числе с единицами измерения килокалорий /час на квадратный метр. Каждый человек калибровал шкалу чисел лично, на основе опыта. Таблица также давала общие указания по комфорту и опасности через пороговые значения индекса, например, 1400, что было порогом обморожения .
Первоначальная формула индекса была следующей: [5] [6]
где:
В ноябре 2001 года Канада, США и Великобритания ввели новый индекс охлаждения ветром, разработанный учеными и медицинскими экспертами из Joint Action Group for Temperature Indices (JAG/TI). [7] [8] [9] Он определяется путем итерации модели температуры кожи при различных скоростях ветра и температурах с использованием стандартных инженерных корреляций скорости ветра и скорости теплопередачи. Теплопередача рассчитывалась для непокрытого лица на ветру, лицом к ветру, при движении навстречу ветру со скоростью 1,4 м/с (5,0 км/ч; 3,1 мили в час). Модель корректирует официально измеренную скорость ветра до скорости ветра на высоте лица, предполагая, что человек находится на открытом поле. [10] Результаты этой модели могут быть аппроксимированы с точностью до одного градуса по следующим формулам.
Стандартная формула расчета ветро-охлаждения по данным Министерства охраны окружающей среды Канады выглядит следующим образом: [3]
где T wc — индекс охлаждения ветром, основанный на шкале температур Цельсия; T a — температура воздуха в градусах Цельсия; а v — скорость ветра на высоте 10 м (33 фута) стандартного анемометра , в километрах в час. [11]
При температуре −20 °C (−4 °F) и скорости ветра 5 км/ч (3 мили/ч) индекс охлаждения ветром равен −24. Если температура остается на уровне −20 °C, а скорость ветра увеличивается до 30 км/ч (19 миль/ч), индекс охлаждения ветром падает до −33.
Эквивалентная формула в единицах США : [12] [3]
где T wc — индекс охлаждения ветром, основанный на шкале Фаренгейта; T a — температура воздуха в градусах Фаренгейта; а v — скорость ветра в милях в час. [13]
Температура охлаждения ветром определяется только для температур не выше 10 °C (50 °F) и скорости ветра выше 4,8 км/ч (3,0 миль/ч). [12]
По мере снижения температуры воздуха охлаждающий эффект любого ветра увеличивается. Например, ветер со скоростью 16 км/ч (10 миль/ч) понизит кажущуюся температуру на большую величину при температуре воздуха −20 °C (−4 °F), чем ветер той же скорости при температуре воздуха −10 °C (14 °F).
Расчет WCET 2001 года является расчетом устойчивого состояния (за исключением оценок времени до обморожения). [14] Существуют значительные аспекты, зависящие от времени, в отношении охлаждения ветром, поскольку охлаждение происходит быстрее всего в начале любого воздействия, когда кожа еще теплая.
Кажущаяся температура (AT), изобретенная в конце 1970-х годов, была разработана для измерения термической чувствительности в условиях помещения. В начале 1980-х годов она была расширена, чтобы включить влияние солнца и ветра. Индекс AT, используемый здесь, основан на математической модели взрослого человека, идущего на улице в тени (Steadman 1994). AT определяется как температура при контрольном уровне влажности, вызывающая тот же уровень дискомфорта, что и при текущей температуре и влажности окружающей среды. [15]
Формула [16] имеет вид:
где:
Давление пара можно рассчитать по температуре и относительной влажности, используя уравнение:
где:
Австралийская формула включает важный фактор влажности и несколько сложнее, чем более простая североамериканская модель. Североамериканская формула была разработана для применения при низких температурах (до −46 °C или −50 °F), когда уровень влажности также низкий. Версия AT для жаркой погоды (1984) используется Национальной метеорологической службой в Соединенных Штатах. В Соединенных Штатах эта простая версия AT известна как индекс тепла .
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на май 2024 г. ( ссылка )
