Värmeindex

Värmeindex ( HI ) är ett index som kombinerar lufttemperatur och relativ luftfuktighet , i skuggade områden, för att ange en mänskligt upplevd ekvivalent temperatur, som hur varmt det skulle kännas om luftfuktigheten var något annat värde i skuggan. Resultatet är också känt som "upplevd lufttemperatur", " skenbar temperatur ", "riktig känsla" eller "känsla som". Till exempel, när temperaturen är 32 °C (90 °F) med 70 % relativ luftfuktighet, är värmeindexet 41 °C (106 °F). Luftfuktigheten där värmeindexet känns som sig självt lämnas vanligtvis ostat. Värmeindexexemplet i detta fall, 41°C, känns som 41°C endast när luftfuktigheten är 21%.

Människokroppen kyler sig normalt genom svett eller svettning. Värme avlägsnas från kroppen genom att svetten förångas . Hög relativ luftfuktighet minskar dock avdunstningshastigheten. Detta resulterar i en lägre hastighet av värmeavlägsnande från kroppen, därav känslan av att vara överhettad. Denna effekt är subjektiv, med olika individer som uppfattar värme olika av olika anledningar (såsom skillnader i kroppsform, metabola skillnader, skillnader i hydrering, graviditet , klimakteriet , effekter av droger eller drogabstinens ); dess mätning har baserats på subjektiva beskrivningar av hur heta motiv känns för en given temperatur och luftfuktighet. Detta resulterar i ett värmeindex som relaterar en kombination av temperatur och luftfuktighet till en annan.

Eftersom värmeindexet är baserat på temperaturer i skuggan, medan människor ofta rör sig över soliga områden, kan värmeindexet ge en mycket lägre temperatur än faktiska förhållanden för typiska utomhusaktiviteter. Dessutom, för personer som tränar eller är aktiva vid den tiden, kan värmeindexet ge en temperatur som är lägre än filtförhållandena.

Historia

Värmeindexet utvecklades 1979 av Robert G. Steadman. Liksom vindkylningsindexet innehåller värmeindexet antaganden om människans kroppsmassa och längd, kläder, mängd fysisk aktivitet, individuell värmetolerans, exponering för solljus och ultraviolett strålning samt vindhastigheten. Betydande avvikelser från dessa kommer att resultera i värmeindexvärden som inte exakt reflekterar den upplevda temperaturen.

I Kanada används liknande humidex (en kanadensisk innovation som introducerades 1965) i stället för värmeindex. Medan både humidex och värmeindex beräknas med hjälp av daggpunkt, använder humidex en daggpunkt på 7 °C (45 °F) som bas, medan värmeindex använder en daggpunktsbas på 14 °C (57 °F) ). Vidare använder värmeindexet värmebalansekvationer som står för många andra variabler än ångtrycket, som uteslutande används i humidex-beräkningen. En gemensam kommitté bildat av USA och Kanada för att lösa meningsskiljaktigheter har sedan dess upplösts.

Definition

Värmeindexet för en given kombination av ( torrbulb ) temperatur och fuktighet definieras som torrbulbtemperaturen som skulle kännas likadant om vattenångtrycket var 1,6 kPa . Citerar Steadman, "Således, till exempel, en skenbar temperatur på 24 °C (75 °F) hänvisar till samma nivå av kvavhet och samma krav på kläder, som en torrtemperatur på 24 °C (75 °F) med ett ångtryck på 1,6 kPa."

Detta ångtryck motsvarar till exempel en lufttemperatur på 29 °C (84 °F) och en relativ luftfuktighet på 40 % i havsnivåns psykrometriska diagram , och i Steadmans tabell vid 40 % RH är den skenbara temperaturen lika med den verkliga temperaturen mellan 26–31 °C (79–88 °F). Vid standardatmosfärstryck (101,325 kPa) motsvarar denna baslinje också en daggpunkt på 14 °C (57 °F) och ett blandningsförhållande på 0,01 (10 g vattenånga per kilogram torr luft).

Ett givet värde på relativ luftfuktighet orsakar större ökningar av värmeindex vid högre temperaturer. Till exempel, vid cirka 27 °C (81 °F), kommer värmeindexet att överensstämma med den faktiska temperaturen om den relativa luftfuktigheten är 45 %, men vid 43 °C (109 °F), alla relativa luftfuktighetsvärden över 18 % kommer att göra värmeindexet högre än 43 °C .

