人对温度-湿度-风速的感觉与着衣指数的分析研究.pdf

1、第 11 卷 4 期2000年 11月 应 用 气 象 学 报QUA R T ERL Y JOU RNAL O F A PPL IED M ET EOROLO GY V o l. 11, N o. 4N ov. 2000人 对 温 度 、 湿 度 、 风 速 的 感 觉 与 着 衣 指 数 的 分 析 研 究 X徐 大 海 朱 蓉(中 国 气 象 科 学 研 究 院 , 北 京 100081)提 要体 表 温 度 、 体 感 温 度 、 不 舒 适 指 数 及 着 衣 指 数 能 将 人 们 对 环 境 气 象 中 温 度 、 湿 度 、 风 速 和 日射 的 综 合 感 觉 或 反 应 定

2、量 化 . 该 文 对 这 4 个 指 标 进 行 了 详 细 的 分 析 , 指 出 各 自 的 适 用 范 围 . 使用 武 汉 的 数 据 进 行 计 算 , 在 高 温 区 补 充 了 夏 季 居 民 对 这 4 个 指 标 的 感 觉 分 类 界 限 , 并 讨 论 了 有关 的 预 报 问 题 .关 键 词 : 体 表 温 度 体 感 温 度 不 舒 适 指 数 着 衣 指 数 预 报引 言人 们 生 活 在 大 气 的 底 层 , 身 体 的 健 康 状 况 与 感 觉 舒 服 的 程 度 与 气 象 条 件 有 着 密 切 的关 联 . 一 年 之 中 有 热 、 炎 热 、

3、酷 热 、 温 暖 、 凉 爽 、 寒 冷 、 严 寒 等 感 觉 , 周 而 复 始 . 这 些 感 觉 主 要是 人 对 气 象 场 中 的 温 、 湿 度 及 风 速 的 综 合 感 受 , 可 以 使 用 一 系 列 的 指 数 如 体 表 温 度 、 体 感温 度 、 不 舒 适 度 和 着 衣 指 数 来 表 示 , 这 些 指 数 的 本 身 及 指 标 分 类 都 是 环 境 气 象 学 研 究 的 课题 之 一 . 过 去 研 究 气 象 条 件 与 人 的 感 觉 的 目 的 , 在 于 改 善 某 些 特 殊 部 门 的 工 作 人 员 的 工 作环 境 从 而 提 高

4、工 作 效 率 . 在 生 产 力 高 度 发 展 的 今 天 , 特 别 是 电 风 扇 、 空 调 机 和 空 气 湿 度 调节 器 等 的 普 及 、 衣 着 质 量 的 改 进 及 数 量 的 增 加 , 广 大 公 众 控 制 局 部 小 气 候 的 能 力 也 都 有 了极 大 的 提 高 . 因 此 , 在 环 境 气 象 的 有 关 研 究 及 天 气 预 报 的 基 础 上 , 进 行 体 表 温 度 、 体 感 温度 、 舒 服 度 及 着 衣 指 数 的 预 报 , 指 导 公 众 的 着 衣 、 小 气 候 电 器 的 使 用 , 不 仅 能 方 便 公 众 的 日常

5、和 旅 行 生 活 , 对 节 约 能 源 、 提 高 工 作 效 率 也 会 有 很 大 的 意 义 . 为 此 , 有 必 要 对 这 些 指 数 进行 一 次 分 析 研 究 , 以 利 于 预 报 工 作 的 进 行 .1 定 义 与 计 算 公 式1. 1 体 表 温 度 (m ean sk in tem pera ture)在 裸 衣 条 件 下 , 人 体 皮 肤 表 面 的 温 度 , 对 夏 季 天 气 的 舒 适 程 度 有 很 好 的 响 应 . 体 表 温度 在 35 37 时 人 们 会 逐 渐 感 到 炎 热 , 33 34 时 最 为 适 宜 , 31 32 时

