Холодный ветер - Wind chill

Эта статья о метеорологическом эффекте «охлаждения ветром». Для использования в других целях см. Холодный ветер (значения).
График значений охлаждения ветром для заданной температуры воздуха и скорости ветра

Холодный ветер или холодный ветер (популярно фактор охлаждения ветром) является понижением температура тела из-за прохождения потока воздуха с более низкой температурой.

Показатели охлаждения ветром всегда ниже температуры воздуха для значений, при которых формула действительна. Когда кажущаяся температура выше температуры воздуха, индекс тепла вместо этого используется.

Объяснение

Поверхность теряет тепло через проводимость, испарение, конвекция, и радиация.[1] Скорость конвекции зависит как от разницы температур между поверхностью и окружающей ее жидкостью, так и от скорости этой жидкости по отношению к поверхности. Поскольку конвекция от теплой поверхности нагревает воздух вокруг нее, изолирующая пограничный слой теплого воздуха образуется у поверхности. Движущийся воздух разрушает этот пограничный слой или эпиклимат, позволяя более холодному воздуху заменить теплый воздух на поверхности. Чем выше скорость ветра, тем быстрее остывает поверхность.

Альтернативные подходы

Существует множество формул для охлаждения ветром, потому что, в отличие от температуры, охлаждение ветром не имеет общепринятого стандартного определения или измерения. Все формулы пытаются качественно предсказать влияние ветра на температуру человека. воспринимать. Метеорологические службы в разных странах используют стандарты, уникальные для их страны или региона; например, метеорологические службы США и Канады используют модель, принятую Национальная служба погоды. Эта модель со временем эволюционировала.

Первые формулы и таблицы охлаждения ветром были разработаны Пол Оллман Сипл и Чарльз Ф. Пассель работая в Антарктике до Вторая мировая война, и были предоставлены Национальная служба погоды к 1970-м годам. Они основывались на скорости охлаждения небольшой пластиковой бутылки, когда ее содержимое превращалось в лед, когда она висела на ветру на крыше экспедиционной хижины на том же уровне, что и анемометр. Так называемый индекс Windchill Index довольно хорошо показывает суровость погоды.

В 1960-х годах об охлаждении ветром стали говорить как о эквивалентная температура охлаждения ветром (WCET), что теоретически менее полезно. Автор этого изменения неизвестен, но это был не Сипл или Пассель, как принято считать.[нужна цитата ] Сначала она определялась как температура, при которой индекс ветрового охлаждения будет таким же при полном отсутствии ветра. Это привело к эквивалентным температурам, которые преувеличивали суровость погоды. Чарльз Иган[2] поняла, что люди редко бывают неподвижными и что даже когда было тихо, было некоторое движение воздуха. Он переопределил отсутствие ветра, указав скорость воздуха 1,8 метра в секунду (6,5 км / ч; 4,0 мили в час), что было примерно такой низкой скоростью, 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 был указан исходный индекс Wind Chill Index - трех- или четырехзначное число с единицей измерения килокалорий в час на квадратный метр. Каждый индивидуально откалибровал числовую шкалу на собственном опыте. На диаграмме также представлены общие рекомендации по комфорту и опасности с помощью пороговых значений индекса, например 1400, что было пороговым значением для обморожение.

Первоначальная формула индекса была следующей:[3][4]

где:

  • WCI = индекс охлаждения ветром, кг * кал / м2/час
  • v = скорость ветра, м / с
  • Та = температура воздуха, ° С

Индекс охлаждения ветром в Северной Америке и Великобритании

В ноябре 2001 года Канада, США и Великобритания ввели новый индекс охлаждения ветром, разработанный учеными и медицинскими экспертами из Группы совместных действий по индексам температуры (JAG / TI).[5][6][7] Он определяется путем повторения модели температуры кожи при различных скоростях и температурах ветра с использованием стандартных инженерных соотношений скорости ветра и скорости теплопередачи. Теплопередача была рассчитана для голого лица на ветру, лицом к ветру, при входе в него со скоростью 1,4 метра в секунду (5,0 км / ч; 3,1 мили в час). Модель корректирует официально измеренную скорость ветра на скорость ветра на уровне лица, предполагая, что человек находится в открытом поле.[8] Результаты этой модели могут быть аппроксимированы с точностью до одной степени по следующей формуле:

Стандартная формула охлаждения ветром для Environment Canada:

где ТТуалет - индекс охлаждения ветром, основанный на температурной шкале Цельсия; Та температура воздуха в градусах Цельсия; и v скорость ветра на высоте 10 м (33 фута) стандартная высота анемометра, в километрах в час.[9]

Когда температура составляет -20 ° C (-4 ° F), а скорость ветра составляет 5 км / ч (3,1 мили в час), индекс охлаждения ветром составляет -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 Обычные единицы США является:[10]

где ТТуалет - индекс охлаждения ветром, основанный на шкале Фаренгейта; Та это температура воздуха в градусах Фаренгейта, а v скорость ветра в милях в час.[11]

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

По мере того, как температура воздуха падает, охлаждающий эффект любого присутствующего ветра усиливается. Например, ветер со скоростью 16 км / ч (9,9 миль в час) снизит видимую температуру с большим запасом при температуре воздуха -20 ° C (-4 ° F), чем ветер такой же скорости, если бы температура воздуха были -10 ° C (14 ° F).