Det har föreslagits att den beskrivna ekvationen endast är giltig om temperaturen är 27 °C (81 °F) eller mer. Den relativa fuktighetströskeln, under vilken en värmeindexberäkning kommer att returnera ett tal som är lika med eller lägre än lufttemperaturen (ett lägre värmeindex anses allmänt vara ogiltigt), varierar med temperaturen och är inte linjär. Tröskeln är vanligtvis satt till godtyckliga 40 %.

Värmeindexet och dess motsvarighet humidex tar båda endast hänsyn till två variabler, skuggtemperatur och luftfuktighet (fuktighet), vilket ger endast en begränsad uppskattning av termisk komfort . Ytterligare faktorer som vind, solsken och individuella klädval påverkar också upplevd temperatur; dessa faktorer parametriseras som konstanter i värmeindexformeln. Vinden antas till exempel vara 5 knop (9,3 km/h). Vind som passerar över våt eller svettig hud orsakar avdunstning och en vindkylningseffekt som värmeindexet inte mäter. Den andra viktiga faktorn är solsken; att stå i direkt solljus kan lägga till upp till 15 °F (8,3 °C) till den skenbara värmen jämfört med skugga. Det har gjorts försök att skapa en universell skenbar temperatur , såsom våt-bulb-klottemperaturen , "relativ utomhustemperatur", "känsla som" eller den egenutvecklade " RealFeel ".

Meteorologiska överväganden

Utomhus i öppna förhållanden, när den relativa luftfuktigheten ökar, utvecklas först dis och i slutändan ett tjockare molntäcke, vilket minskar mängden direkt solljus som når ytan. Således finns det ett omvänt förhållande mellan maximal potentiell temperatur och maximal potentiell relativ fuktighet. På grund av denna faktor trodde man en gång att den högsta värmeindex som faktiskt kan uppnås någonstans på jorden var ungefär 71 °C (160 °F). Men i Dhahran , Saudiarabien den 8 juli 2003, var daggpunkten 35 °C (95 °F) medan temperaturen var 42 °C (108 °F), vilket resulterade i ett värmeindex på 81 °C (178 °F) F).

Människokroppen kräver evaporativ kylning för att förhindra överhettning. Wet-bulb temperatur och Wet Bulb Globe Temperature används för att bestämma en kropps förmåga att eliminera överskottsvärme. En ihållande våt-bulb-temperatur på cirka 35 °C (95 °F) kan vara dödlig för friska människor; vid denna temperatur växlar våra kroppar från att avge värme till miljön till att få värme från den. Således är en våt glödlampstemperatur på 35 °C (95 °F) tröskeln över vilken kroppen inte längre kan kyla sig själv tillräckligt.

Värdetabell

Tabellen nedan är från US National Oceanic and Atmospheric Administration . Kolumnerna börjar vid 80 °F (27 °C), men det finns också en värmeindexeffekt vid 79 °F (26 °C) och liknande temperaturer när det är hög luftfuktighet.