6、就 会 有 凉 的 感觉 . 在 不 同 气 象 条 件 下 的 体 表 温 度 的 计 算 公 式 , 可 按 以 下 的 推 算 过 程 求 得 :X 本 文 由 国 家 “ 973” 项 目 “ 首 都 北 京 及 周 边 地 区 大 气 、 水 、 土 环 境 污 染 机 理 与 调 控 原 理 ” 资 助 .1999202208 收 到 , 1999206230 收 到 修 改 稿 .图 1 人 体 简 化 模 型根 据 高 桥 浩 一 郎 1 的 记 述 , 人 体 简 化模 型 如 图 1, 人 体 温 度 为 T = 37 , 皮 肤 层厚 为 d = 5 mm , 皮 肤 表

7、 面 温 度 为 T s, 空 气温 度 为 T a, 皮 肤 与 空 气 之 间 的 边 界 层 厚度 为 D. 那 么 人 体 内 向 皮 肤 外 传 递 的 热 量Q 应 为 :Q = k T - T sd S (1)其 中 , k 为 导 热 系 数 约 为 2. 0921 10- 3J (cm - 1 s ). S 为 皮 肤 面 积 取 为 1 m 2.人 体 产 生 的 热 量 Q 需 通 过 边 界 层 传 送 给 大气 使 体 温 稳 定 . 热 量 Q 是 以 辐 射 、 传 导 和 蒸发 水 分 的 过 程 进 入 大 气 的 , 因 此 , 下 式 成 立 :Q = Q

8、 辐 射 + Q 传 导 + Q 蒸 发 (2)Q 辐 射 20. 92 (T s - T a)Q 传 导 87. 03 V (T s - T a)Q 蒸 发 18. 74 V (E s - r E a)图 2 室 内 风 速 为 0. 5 m s 时 体 表 温 度 图 3 室 内 风 速 为 5 m s 时 体 表 温 度与 空 气 温 度 、 湿 度 的 关 系 与 空 气 温 度 、 湿 度 的 关 系其 中 温 度 的 单 位 都 是 ; V 为 人 体 高 度 上 的 风 速 (m s) ; E s 为 人 体 皮 肤 表 面 的 饱 和 水 汽压 (hPa) ; E a 为 气

9、温 所 对 应 的 饱 和 水 汽 压 (hPa) ; r 为 空 气 的 相 对 湿 度 , Q 的 单 位 kJ (m 2 h). 那 么 由 式 (1)、 (2)可 解 得T s = T - Q d k (3)由 于 Q 中 的 蒸 发 分 量 Q 蒸 发 也 是 体 表 温 度 T s 的 函 数 , 因 此 解 此 方 程 时 需 用 数 值 近 似求 解 . 平 均 体 表 温 度 T s 小 于 29 或 大 于 35 将 产 生 不 舒 适 的 感 觉 . 图 2 给 出 了 在 室 内 环境 风 速 为 0. 5 m s 时 的 不 同 温 、 湿 度 条 件 下 的 人 体

10、 皮 肤 表 面 的 温 度 . 环 境 风 速 为 5. 0 m s的 情 况 见 图 3. 当 体 表 温 度 大 于 35 或 小 于 29 人 们 将 感 到 不 舒 适 2 . 图 中 酷 热 、 炎 热 和暑 热 的 划 分 标 准 将 在 115 节 讨 论 . 置 人 于 死 地 的 温 、 湿 度 条 件 见 表 1.1344 期 徐 大 海 等 : 人 对 温 度 、 湿 度 、 风 速 的 感 觉 与 着 衣 指 数 的 分 析 研 究由 图 2、 3 可 见 , 空 气 湿 度 可 加 重 热 的 感 觉 , 例 如 风 速 为 0. 5 m s 气 温 为 35 ,

11、在 相 对湿 度 为 0. 10 的 环 境 中 人 的 皮 肤 表 面 温 度 可 保 持 在 32 33 的 宜 人 状 态 , 但 当 相 对 湿 度为 0. 90 的 环 境 中 人 的 皮 肤 表 面 温 度 则 升 到 36 的 炎 热 状 态 , 如 果 这 时 风 速 增 加 到 5 m s,人 体 表 温 度 则 降 到 35 . 然 而 在 高 温 高 湿 的 情 况 下 风 速 的 增 加 还 会 加 重 湿 热 的 感 觉 . 例如 在 气 温 为 40 , 相 对 湿 度 为 0. 90 时 , 风 速 0. 5 m s, 体 表 温 度 为 38 , 而 风 速 为

