体感温度计算方法研究

2020-07-26朱寿燕郜统哲王亮杨聃曾雨晴

科技创新与应用 2020年22期

朱寿燕郜统哲王亮杨聃曾雨晴

摘要：以炎热指数表和舒适度指数公式为基础，结合我国各气象台站的经验公式，模拟出体感温度计算公式，可以方便地计算静风条件下的体感温度。该公式计算的体感温度随气温和湿度的变化非常匀称、平滑;完美地反映体感温度在不同温湿度范围的变化规律;在不同温度范围内对湿度具有良好的适应特征。体感温度不仅可以直接计算舒适度指数、游泳指数、登山指数等，在着装指数、中暑指数中也具有良好的应用。准确地计算体感温度，不仅为合理评价气候及其变化的健康效应提供了重要技术手段，也是各种温室自动化调控重要依据，在预防医学、养生保健等方面提供有力的技术支撑。

关键词：体感温度;计算方法;应用

中图分类号：P423 文献标志码：A 文章编号：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

隨着气象服务需求日益增大，体感温度以及人体舒适度越来越受到广大人民群众的关注。因为体感温度能比较综合、直观地反映人们身体感知外界的冷暖程度，进一步反映出人体舒适程度[1]。准确地测算体感温度，不仅为合理评价气候及其变化的健康效应提供了重要技术手段，也是各种温室自动化调控重要依据，在预防医学、养生保健等方面提供有力的技术支撑。

人们在长期的研究和实践中，提出了许多表征体感温度或人体舒适度的办法，刘梅、于波等根据热平衡建立体感温度模型[2-3]、纪秀玲、陈慧梅、谭福君等通过调查人体在夏季、冬季对环境的反应[4-6]、吕伟林、吴兑、Gail S.Brager等对多种人体舒适度和体感温度公式进行对比分析[7-9]，各级气象台站则采取各种经验公式的方法开展体感温度预报服务。其基本原理是夏季人体对每天的气温极为敏感，当温度高、湿度大时，感觉闷热，反之则较为舒适;冬季则气温低，湿度大，感觉寒冷。在舒适的温度范围内，人体不需要用出汗来散热，湿度的影响还不太明显，但在高温和低温时，随着湿度的增高则愈加明显。

2 模型建立

体感温度反映的是人体对外界空气温度的一种感知，是感知外部环境冷热程度的一种综合反应，是一切测量和应用体感温度的基础。在没有阳光直射的情况下，人体与外界的辐射交换接近于平衡，对人体的散热影响不大[2-3]，而人绝大部分时间在室内，而且一般的天气条件下，风速不大（我国绝大部分地区的年均风速在2m/s以下）[10]，所以我们可以先考虑温、湿度的情况。以美国海洋和大气管理局（NOAA）提出的炎热指数和由Tom提出、Bosen作了发展的舒适度指数I=T-0.55×（1-U/100）×（T-58）为基础，结

合我国各气象台站的经验公式[11-17]，模拟出以下多项式：

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

否则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為温湿体感温度（℃）、T为空气温度（℃）、U为空气相对湿度（%）

3 模型的特征规律

根据计算，气温在18℃附近，湿度对体感温度的影响最小，比舒适度指数的14.4℃略高。学者朱瑞兆（1987年）也提出气温18℃为人类工作和维持健康的最理想气温;包括对服装穿着多少影响是最小的和最不受影响的;各种国际中室内温度18℃是人体舒适的低限。高于18℃，因影响汗液蒸发等，湿度增大有增温作用;低于18℃，因影响服装和空气对热传输有降温作用[1]。与炎热指数比，在适温附近，略有调小，在高温危险范围（体感温度36℃以上），与炎热指数非常吻合（误差小于0.5℃）。

利用上面的体感温度计算公式，计算不同相对湿度（间隔5%）和不同温度（间隔2℃）下的体感温度如图1。公式可以计算到-20℃以下和60℃以上的情况。体感温度随气温和湿度的变化也非常匀称、平滑，即使在高低温转换附近也异常顺畅。

如图1，在18℃附近，人体对湿度不敏感，在各种湿度环境下感觉差异不大;大于4℃且小于22℃时，湿度在65%左右时温度与体感温度一致;随着高温部分温度的升高或低温部分温度的下降，温度与体感温度相同的湿度逐渐下降。这也是炎热指数在适温附近温度偏高的原因（它全部以湿度20%为基准计算的湿度对体感温度的影响）。

4 小结与讨论

（1）体感温度随气温和湿度的变化也非常匀称、平滑，完美地反映体感温度在不同温湿度范围的变化规律。

（2）体感温度在不同温度范围内对湿度具有良好的适应特征。

参考文献：

[1]孙凤华，班显秀，齐丽丽.“体感”温度计算方法[J].气象科技，2002，30（5）：282-303.

[2]刘梅，于波，姚克敏.以热量平衡为基础的体感温度模型及气候要素的效应分析[J].南京气象学院学报，2001，24（4）：527-535.

[3]于波，刘梅，严明良，等.凉爽条件下体感温度模型的建立及风速、水汽压、辐射的影响[J].气象科学，2002，22（3）：304-312.

[4]纪秀玲，戴自祝，甘永祥.夏季室内人体热感觉调查[J].中国卫生工程学，2003，2（3）：141-143.

[5]陈慧梅，张宇峰，王进勇，等.我国湿热地区人群基础热舒适反应研究（1）：实验方法与结果[J].暖通空调，2010，40（3）：83-85.

[6]谭福君.办公建筑冬季室内热环境和舒适性的调查及研究[D].哈尔滨建筑大学，1993.

[7]吕伟林.体感温度及其计算方法[J].北京气象，1997（4）：23-25.

[8]吴兑.多种人体舒适度预报公式讨论[J].气象科技，2003，31（6）：370-372.