chłód wiatru - Wind chill

Wykres wartości odczuwalnego wiatru dla danych temperatur powietrza i prędkości wiatru

Wind chill lub windchill (powszechnie czynnik odczuwalny przez wiatr ) to obniżenie temperatury ciała spowodowane przepływem powietrza o niższej temperaturze.

Liczby odczuwalne przez wiatr są zawsze niższe niż temperatura powietrza dla wartości, dla których wzór jest ważny. Gdy temperatura pozorna jest wyższa niż temperatura powietrza, zamiast tego stosowany jest wskaźnik ciepła .

Wyjaśnienie

Powierzchnia traci ciepło w wyniku przewodzenia , parowania , konwekcji i promieniowania . Szybkość konwekcji zależy zarówno od różnicy temperatur między powierzchnią a otaczającym ją płynem, jak i od prędkości tego płynu względem powierzchni. Ponieważ konwekcja z ciepłej powierzchni ogrzewa otaczające ją powietrze, na powierzchni tworzy się izolacyjna warstwa graniczna ciepłego powietrza. Poruszające się powietrze zaburza tę warstwę graniczną lub epiklimat, umożliwiając chłodniejszemu powietrzu zastępowanie ciepłego powietrza na powierzchni. Im większa prędkość wiatru, tym łatwiej powierzchnia się ochładza.

Alternatywne podejścia

Istnieje wiele wzorów określania temperatury odczuwanej przez wiatr, ponieważ w przeciwieństwie do temperatury, chłód wiatru nie ma powszechnie uzgodnionej standardowej definicji lub pomiaru. Wszystkie wzory próbują jakościowo przewidzieć wpływ wiatru na postrzeganą przez ludzi temperaturę . Usługi pogodowe w różnych krajach wykorzystują standardy unikalne dla ich kraju lub regionu; na przykład amerykańskie i kanadyjskie serwisy pogodowe stosują model zaakceptowany przez National Weather Service . Ten model ewoluował z biegiem czasu.

Pierwsze formuły i tabele chłód wiatru zostały opracowane przez Paula Allmana Siple'a i Charlesa F. Passela, którzy pracowali na Antarktydzie przed II wojną światową i zostały udostępnione przez National Weather Service w latach 70. XX wieku. Opierały się one na szybkości chłodzenia małej plastikowej butelki, której zawartość zamieniała się w lód, zawieszona na wietrze na dachu chaty ekspedycyjnej, na tym samym poziomie co anemometr . Tak zwany Windchill Index był całkiem dobrym wskaźnikiem surowości pogody.

W latach 60. odczuwanie temperatury odczuwanej przez wiatr zaczęto określać jako równoważną temperaturę odczuwalną przez wiatr (WCET), co jest teoretycznie mniej przydatne. Autor tej zmiany jest nieznany, ale nie był to Siple czy Passel, jak się powszechnie uważa. Początkowo zdefiniowano go jako temperaturę, w której wskaźnik odczuwania wiatru byłby taki sam przy całkowitym braku wiatru. Doprowadziło to do równoważnych temperatur, które wyolbrzymiały surowość pogody. Charles Eagan zdał sobie sprawę, że ludzie rzadko siedzą w bezruchu i nawet gdy było spokojnie, było trochę ruchu powietrza. Przedefiniował brak wiatru jako prędkość powietrza 1,8 metra na sekundę (6,5 km/h; 4,0 mil na godzinę), co było mniej więcej tak niską prędkością wiatru, jaką mógł zmierzyć anemometr kubkowy. Doprowadziło to do bardziej realistycznych (cieplej brzmiących) wartości równoważnej temperatury.

Oryginalny model

Temperatura równoważna nie była powszechnie stosowana w Ameryce Północnej aż do XXI wieku. Do lat siedemdziesiątych najzimniejsze części Kanady raportowały pierwotny indeks Wind Chill Index, trzy- lub czterocyfrową liczbę z jednostkami kilokalorii na godzinę na metr kwadratowy. Każda osoba kalibrowała skalę liczb osobiście, poprzez doświadczenie. Wykres zawierał również ogólne wskazówki dotyczące komfortu i zagrożenia poprzez wartości progowe wskaźnika, takie jak 1400, który był progiem dla odmrożeń .