12、 5. 0 m s,体 表 温 度 为 38. 6 . 因 此 在 高 温 高 湿 的 环 境中 风 扇 是 不 会 起 降 温 作 用 的 , 这 时 使 用 空 调 机才 能 使 环 境 舒 适 起 来 . 在 表 1 中 配 合 的 空 气 温湿 度 都 将 使 人 体 表 温 度 升 到 41 以 上 .表 1 致 死 性 的 环 境 空 气 温 、 湿 度 1 空 气 温 度 ( ) 45 50 55 60空 气 湿 度 (% ) 100 52 21 131. 2 着 衣 指 数 (Cloth ing index )不 管 相 对 湿 度 及 风 速 如 何 , 只 要 气 温 在

13、25 以 下 , 一 般 裸 人 的 体 表 温 度 就 会 降 到32 以 下 , 从 而 有 了 凉 的 感 觉 , 需 要 着 衣 . 着 衣 的 厚 度 以 着 衣 指 数 来 表 达 , 指 数 的 单 位 为clo, 它 也 是 衣 服 的 热 阻 单 位 . 1 个 clo 的 衣 著 能 在 每 小 时 每 平 方 米 热 流 量 为 4. 1841 kJ 的条 件 下 保 持 衣 服 两 侧 的 温 度 差 为 0. 18 . 成 人 在 静 坐 条 件 下 基 础 代 谢 产 生 的 热 量 约 在209. 21 kJ (m 2 h) , 在 不 考 虑 空 气 热 阻 、

14、 辐 射 、 蒸 发 及 气 流 等 作 用 时 , 1 个 clo 的 衣 著 能 保持 衣 服 两 侧 的 温 度 差 为 9 , 此 时 环 境 温 度 为 24 时 就 能 保 持 人 体 体 表 温 度 为 舒 适 的33 . 据 文 献 3 , 具 有 4 个 clo 热 阻 的 衣 服 约 为 1 英 寸 (2. 54 cm ) 厚 . 在 考 虑 到 空 气 热 阻 、辐 射 、 蒸 发 及 气 流 的 作 用 时 的 着 衣 指 数 公 式 可 用 简 单 人 体 热 平 衡 方 法 得 到 :I c = (T s - T a - T v + T r) ( H (1 - ra

15、t) 0. 043) - I a (4)其 中 I c 为 所 需 衣 服 的 热 阻 (clo) , T s 为 人 体 体 表 温 度 ( ) 取 为 舒 适 的 33 , T a 为 环 境 空气 温 度 ( ) , T v 为 风 速 致 冷 的 等 效 温 度 ( ) , T r 为 辐 射 的 等 效 升 温 ( ) , H 为 人 体 代 谢的 热 量 kJ (m 2 h) , rat为 人 体 消 耗 于 水 分 蒸 发 的 热 量 对 代 谢 热 量 的 比 值 , I a 为 空 气 的 热阻 (clo). 风 速 致 冷 的 等 效 温 度 T v 可 用 试 验 数 据

16、 拟 合 为 :T v = 0. 0246 (log (7. 23V ) ) 3 - 0. 4525 (log (7. 23V ) ) 2+ 3. 2398 log (7. 23V ) (5)其 中 V 为 地 面 以 上 10 m 高 度 处 的 风 速 , 静 风 时 取 0. 5 m s, 风 速 大 于 32 m s 时 则 取 为32 m s, 离 地 面 2 m 高 度 处 的 风 速 取 为 10 m 处 的 0. 723 倍 .辐 射 的 等 效 升 温 T r 是 由 十 分 制 的 总 云 量 N t 和 低 云 量 N l、 衣 着 对 辐 射 的 吸 收 率 a 和空