NOAA nationell vädertjänst: värmeindex

Temperatur _ Relativ luftfuktighet	80 °F (27 °C)	82 °F (28 °C)	84 °F (29 °C)	86 °F (30 °C)	88 °F (31 °C)	90 °F (32 °C)	92 °F (33 °C)	94 °F (34 °C)	96 °F (36 °C)	98 °F (37 °C)	100 °F (38 °C)	102 °F (39 °C)	104 °F (40 °C)	106 °F (41 °C)	108 °F (42 °C)	110 °F (43 °C)
40 %	80 °F (27 °C)	81 °F (27 °C)	83 °F (28 °C)	85 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	91 °F (33 °C)	94 °F (34 °C)	97 °F (36 °C)	101 °F (38 °C)	105 °F (41 °C)	109 °F (43 °C)	114 °F (46 °C)	119 °F (48 °C)	124 °F (51 °C)	130 °F (54 °C)	136 °F (58 °C)
45 %	80 °F (27 °C)	82 °F (28 °C)	84 °F (29 °C)	87 °F (31 °C)	89 °F (32 °C)	93 °F (34 °C)	96 °F (36 °C)	100 °F (38 °C)	104 °F (40 °C)	109 °F (43 °C)	114 °F (46 °C)	119 °F (48 °C)	124 °F (51 °C)	130 °F (54 °C)	137 °F (58 °C)
50 %	81 °F (27 °C)	83 °F (28 °C)	85 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	91 °F (33 °C)	95 °F (35 °C)	99 °F (37 °C)	103 °F (39 °C)	108 °F (42 °C)	113 °F (45 °C)	118 °F (48 °C)	124 °F (51 °C)	131 °F (55 °C)	137 °F (58 °C)
55 %	81 °F (27 °C)	84 °F (29 °C)	86 °F (30 °C)	89 °F (32 °C)	93 °F (34 °C)	97 °F (36 °C)	101 °F (38 °C)	106 °F (41 °C)	112 °F (44 °C)	117 °F (47 °C)	124 °F (51 °C)	130 °F (54 °C)	137 °F (58 °C)
60 %	82 °F (28 °C)	84 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	91 °F (33 °C)	95 °F (35 °C)	100 °F (38 °C)	105 °F (41 °C)	110 °F (43 °C)	116 °F (47 °C)	123 °F (51 °C)	129 °F (54 °C)	137 °F (58 °C)
65 %	82 °F (28 °C)	85 °F (29 °C)	89 °F (32 °C)	93 °F (34 °C)	98 °F (37 °C)	103 °F (39 °C)	108 °F (42 °C)	114 °F (46 °C)	121 °F (49 °C)	128 °F (53 °C)	136 °F (58 °C)
70 %	83 °F (28 °C)	86 °F (30 °C)	90 °F (32 °C)	95 °F (35 °C)	100 °F (38 °C)	105 °F (41 °C)	112 °F (44 °C)	119 °F (48 °C)	126 °F (52 °C)	134 °F (57 °C)
75 %	84 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	92 °F (33 °C)	97 °F (36 °C)	103 °F (39 °C)	109 °F (43 °C)	116 °F (47 °C)	124 °F (51 °C)	132 °F (56 °C)
80 %	84 °F (29 °C)	89 °F (32 °C)	94 °F (34 °C)	100 °F (38 °C)	106 °F (41 °C)	113 °F (45 °C)	121 °F (49 °C)	129 °F (54 °C)
85 %	85 °F (29 °C)	90 °F (32 °C)	96 °F (36 °C)	102 °F (39 °C)	110 °F (43 °C)	117 °F (47 °C)	126 °F (52 °C)	135 °F (57 °C)
90 %	86 °F (30 °C)	91 °F (33 °C)	98 °F (37 °C)	105 °F (41 °C)	113 °F (45 °C)	122 °F (50 °C)	131 °F (55 °C)
95 %	86 °F (30 °C)	93 °F (34 °C)	100 °F (38 °C)	108 °F (42 °C)	117 °F (47 °C)	127 °F (53 °C)
100 %	87 °F (31 °C)	95 °F (35 °C)	103 °F (39 °C)	112 °F (44 °C)	121 °F (49 °C)	132 °F (56 °C)

        Nyckel till färger:   Varning   Extrem försiktighet   Fara   Extrem fara

Till exempel, om lufttemperaturen är 96 °F (36 °C) och den relativa luftfuktigheten är 65 %, är värmeindexet 121 °F (49 °C)

Effekter av värmeindex (skuggvärden)

Värmeindex för temperatur i °C med skuggade försiktighets-/riskområden

Celsius	Anteckningar
27–32 °C	Varning: trötthet är möjlig vid långvarig exponering och aktivitet. Fortsatt aktivitet kan resultera i värmekramper.
32–41 °C	Extrem försiktighet: värmekramper och värmeutmattning är möjliga. Fortsatt aktivitet kan resultera i värmeslag.
41–54 °C	Fara: värmekramper och värmeutmattning är sannolikt; värmeslag är troligt med fortsatt aktivitet.
över 54 °C	Extrem fara: värmeslag är överhängande.

Exponering för fullt solsken kan öka värmeindexvärdena med upp till 8 °C (14 °F).

Formel

Jämförelse av NWS värmeindexvärden (cirklar) med formeln approximation (kurvor). Håll muspekaren över en graf i SVG-filen för att markera den.

Det finns många formler utarbetade för att approximera de ursprungliga tabellerna av Steadman. Anderson et al. (2013), NWS (2011), Jonson och Long (2004) och Schoen (2005) har mindre rester i denna ordning. De två förstnämnda är en uppsättning polynom, men den tredje är av en enda formel med exponentialfunktioner.