  • График степени охлаждения ветром для скорости ветра и температуры воздуха

    Индекс охлаждения ветром по Цельсию

  • График сравнения

    Сравнение старых и новых значений охлаждения ветром при −15 ° C (5 ° F)

  • Изображение ручного калькулятора охлаждения ветром

    Калькулятор охлаждения ветром

WCET 2001 года является расчетом в установившемся режиме (за исключением оценок времени до обморожения).[12] У охлаждения ветром есть важные аспекты, зависящие от времени, поскольку охлаждение происходит наиболее быстро в начале любого воздействия, когда кожа еще теплая.

Видимая температура в Австралии

Кажущаяся температура (AT), изобретенная в конце 1970-х годов, была разработана для измерения тепловых ощущений в домашних условиях. В начале 1980-х он был расширен, чтобы включить влияние солнца и ветра. Используемый здесь индекс AT основан на математической модели взрослого человека, гуляющего на улице в тени (Steadman 1994). AT определяется как; температура на эталонном уровне влажности, вызывающая такой же дискомфорт, как и при текущей температуре и влажности окружающей среды.[13]

Формула[14] является:

где:

  • Та = температура сухого термометра (° C)
  • е = давление водяного пара (гПа)
  • v = скорость ветра (м / с) на высоте 10 м

Давление пара можно рассчитать по температуре и относительная влажность используя уравнение:

Куда:

Та = температура сухого термометра (° C)
RH = относительная влажность (%)
exp представляет экспоненциальная функция

Формула Австралии включает важный фактор: влажность и несколько сложнее, чем более простая североамериканская модель. Формула для Северной Америки была разработана для применения при низких температурах (до -46 ° C или -50 ° F), когда уровни влажности также низкие. Версия AT (1984) для жаркой погоды используется Национальной метеорологической службой США. В США эта простая версия AT известна как индекс тепла.

использованная литература

  1. ^ Винсент Дж. Шефер; Джон А. Дэй; Джей Пасачофф (1998). Полевой справочник по атмосфере. Houghton Mifflin Harcourt. ISBN  0-395-97631-6.
  2. ^ Иган, К. (1964). Обзор исследований военных проблем в холодных регионах. Под ред. К. Колба и Ф. Холстрома. TDR-64-28. Арктический Аэромед. Лаборатория. С. 147–156.
  3. ^ * Вудсон, Уэсли Э. (1981). Справочник по дизайну человеческого фактора, стр. 815. McGraw-Hill. ISBN  0-07-071765-6
  4. ^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19690003109_1969003109.pdf, уравнение 55, стр. 6-113
  5. ^ "Environment Canada - Weather and Meteorology - Canada's Wind Chill Index". Ec.gc.ca. Получено 2013-08-09.
  6. ^ "Метеорологические таблицы, охлаждение ветра. Август 2001 г. Пресс-релиз:". Национальная служба погоды. Получено 14 января 2013.
  7. ^ "Холодный ветер". BBC Weather, Информация о погоде. BBC. Архивировано из оригинал 11 октября 2010 г.
  8. ^ Osczevski, Randall; Блюстайн, Морис (2005). «Новая диаграмма эквивалентной температуры охлаждения ветром». Бюллетень Американского метеорологического общества. 86 (10): 1453–1458. Bibcode:2005БАМС ... 86.1453О. Дои:10.1175 / БАМС-86-10-1453.
  9. ^ «Расчет климатических норм с 1971 по 2000 год для Канады». Climate.weatheroffice.gc.ca. 2013-07-10. Архивировано из оригинал на 2013-06-27. Получено 2013-08-09.
  10. ^ а б "Индекс охлаждения ветром NWS". Weather.gov. 2009-12-17. Архивировано из оригинал на 2011-09-18. Получено 2013-08-09.
  11. ^ «График ветряков по этой формуле». Weather.gov. 2009-12-17. Получено 2017-04-13.
  12. ^ Тикуисис, Питер; Осцевски, Рэндалл Дж. (2003). «Охлаждение лица при воздействии холодного воздуха». Бюллетень Американского метеорологического общества. 84 (7): 927–933. Bibcode:2003БАМС ... 84..927Т. Дои:10.1175 / БАМС-84-7-927.
  13. ^ «Кажущаяся температура (AT) - тепловой индекс». Бюро метеорологии, Австралия. Bom.gov.au. 2010-02-05. Получено 2018-08-01.
  14. ^ «Формула кажущейся температуры». Бюро метеорологии, Австралия. Bom.gov.au. 2010-02-05. Получено 2013-08-09.

внешние ссылки