Холодный ветер

Снижение температуры тела за счет прохождения потока воздуха более низкой температуры.

Значения индекса охлаждения ветром для диапазона температур и скоростей ветра взяты из стандартной формулы охлаждения ветром Министерства окружающей среды Канады.

Охлаждение ветром (обычно фактор охлаждения ветром ) — это ощущение холода, создаваемое ветром при заданной температуре окружающего воздуха на открытых участках кожи, поскольку движение воздуха ускоряет скорость передачи тепла от тела в окружающую атмосферу. Ее значения всегда ниже температуры воздуха в диапазоне, где справедлива формула. Когда кажущаяся температура выше температуры воздуха, вместо нее используется индекс тепла .

Объяснение

Поверхность теряет тепло посредством проводимости , испарения , конвекции и излучения . ^[1] Скорость конвекции зависит как от разницы температур между поверхностью и окружающей ее жидкостью, так и от скорости этой жидкости относительно поверхности. Поскольку конвекция от теплой поверхности нагревает воздух вокруг нее, на поверхности образуется изолирующий пограничный слой теплого воздуха. Движение воздуха разрушает этот пограничный слой или эпиклимат, позволяя более прохладному воздуху заменить теплый воздух на поверхности. Чем выше скорость ветра, тем быстрее охлаждается поверхность.

Альтернативные подходы

Существует множество формул для охлаждения ветром, поскольку, в отличие от температуры, охлаждение ветром не имеет общепринятого стандартного определения или измерения. Все формулы пытаются качественно предсказать влияние ветра на температуру, которую воспринимает человек . 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 Оллманом Сайплом и Чарльзом Ф. Пасселем, работавшими в Антарктике перед Второй мировой войной ^[2] и были предоставлены Национальной метеорологической службой к 1970-м годам. ^[2] Они основывались на скорости охлаждения небольшой пластиковой бутылки, когда ее содержимое превращалось в лед, когда она подвешивалась на ветру на крыше экспедиционной хижины, на том же уровне, что и анемометр . ^[2] Так называемый Индекс Windchill предоставил довольно хорошее представление о суровости погоды. ^[2]

В 1960-х годах об охлаждении ветром начали сообщать как об эквивалентной температуре охлаждения ветром (WCET), которая теоретически менее полезна. Автор этого изменения неизвестен, но это не был Сипл или Пассель, как принято считать. ^{[ нужна цитата ]} Сначала его определяли как температуру, при которой индекс охлаждения ветром был бы одинаковым при полном отсутствии ветра. Это привело к эквивалентным температурам, которые преувеличивали суровость погоды. Чарльз Иган ^[3] понял, что люди редко остаются неподвижными и что даже в штиль наблюдается некоторое движение воздуха. Он переопределил отсутствие ветра как скорость воздуха 1,8 метра в секунду (6,5 км / ч; 4,0 миль в час), что было примерно такой низкой скоростью ветра, которую мог измерить чашечный анемометр. Это привело к более реалистичным (более теплым) значениям эквивалентной температуры.

Оригинальная модель

Эквивалентная температура не использовалась повсеместно в Северной Америке до 21 века. До 1970-х годов в самых холодных частях Канады использовался первоначальный индекс ветра – трех- или четырехзначное число с единицами измерения – килокалории /час на квадратный метр. Каждый человек калибровал шкалу чисел лично, на основе опыта. В таблице также представлены общие рекомендации по комфорту и опасности посредством пороговых значений индекса, таких как 1400, что является порогом обморожения .

Исходная формула индекса была: ^{[4] [5]}

$${\displaystyle WCI=\left(10{\sqrt {v}}-v+10.5\right)\cdot \left(33-T_{\mathrm {a} }\right),}$$

• WCI = индекс охлаждения ветром, кг⋅кал/м ² /ч
• v = скорость ветра, м/с
• Т _а = температура воздуха, °С

Индекс охлаждения ветром в Северной Америке и Великобритании

В ноябре 2001 года Канада, США и Великобритания внедрили новый индекс охлаждения ветром, разработанный учеными и медицинскими экспертами Объединенной группы действий по температурным индексам (JAG/TI). ^{[6] [7] [8]} Он определяется путем итерации модели температуры кожи при различных скоростях и температурах ветра с использованием стандартных инженерных корреляций скорости ветра и скорости теплопередачи. Теплопередача была рассчитана для обнаженного лица на ветру, лицом к ветру, при движении по нему со скоростью 1,4 м/с (5,0 км/ч; 3,1 мили в час). Модель корректирует официально измеренную скорость ветра на скорость ветра на высоте лица, предполагая, что человек находится в открытом поле. ^[9] Результаты этой модели могут быть аппроксимированы с точностью до одной степени с помощью следующих формул.

Стандартная формула охлаждения ветром для Министерства окружающей среды Канады : ^[2]

$${\displaystyle T_{\mathrm {wc} }=13.12+0.6215T_{\mathrm {a} }-11.37v^{+0.16}+0.3965T_{\mathrm {a} }v^{+0.16},}$$

где T _wc — индекс охлаждения ветром, основанный на температурной шкале Цельсия; Т _а — температура воздуха в градусах Цельсия; v — скорость ветра на стандартной высоте анемометра 10 м (33 фута) , в километрах в час. ^[10]

Когда температура составляет -20 ° C (-4 ° F), а скорость ветра составляет 5 км/ч (3 мили в час), индекс охлаждения ветром равен -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 : ^{[11] [2]}

$${\displaystyle T_{\mathrm {wc} }=35.74+0.6215T_{\mathrm {a} }-35.75v^{+0.16}+0.4275T_{\mathrm {a} }v^{+0.16},}$$

где T _wc — индекс охлаждения ветром, по шкале Фаренгейта; Т _а — температура воздуха в градусах Фаренгейта; v — скорость ветра в милях в час. ^[12]

Температура ветра определяется только для температур не выше 10 °C (50 °F) и скорости ветра выше 4,8 км/ч (3,0 миль в час). ^[11]

Когда температура воздуха падает, охлаждающий эффект любого присутствующего ветра увеличивается. Например, ветер со скоростью 16 км/ч (10 миль в час) понизит видимую температуру в большей степени при температуре воздуха -20 °C (-4 °F), чем ветер той же скорости, если бы температура воздуха была −10 ° C (14 ° F).