17、气 热 阻 I a 确 定 . 随 衣 着 的 颜 色 与 质 地 , a 的 变 化 很 大 , 可 从 百 分 之 几 变 化 到 0. 88 以 上 ,这 里 取 均 值 0. 5.T r = 0. 42 (1 - 0. 45 (N t + N l) ) a I a (6)人 体 代 谢 的 热 量 H (单 位 :M ET , 1 个 M ET = 209. 21 kJ (m 2 h) ) , 取 决 于 人 的 运动 状 态 和 环 境 气 象 条 件 , 见 文 献 1 , 4 , 5 , 由 文 献 1 可 以 给 出 以 下 的 经 验 公 式H = 0. 93244 4. 1

18、841 (0. 104T a 2 - 5. 1403T a + 117. 13) (7)该 式 用 于 环 境 温 度 在 0 以 上 , 休 息 状 态 的 人 体 . 其 中 系 数 0. 93244 是 为 了 保 证 在 环境 温 度 25 时 的 代 谢 热 量 为 一 个 M ET 而 加 上 的 . 在 具 体 的 着 衣 指 数 的 计 算 中 , 在 环 境 温度 小 于 25 时 的 基 础 代 谢 均 取 一 个 M ET , 因 为 在 着 衣 条 件 下 的 代 谢 热 量 与 环 境 温 度 的关 系 不 同 于 式 (7). 人 体 消 耗 于 水 分 蒸 发 的

19、 热 量 对 代 谢 热 量 的 比 值 rat按 文 献 1 可 写 为234 应 用 气 象 学 报 11 卷rat = 0. 0775 + 0. 001 T a (0. 1T a (0. 01 T a (1. 235 T a - 54. 8752) + 10. 1044) - 3. 2813) (8)在 具 体 的 着 衣 指 数 的 计 算 中 , 当 环 境 温 度 大 于 25 时 使 用 式 (8) 计 算 rat, 当 环 境 温 度 小于 25 时 rat取 为 0. 24.空 气 的 热 阻 I a 的 本 身 与 风 速 有 关 , 按 文 献 3 提 供 的 数 据 ,

20、 该 关 系 式 可 写 为 :I a = 0. 40 V 0. 406 (9)I a 的 单 位 为 clo,V 为 人 体 高 度 处 的 风 速 值 (单 位 m s) , 由 10 m 高 处 风 速 乘 0. 723 得 到 .由 上 述 各 式 的 自 变 量 可 见 , 只 要 预 报 出 气 象 站 百 叶 箱 高 度 的 气 温 、 10 m 高 的 风 速 及总 、 低 云 量 便 能 据 此 预 报 出 着 衣 指 数 . 为 了 直 观 地 看 到 着 衣 指 数 与 风 速 、 气 温 的 关 系 , 在总 、 低 云 量 都 为 0. 5 的 条 件 下 计 算 出

21、 了 图 4. 由 图 4 可 见 , 当 10 m 高 的 风 速 为 0. 5 m s时 , 26 的 环 境 温 度 , 着 衣 对 保 持 体 温 并 不 是 必 需 的 . 如 风 速 增 加 到 4 m s, 那 么 只 要 能 保持 足 够 的 蒸 发 水 分 , 在 室 外 无 太 阳 直 射 处 的 30 的 气 温 中 , 还 是 能 着 单 薄 衣 服 的 . 室 内 风速 一 般 是 室 外 风 速 的 0. 1 倍 左 右 , 一 般 不 会 超 过 1 m s, 计 算 室 内 着 衣 指 数 时 应 注 意 到 这一 点 . 由 图 4 还 可 见 在 室 内 3

22、1 以 上 , 如 无 电 扇 , 着 衣 就 会 感 到 热 . 以 上 是 指 休 息 状 态 下的 人 , 在 运 动 状 态 下 则 需 按 5 6 选 取 代 谢 热 量 H 代 入 式 (4)中 再 行 求 算 着 衣 指 数 .图 4 不 同 温 度 与 风 速 条 件 下 的 着 衣 指 数表 2 有 效 温 度 与 感 觉 7 有 效 温 度 感 觉 的 程 度 感 觉30 以 上 炎 热30 24 中 等 的 热 热24 18 温 暖18 12 适 中 舒 适 的12 6 凉 爽6 0 很 凉 凉0 - 6- 6 - 12 冷- 12 - 18- 18 - 24 非 常 冷