Pierwotna formuła indeksu brzmiała:

gdzie:

  • WCI = wskaźnik odczuwalności wiatru, kg*cal/m 2 /h
  • v = prędkość wiatru, m/s
  • T a = temperatura powietrza, °C

Wskaźnik odczuwalności wiatru w Ameryce Północnej i Wielkiej Brytanii

W listopadzie 2001 r. Kanada, Stany Zjednoczone i Wielka Brytania wdrożyły nowy wskaźnik odczuwania wiatru opracowany przez naukowców i ekspertów medycznych w ramach Wspólnej Grupy Działania ds. Wskaźników Temperatury (JAG/TI). Jest on określany przez iterację modelu temperatury skóry przy różnych prędkościach i temperaturach wiatru przy użyciu standardowych korelacji inżynieryjnych prędkości wiatru i szybkości wymiany ciepła. Przenikanie ciepła obliczono dla gołej twarzy na wietrze, zwróconej twarzą do wiatru, podczas wchodzenia na nią z prędkością 1,4 metra na sekundę (5,0 km/h; 3,1 mph). Model koryguje oficjalnie zmierzoną prędkość wiatru do prędkości wiatru na wysokości twarzy, zakładając, że osoba znajduje się na otwartym polu. Wyniki tego modelu można aproksymować z dokładnością do jednego stopnia z następującego wzoru:

Standardowa formuła odczuwania temperatury wiatru dla Środowiska Kanady to:

gdzie T wc jest wskaźnikiem odczuwania wiatru, opartym na skali temperatury Celsjusza; T a to temperatura powietrza w stopniach Celsjusza; i V oznacza prędkość wiatru na 10 m (33 ft) o wysokościach anemometru w kilometrów na godzinę.

Gdy temperatura wynosi -20 °C (-4 °F), a prędkość wiatru wynosi 5 km/h (3,1 mph), wskaźnik odczuwania wiatru wynosi -24. Jeśli temperatura utrzymuje się na poziomie −20 °C, a prędkość wiatru wzrasta do 30 km/h (19 mph), wskaźnik odczuwania wiatru spada do −33.

Równoważny wzór w zwyczajowych jednostkach amerykańskich to:

gdzie T wc to wskaźnik odczuwania wiatru w skali Fahrenheita; T a to temperatura powietrza w stopniach Fahrenheita, a v to prędkość wiatru w milach na godzinę.

Temperatura Windchill jest zdefiniowana tylko dla temperatur poniżej 10 °C (50 °F) i prędkości wiatru powyżej 4,8 km/h (3,0 mph).

Wraz ze spadkiem temperatury powietrza zwiększa się ochładzający efekt wiatru. Na przykład wiatr o prędkości 16 km/h (9,9 mil/h) obniży temperaturę pozorną o szerszy margines przy temperaturze powietrza -20 ° C (-4 ° F), niż wiatr o tej samej prędkości, gdyby temperatura powietrza wynosiły -10 ° C (14 ° F).

WCET z 2001 r. jest obliczeniem stanu ustalonego (z wyjątkiem szacunków czasu do odmrożeń). Istnieje wiele istotnych aspektów związanych z odczuwaniem chłodu przez wiatr, ponieważ chłodzenie jest najszybsze na początku każdej ekspozycji, kiedy skóra jest jeszcze ciepła.

Australijska temperatura pozorna

Temperatura pozorna (AT), wynaleziona pod koniec lat 70. XX wieku, została zaprojektowana do pomiaru odczuć termicznych w warunkach wewnętrznych. Został rozszerzony na początku lat 80., aby uwzględnić efekt słońca i wiatru. Zastosowany tutaj wskaźnik AT opiera się na matematycznym modelu osoby dorosłej, spacerującej w cieniu na świeżym powietrzu (Steadman 1994). AT jest zdefiniowany jako; temperatura na referencyjnym poziomie wilgotności powoduje taki sam dyskomfort, jaki odczuwany jest przy obecnej temperaturze i wilgotności otoczenia.

Formuła to:

gdzie:

  • T a = temperatura termometru suchego (°C)
  • e = ciśnienie pary wodnej (hPa)
  • v = prędkość wiatru (m/s) na wysokości 10 m

Prężność pary można obliczyć na podstawie temperatury i wilgotności względnej za pomocą równania:

Gdzie:

T a = temperatura termometru suchego (°C)
RH = Wilgotność względna (%)
exp reprezentuje funkcję wykładniczą

Australijska formuła zawiera ważny czynnik wilgotności i jest nieco bardziej skomplikowana niż prostszy model północnoamerykański. Formuła północnoamerykańska została zaprojektowana do stosowania w niskich temperaturach (tak niskich jak -46°C lub -50°F), gdy poziom wilgotności jest również niski. Wersja AT na gorącą pogodę (1984) jest używana przez National Weather Service w Stanach Zjednoczonych. W Stanach Zjednoczonych ta prosta wersja AT jest znana jako indeks ciepła .

Bibliografia

Zewnętrzne linki