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

WCET 2001 года представляет собой расчет стационарного состояния (за исключением оценок времени до обморожения). ^[13] Существуют важные аспекты охлаждения ветром, зависящие от времени, поскольку охлаждение происходит быстрее всего в начале любого воздействия, когда кожа еще теплая.

Видимая температура Австралии

Кажущаяся температура (AT), изобретенная в конце 1970-х годов, была разработана для измерения тепловых ощущений в помещениях. В начале 1980-х годов он был расширен, включив в него влияние солнца и ветра. Используемый здесь индекс AT основан на математической модели взрослого человека, гуляющего на свежем воздухе в тени (Стедман, 1994). AT определяется как температура на эталонном уровне влажности, вызывающая такой же дискомфорт, как и при текущей температуре и влажности окружающей среды. ^[14]

Формула ^[15] :

$${\displaystyle \mathrm {AT} =T_{\mathrm {a} }+0.33e-0.7v-4.00,}$$

где:

• T _a — температура по сухому термометру (°C)
• e — давление водяного пара (гПа).
• v — скорость ветра (м/с) на высоте 10 м (33 фута).

Давление пара можно рассчитать по температуре и относительной влажности по уравнению:

$${\displaystyle e={\frac {\mathrm {RH} }{100}}\cdot 6.105\cdot \exp {\left({\frac {17.27\cdot T_{\mathrm {a} }}{237.7+T_{\mathrm {a} }}}\right)},}$$

где:

• T _a — температура по сухому термометру (°C)
• RH — относительная влажность (%)
• exp представляет показательную 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 уровень влажности также низкий. Версия AT для жаркой погоды (1984 г.) используется Национальной метеорологической службой США. В Соединенных Штатах эта простая версия AT известна как индекс тепла .

Рекомендации

1. Винсент Дж. Шефер; Джон А. Дэй; Джей Пасачофф (1998). Полевое руководство по атмосфере. Хоутон Миффлин Харкорт. ISBN 0-395-97631-6.
2. Козловски, Розанн (30 марта 2020 г.). «Как рассчитать коэффициент охлаждения ветром». science.com . Проверено 5 октября 2021 г.
3. Иган, К. (1964). Обзор исследований по военным проблемам в холодных регионах. Под ред. К. Колба и Ф. Холстрома. ТДР-64-28. Арктик Аэромед. Лаб. стр. 147–156.
4. * Вудсон, Уэсли Э. (1981). Справочник по проектированию человеческого фактора , стр. 815. McGraw-Hill. ISBN 0-07-071765-6 
5. Аквацион 55, стр. 6-113.
6. «Окружающая среда Канады - Погода и метеорология - Канадский индекс охлаждения ветром» . Ec.gc.ca. _ Проверено 9 августа 2013 г.
7. «Метеорологические таблицы, ветер. Пресс-релиз, август 2001 г.». Национальная метеорологическая служба . Проверено 14 января 2013 г.
8. "Холод ветра". Погода BBC, Понимание погоды . Би-би-си. Архивировано из оригинала 11 октября 2010 года.
9. Ощевски, Рэндалл; Блюштейн, Морис (2005). «Новая диаграмма эквивалентной температуры при охлаждении ветром». Бюллетень Американского метеорологического общества . 86 (10): 1453–1458. Бибкод : 2005BAMS...86.1453O. дои : 10.1175/BAMS-86-10-1453 .
10. «Расчет климатических норм для Канады с 1971 по 2000 год». Climate.weatheroffice.gc.ca. 10 июля 2013 г. Архивировано из оригинала 27 июня 2013 г. Проверено 9 августа 2013 г.
11. «Индекс охлаждения ветром NWS». Weather.gov. 17 декабря 2009 г. Архивировано из оригинала 18 сентября 2011 г. Проверено 9 августа 2013 г.
12. «Диаграмма холода, основанная на этой формуле» . Weather.gov. 17 декабря 2009 г. Проверено 13 апреля 2017 г.
13. Тикуисис, Питер; Ощевски, Рэндалл Дж. (2003). «Охлаждение лица при воздействии холодного воздуха». Бюллетень Американского метеорологического общества . 84 (7): 927–933. Бибкод : 2003BAMS...84..927T. дои : 10.1175/BAMS-84-7-927.
14. «Кажущаяся температура (AT) - Индекс тепла» . Бюро метеорологии, Австралия . Bom.gov.au. 05 февраля 2010 г. Проверено 01 августа 2018 г.
15. «Формула кажущейся температуры» . Бюро метеорологии, Австралия . Bom.gov.au. 05 февраля 2010 г. Проверено 9 августа 2013 г.

Внешние ссылки

• Национальный центр атмосферных исследований Таблица температур охлаждения ветром в градусах Цельсия и Фаренгейта
• Текущая карта глобальных значений охлаждения ветром
• Калькулятор охлаждения ветром в Национальной метеорологической службе США