23、- 24 - 30 冻 伤 危 险 开 始- 30 以 下 冻 伤 危 险 增 加 有 冻 伤 的 危 险1. 3 体 感 温 度 (sen sa tion tem pera ture)为 了 定 量 的 表 达 人 对 冷 热 的 感 觉 , 而 使 用 感 觉 指 标 (sen sation indicato r) 一 词 , 在1920s 开 始 使 用 有 效 温 度 (effective temperatu re)来 表 达 感 觉 指 标 , 有 效 温 度 的 原来 定 义 为 8 : 与 给 定 温 、 湿 度 组 合 的 空 气 的 热 感 觉 相 同 的 饱 和 湿 空 气

24、 的 温 度 . 体 感 温 度 一 词 将 两 者 的 含 义 结 合 了 起 来 . 1937 年 M issenard6 给 出 的 有 效 温 度 将 相 对 湿 度 与 环 境气 温 联 系 了 起 来 , 他 定 义 有 效 温 度 T e 为T e = T a - 0. 4 (T a - 10) (1 - R h 100) (10)由 于 室 外 的 有 效 温 度 还 需 考 虑 风 的 作 用 , 他 同 时 给 出T e = 37 - (37 - T a) 0. 68 - 0. 14 R h + 1 (1. 76 + 1. 4V 0. 75) - 0. 29T a (1 -

25、 R h)(11)3344 期 徐 大 海 等 : 人 对 温 度 、 湿 度 、 风 速 的 感 觉 与 着 衣 指 数 的 分 析 研 究要 注 意 的 是 这 两 者 都 未 考 虑 日 射 的 作 用 , 因 此 只 能 表 示 在 荫 影 环 境 下 感 觉 指 标 , 考 虑日 射 影 响 的 有 效 温 度 计 算 公 式 见 文 献 8 . 人 对 不 同 有 效 温 度 的 感 觉 见 表 2. 有 效 温 度 值在 12 到 24 的 范 围 , 是 人 的 最 佳 感 觉 区 . 30 以 外 的 有 效 温 度 是 有 中 暑 或 冻 伤 危 险 的范 围 . 表 3

26、5 给 出 了 风 速 为 0. 25 m s、 2 m s 和 8 m s 的 有 效 温 度 与 气 温 、 湿 度 的 关 系 .同 样 的 环 境 温 度 下 , 湿 度 的 减 小 总 是 使 有 效 温 度 减 低 . 在 大 风 时 , 很 高 的 湿 度 会 使 低 气 温感 觉 急 剧 加 强 , 对 高 气 温 感 觉 也 不 减 弱 , 表 5 表 现 得 最 明 显 : 风 速 8 m s, 相 对 湿 度 为100% 时 , 零 下 20 气 温 的 感 觉 是 零 下 46. 9 , 而 40 的 高 温 的 感 觉 为 41. 4 . 无 风 公 式(10)的 计

27、 算 结 果 与 式 (11) 的 风 速 为 0. 25 m s 的 计 算 结 果 很 相 近 , 不 再 讨 论 .表 3 风 速 为 0. 25 m s 时 的 有 效 温 度 与 气 温 、 湿 度 的 关 系相 对湿 度空 气 温 度 C- 40 - 30 - 20 - 10 0 10 20 30 40 450. 1 - 20. 8 - 14. 5 - 8. 3 - 2 4. 2 10. 5 16. 7 23 29. 2 32. 30. 2 - 22. 8 - 16. 2 - 9. 5 - 2. 9 3. 8 10. 5 17. 1 23. 8 30. 4 33. 70. 3 -

28、24. 9 - 17. 8 - 10. 7 - 3. 7 3. 4 10. 4 17. 5 24. 5 31. 6 35. 10. 4 - 26. 9 - 19. 5 - 12 - 4. 5 2. 9 10. 4 17. 9 25. 3 32. 8 36. 50. 5 - 29 - 21. 1 - 13. 3 - 5. 4 2. 5 10. 4 18. 2 26. 1 34 37. 90. 6 - 31. 1 - 22. 8 - 14. 5 - 6. 2 2 10. 3 18. 6 26. 9 35. 2 39. 30. 7 - 33. 3 - 24. 5 - 15. 8 - 7. 1 1.

