體感溫度計算方法研究

朱壽燕 郜統(tǒng)哲 王亮 楊聃 曾雨晴

摘? 要：以炎熱指數(shù)表和舒適度指數(shù)公式為基礎(chǔ)，結(jié)合我國各氣象臺站的經(jīng)驗公式，模擬出體感溫度計算公式，可以方便地計算靜風(fēng)條件下的體感溫度。該公式計算的體感溫度隨氣溫和濕度的變化非常勻稱、平滑;完美地反映體感溫度在不同溫濕度范圍的變化規(guī)律;在不同溫度范圍內(nèi)對濕度具有良好的適應(yīng)特征。體感溫度不僅可以直接計算舒適度指數(shù)、游泳指數(shù)、登山指數(shù)等，在著裝指數(shù)、中暑指數(shù)中也具有良好的應(yīng)用。準(zhǔn)確地計算體感溫度，不僅為合理評價氣候及其變化的健康效應(yīng)提供了重要技術(shù)手段，也是各種溫室自動化調(diào)控重要依據(jù)，在預(yù)防醫(yī)學(xué)、養(yǎng)生保健等方面提供有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：體感溫度;計算方法;應(yīng)用

中圖分類號：P423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）22-0116-02

Abstract： Based on the heat index table and comfort index formula， combined with the empirical formula of various meteorological stations in China， the calculation formula of somatosensory temperature is simulated， which can easily calculate the somatosensory temperature under quiet wind conditions. The change of somatosensory temperature calculated by this formula with air temperature and humidity is very symmetrical and smooth， perfectly reflects the change law of somatosensory temperature in different temperature and humidity range， and has good adaptive characteristics to humidity in different temperature range. Somatosensory temperature can not only directly calculate comfort index， swimming index， mountaineering index， but also has a good application in dress index and heatstroke index. Accurate calculation of somatosensory temperature not only provides an important technical means for reasonable evaluation of the health effects of climate and its change， but also an important basis for automatic regulation and control of various greenhouses， and provides strong technical support in preventive medicine， health care and other aspects.

Keywords： somatosensory temperature; calculation method; application

1 概述

隨著氣象服務(wù)需求日益增大，體感溫度以及人體舒適度越來越受到廣大人民群眾的關(guān)注。因為體感溫度能比較綜合、直觀地反映人們身體感知外界的冷暖程度，進(jìn)一步反映出人體舒適程度[1]。準(zhǔn)確地測算體感溫度，不僅為合理評價氣候及其變化的健康效應(yīng)提供了重要技術(shù)手段，也是各種溫室自動化調(diào)控重要依據(jù)，在預(yù)防醫(yī)學(xué)、養(yǎng)生保健等方面提供有力的技術(shù)支撐。

人們在長期的研究和實踐中，提出了許多表征體感溫度或人體舒適度的辦法，劉梅、于波等根據(jù)熱平衡建立體感溫度模型[2-3]、紀(jì)秀玲、陳慧梅、譚福君等通過調(diào)查人體在夏季、冬季對環(huán)境的反應(yīng)[4-6]、呂偉林、吳兌、Gail S.Brager等對多種人體舒適度和體感溫度公式進(jìn)行對比分析[7-9]，各級氣象臺站則采取各種經(jīng)驗公式的方法開展體感溫度預(yù)報服務(wù)。其基本原理是夏季人體對每天的氣溫極為敏感，當(dāng)溫度高、濕度大時，感覺悶熱，反之則較為舒適;冬季則氣溫低，濕度大，感覺寒冷。在舒適的溫度范圍內(nèi)，人體不需要用出汗來散熱，濕度的影響還不太明顯，但在高溫和低溫時，隨著濕度的增高則愈加明顯。

2 模型建立

體感溫度反映的是人體對外界空氣溫度的一種感知，是感知外部環(huán)境冷熱程度的一種綜合反應(yīng)，是一切測量和應(yīng)用體感溫度的基礎(chǔ)。在沒有陽光直射的情況下，人體與外界的輻射交換接近于平衡，對人體的散熱影響不大[2-3]，而人絕大部分時間在室內(nèi)，而且一般的天氣條件下，風(fēng)速不大（我國絕大部分地區(qū)的年均風(fēng)速在2m/s以下）[10]，所以我們可以先考慮溫、濕度的情況。以美國海洋和大氣管理局（NOAA）提出的炎熱指數(shù)和由Tom提出、Bosen作了發(fā)展的舒適度指數(shù)I=T-0.55×（1-U/100）×（T-58）為基礎(chǔ)，結(jié)

合我國各氣象臺站的經(jīng)驗公式[11-17]，模擬出以下多項式：

如果U>0.13T2-13.5T+363且T>30

那么Ta=0.005147×T×T-0.023135×T×U+0.000006543×T×T×U×U+0.00001107×T×T×T×U-0.0000004043×T×U×U×U+32.99

否則Ta=0.7664×T-0.0008693×U×U-0.0002449×T×T×U+0.00006059×T×U×U+0.00001008×T×T×T×U+4.00

式中：Ta為溫濕體感溫度（℃）、T為空氣溫度（℃）、U為空氣相對濕度（%）

3 模型的特征規(guī)律

根據(jù)計算，氣溫在18℃附近，濕度對體感溫度的影響最小，比舒適度指數(shù)的14.4℃略高。學(xué)者朱瑞兆（1987年）也提出氣溫18℃為人類工作和維持健康的最理想氣溫;包括對服裝穿著多少影響是最小的和最不受影響的;各種國際中室內(nèi)溫度18℃是人體舒適的低限。高于18℃，因影響汗液蒸發(fā)等，濕度增大有增溫作用;低于18℃，因影響服裝和空氣對熱傳輸有降溫作用[1]。與炎熱指數(shù)比，在適溫附近，略有調(diào)小，在高溫危險范圍（體感溫度36℃以上），與炎熱指數(shù)非常吻合（誤差小于0.5℃）。

利用上面的體感溫度計算公式，計算不同相對濕度（間隔5%）和不同溫度（間隔2℃）下的體感溫度如圖1。公式可以計算到-20℃以下和60℃以上的情況。體感溫度隨氣溫和濕度的變化也非常勻稱、平滑，即使在高低溫轉(zhuǎn)換附近也異常順暢。

如圖1，在18℃附近，人體對濕度不敏感，在各種濕度環(huán)境下感覺差異不大;大于4℃且小于22℃時，濕度在65%左右時溫度與體感溫度一致;隨著高溫部分溫度的升高或低溫部分溫度的下降，溫度與體感溫度相同的濕度逐漸下降。這也是炎熱指數(shù)在適溫附近溫度偏高的原因（它全部以濕度20%為基準(zhǔn)計算的濕度對體感溫度的影響）。

4 小結(jié)與討論

（1）體感溫度隨氣溫和濕度的變化也非常勻稱、平滑，完美地反映體感溫度在不同溫濕度范圍的變化規(guī)律。

（2）體感溫度在不同溫度范圍內(nèi)對濕度具有良好的適應(yīng)特征。

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