Formeln nedan approximerar värmeindexet i grader Fahrenheit, inom ±1,3 °F (0,7 °C). Det är resultatet av en multivariat passform (temperatur lika med eller högre än 80 °F (27 °C) och relativ luftfuktighet lika med eller större än 40%) till en modell av människokroppen. Denna ekvation återger ovanstående NOAA National Weather Service-tabell (förutom att värdena vid 90 °F (32 °C) och 45 %/70 % relativ luftfuktighet varierar oavrundat med mindre än ±1 respektive).

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

var

• HI = värmeindex (i grader Fahrenheit)
• T = omgivningens torrtemperatur (i grader Fahrenheit)
• R = relativ luftfuktighet (procentvärde mellan 0 och 100)
• $${\begin{aligned}c_{1}&=-42.379,&c_{2}&=2.049\,015\,23,&c_{3}&=10.143\,331\,27,\\c_{ 4}&=-0.224\,755\,41,&c_{5}&=-6.837\,83\ gånger 10^{-3},&c_{6}&=-5.481\,717\ gånger 10^{- 2},\\c_{7}&=1.228\,74\times 10^{-3},&c_{8}&=8.5282\times 10^{-4},&c_{9}&=-1.99\times 10^{-6}.\end{aligned}}$$

Följande koefficienter kan användas för att bestämma värmeindex när temperaturen anges i grader Celsius, där

• HI = värmeindex (i grader Celsius)
• T = omgivningens torrtemperatur (i grader Celsius)
• R = relativ luftfuktighet (procentvärde mellan 0 och 100)

$${\begin{aligned}c_{1}&=-8.784\,694\,755\,56,&c_{2}&=1.611\,394\,11,&c_{3}&=2.338\, 548\,838\,89,\\c_{4}&=-0.146\,116\,05,&c_{5}&=-0.012\,308\,094,&c_{6}&=-0.016\, 424\,827\,7778,\\c_{7}&=2.211\,732\times 10^{-3},&c_{8}&=7.2546\times 10^{-4},&c_{9}& =-3,582\ gånger 10^{-6}.\end{aligned}}$$

En alternativ uppsättning konstanter för denna ekvation som ligger inom ±3 °F (1,7 °C) från NWS-huvudtabellen för alla luftfuktigheter från 0 till 80 % och alla temperaturer mellan 70 och 115 °F (21–46 °C) och alla värmeindex under 150 °F (66 °C) är:

$${\begin{aligned}c_{1}&=0.363\,445\,176,&c_ {2}&=0.988\,622\,465,&c_{3}&=4.777\,114\,035,\\c_{4}&=-0.114\,037\,667,&c_{5}&= -8.502\,08\ gånger 10^{-4},&c_{6}&=-2.071\,6198\ gånger 10^{-2},\\c_{7}&=6.876\,78\ gånger 10^ {-4},&c_{8}&=2.749\,54\times 10^{-4},&c_{9}&=0.\end{aligned}}$$

Ytterligare ett alternativ är detta:

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

var

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

Om du till exempel använder den sista formeln, med en temperatur på 90 °F (32 °C) och en relativ luftfuktighet (RH) på 85 %, skulle resultatet bli: Värmeindex för 90 °F, RH 85 % = 114,9.

Begränsningar

Värmeindexet fungerar inte bra under extrema förhållanden, som övermättnad av luft - när luften är mer än 100 % mättad med vatten. David Romps, fysiker och klimatforskare vid University of California, Berkeley och hans doktorand Yi-Chuan Lu, fann att värmeindexet underskattade svårighetsgraden av intensiva värmeböljor, som 1995 års Chicago värmebölja . Andra problem med värmeindexet inkluderar otillgänglighet av exakta fuktighetsdata i många geografiska regioner, antagandet att personen är frisk och har lätt tillgång till vatten och skugga.

Se även

• Synbar temperatur
• Termisk komfort § Samspel mellan temperatur och luftfuktighet
• Humidex
• Våt-bulb temperatur
• Vindens kyleffekt

externa länkar

• Beskrivning av vindkyla & skenbar temperatur formler i metriska enheter
• Värmeindexkalkylator Beräknar både °F och °C
• Aktuell karta över globala värmeindexvärden