29、6 10. 3 19 27. 7 36. 4 40. 70. 8 - 35. 4 - 26. 3 - 17. 2 - 8 1. 1 10. 2 19. 3 28. 5 37. 6 42. 20. 9 - 37. 6 - 28. 1 - 18. 5 - 9 0. 6 10. 1 19. 7 29. 2 38. 8 43. 61. 0 - 39. 8 - 29. 8 - 19. 9 - 9. 9 0. 1 10. 1 20 30 40 45表 4 风 速 为 2. 0 m s 时 的 有 效 温 度 与 气 温 、 湿 度 的 关 系相 对湿 度空 气 温 度 C- 40 - 30 - 20 -

30、10 0 10 20 30 40 450. 1 - 34. 6 - 26. 6 - 18. 5 - 10. 5 - 2. 4 5. 6 13. 7 21. 7 29. 8 33. 80. 2 - 37. 1 - 28. 6 - 20 - 11. 5 - 3 5. 5 14 22. 5 31 35. 20. 3 - 39. 5 - 30. 5 - 21. 6 - 12. 6 - 3. 7 5. 3 14. 3 23. 2 32. 2 36. 70. 4 - 42 - 32. 6 - 23. 1 - 13. 7 - 4. 3 5. 1 14. 5 24 33. 4 38. 10. 5 - 44.

31、5 - 34. 6 - 24. 7 - 14. 8 - 5 4. 9 14. 8 24. 7 34. 6 39. 50. 6 - 47. 1 - 36. 7 - 26. 3 - 16 - 5. 6 4. 7 15. 1 25. 5 35. 8 410. 7 - 49. 7 - 38. 8 - 28 - 17. 2 - 6. 3 4. 5 15. 4 26. 2 37 42. 50. 8 - 52. 3 - 41 - 29. 7 - 18. 4 - 7 4. 3 15. 6 26. 9 38. 3 43. 90. 9 - 55. 1 - 43. 2 - 31. 4 - 19. 6 - 7. 8

32、4 15. 8 27. 7 39. 5 45. 41. 0 - 57. 8 - 45. 5 - 33. 2 - 20. 9 - 8. 6 3. 7 16. 1 28. 4 40. 7 46. 9表 5 风 速 为 8. 0 m s 时 的 有 效 温 度 与 气 温 、 湿 度 的 关 系相 对湿 度空 气 温 度 C- 40 - 30 - 20 - 10 0 10 20 30 40 450. 1 - 48. 2 - 38. 4 - 28. 6 - 18. 8 - 8. 9 0. 9 10. 7 20. 5 30. 3 35. 20. 2 - 51 - 40. 7 - 30. 4 - 20.

33、1 - 9. 8 0. 6 10. 9 21. 2 31. 5 36. 70. 3 - 53. 9 - 43. 1 - 32. 3 - 21. 4 - 10. 6 0. 2 11. 1 21. 9 32. 7 38. 20. 4 - 56. 9 - 45. 6 - 34. 2 - 22. 8 - 11. 5 - 0. 1 11. 2 22. 6 34 39. 70. 5 - 60 - 48. 1 - 36. 2 - 24. 3 - 12. 4 - 0. 5 11. 4 23. 3 35. 2 41. 20. 6 - 63. 1 - 50. 6 - 38. 2 - 25. 8 - 13. 3 -

34、 0. 9 11. 6 24 36. 4 42. 70. 7 - 66. 3 - 53. 3 - 40. 3 - 27. 3 - 14. 3 - 1. 3 11. 7 24. 7 37. 7 44. 20. 8 - 69. 6 - 56 - 42. 4 - 28. 9 - 15. 3 - 1. 8 11. 8 25. 4 38. 9 45. 70. 9 - 72. 9 - 58. 8 - 44. 6 - 30. 5 - 16. 4 - 2. 2 11. 9 26 40. 2 47. 21. 0 - 76. 4 - 61. 6 - 46. 9 - 32. 2 - 17. 5 - 2. 7 12

