热浪袭击美国——谈谈酷热指数

来源:雾谷飞鸿 | 发布: | 发布时间:2013-07-24,星期三 | 阅读:1,393

入夏以来,热浪一阵接一阵地袭击华盛顿地区,气温常常接近甚至超过华氏100度(摄氏38度),更要命的是相对湿度又总是在60%以上,而风速却提不起来,要不是微风,就是只有每小时3~5英里,每秒也就一两米,几乎没什么感觉,脸上的汗除了拿毛巾擦掉就没有办法。

这种天气,按照国家海洋和大气管理局(NOAA)的酷热指数,属于对人身体极端危险的红色警戒范围,这时的酷热指数(Heat Index)接近或超过华氏130度,相当于摄氏54度左右。下面这张图就是NOAA气象服务局的酷热指数。

在这种情况下长时间暴晒,身体再好也有可能出现各种中暑症状,例如出大汗、口渴、高烧、皮肤灼热、头晕头痛、恶心呕吐,严重的会引起血压下降,脉搏加速但是搏动微弱,昏迷痉挛以致死亡。

这些症状都是因为人体内的热量无法正常地向外散发,引起体温上升,导致体内电解质失衡,呼吸与血液循环和其他内分泌系统紊乱等严重后果。为什么在高温高湿条件下人体的热量散发会出现问题呢?

我们知道,传热有三种形式:物体之间通过分子震动和自由电子移动导致的换热,称之为热传导,例如现在流行的家用电陶炉高温炉面与平底锅之间的传热;流体(液体或气体)因为流动使得温度不同的部分趋于均匀,称之为热对流,例如地面的高温上升气流将热量带到比较冷的高空;还有一种是物体通过电磁波辐射向外散发热量,称为热辐射,晒太阳就是最好的例子。

热量要从A向B传递,显而易见的条件是A的温度要比B的温度高,这与水往低处流的道理是一样的。所以在夏天但是气温还是低于体温的时候,穿得越少感觉越凉快。与之相反,在冬天为了保暖则要捂得严严的。而且要穿绝热性能好的厚衣服。

除了温差这个最基本的物理因素之外,气象学里还有一个重要的量会影响热量的传递,那就是相对湿度。在一定温度下,空气中能够含有的水蒸气是有限度的,超过这个限度就会结露水,这时候空气中的水蒸气所占的部分,用气压做单位,就叫做饱和蒸汽压。所谓相对湿度就是空气中的水蒸气分压与该温度时的饱和蒸汽压之比。

相对湿度对人在高温天气的影响与人们排汗有关系。人们通过排汗,汗水蒸发带走体内的热量,可以让人感觉凉爽一些。蒸发属于汽化过程,汽化需要吸收大量的热。拿水来说,在常温下每克水变成蒸汽要吸收超过2千焦耳的热量,相当于把一瓶500毫升的矿泉水温度升高1摄氏度,可见汗水蒸发对人体降温起多大的作用。

但是如果空气中本来就已经含有大量的水汽,也就是相对湿度很高,这时候空气就很难容纳更多的水分,汗水就不容易蒸发,当然不利于人体降温。从NOAA的酷热指数图表中可以看到,气温虽然还只有32摄氏度,但是空气的湿度接近饱和,相对湿度在95%以上时,酷热指数就达到了极度危险的红色警戒线。而如果相对湿度在50%以下,气温要超过40摄氏度才会出现这种严重危险的情况。

还有一个重要的因素需要考虑,那就是风速。流体从固体表面流过时它们之间会产生热交换,这叫做对流换热,它是前面说的热传导与热对流的综合结果。而对流换热又有自然对流与强迫对流的区别,它们的换热系数,即固体的单位表面积在单位时间内与流体通过对流交换的热量,这两种对流相差可以很大。拿空气与固体壁面的对流换热来说,强迫对流比自然对流的换热系数最高可以相差20倍。所以即使是很热的天气,只要刮点小风,人们也会感觉凉爽许多,对于中暑患者,尽快把他们置于阴凉通风的地方,会有助于他们缓解症状。

刮风的冬天,人们会感觉比实际气温还要冷,所以人们把这种因为强迫对流导致的人体散热现象用“风寒指数”来表示。如果综合酷热指数与风寒指数,再加上其他考虑,就产生了另外一个气象学上的概念,叫做“体感温度”,英语是apparent temperature。在美国冬天气象预报员在预报气温时还常常会加上一句,you’ll feel like多少度,说的就是这个体感温度。等到冬天来临,我们再来更为详细地对它加以介绍。

 酷热指数表,系笔者根据美国国家海洋和大气管理局的气象服务局的酷热指数表制作。读者可以根据当地预报的气温(华氏或摄氏)与相对湿度,在表中找到对应的酷热指数(华氏)。将该数值减去32,再除以1.8,就可以换算为摄氏的酷热指数。



 

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