35、26. 7 41. 4 48. 8434 应 用 气 象 学 报 11 卷1. 4 不 舒 适 指 数 (d iscom fort index)与 有 效 温 度 相 似 , 还 有 不 舒 适 指 数 的 定 义 , 文 献 9, 10 给 出 的 定 义 为D i = 0. 4 (T a + T w ) + 4. 8 (12)文 献 11 给 出 的 定 义 为D i = 0. 5 (T a + T w ) (13)这 两 个 不 舒 适 指 数 的 计 算 结 果 与 无 风 条 件 下 的 有 效 温 度 相 近 似 . 在 此 基 础 上 加 上 太阳 辐 射 和 风 速 的 影 响

36、 后 可 得D i = 0. 72 (T a + T w ) - 7. 2 V + 0. 03S i + 40. 6 (14)以 上 3 个 式 子 中 的 T a 为 空 气 温 度 ( ) , T w 为 空 气 的 湿 球 温 度 ( ) , V 为 环 境 风 速 (m s) , S i 为 太 阳 辐 射 总 量 (J m 2 h)式 (12)、 (13) 的 计 算 结 果 与 无 风 时 的 有 效 温 度 计 算 公 式 的 结 果 在 数 值 上 相 差 不 大 .式 (14) 的 计 算 表 明 , 在 室 内 (风 速 : 0. 5 m s, S i= 0 J (cm 2

37、 h) ) , 温 度 到 达 45 , 相 对 湿度 为 100 时 , D i 很 接 近 于 100, 按 表 1 这 时 的 环 境 气 象 条 件 是 不 能 忍 受 的 . 一 般 地 说 ,D i超 过 80 所 有 的 人 都 对 热 天 气 感 到 不 适 . 在 暖 季 D i 不 到 70 是 不 会 有 闷 热 感 的 . 图 5 与 图6 表 明 在 不 同 湿 , 湿 与 风 速 条 件 下 的 不 适 指 数 的 变 化 曲 线 。 式 (14) 和 式 (10) 不 同 之 处 在于 , 风 速 的 增 大 总 是 使 不 舒 适 指 数 减 少 , 而 有 效

38、 温 度 在 高 温 高 湿 的 条 件 下 , 风 速 的 增 加 并不 会 使 其 值 减 少 . 此 外 式 (14) 中 D i 值 对 日 射 因 子 的 依 赖 很 强 , 而 日 射 总 量 资 料 又 不 易 取得 , 因 此 式 (14)在 具 体 使 用 中 一 般 较 难 掌 握 .图 5 不 适 指 数 与 环 境 温 度 、 相 对 湿 度 的 关 系 图 6 不 适 指 数 与 环 境 温 度 、 相 对 湿 度 的 关 系(风 速 : 0. 5m s, 日 射 : 0) (风 速 : 4. 0m s, 日 射 : 0)1. 5 体 表 温 度 、 体 感 温 度

39、、 不 舒 适 指 数 和 着 衣 指 数 的 比 较为 了 分 析 与 掌 握 这 些 有 关 人 的 生 物 环 境 参 数 , 将 几 个 试 验 的 数 据 结 果 进 行 了 对 比 计算 , 表 6 为 日 本 横 滨 测 候 所 观 测 的 气 温 、 湿 球 温 度 和 人 的 感 觉 1 , 这 里 按 气 温 和 湿 球 温 度计 算 了 对 应 的 体 感 温 度 、 体 表 温 度 、 不 舒 适 指 数 和 着 衣 指 数 . 横 滨 是 海 洋 性 气 候 , 其 纬 度 约在 35. 5 度 附 近 , 它 的 居 民 对 空 气 温 湿 度 的 感 受 与 大

40、陆 季 风 区 的 人 应 有 所 不 同 , 似 乎 他 们的 适 宜 温 度 要 低 一 点 , 详 细 的 情 形 可 从 表 6 看 到 .5344 期 徐 大 海 等 : 人 对 温 度 、 湿 度 、 风 速 的 感 觉 与 着 衣 指 数 的 分 析 研 究表 6 人 的 感 觉 及 与 其 对 应 的 体 感 温 度 、 体 表 温 度 、 不 舒 适 指 数 和 着 衣 指 数人 的 感 觉 气 温 ( ) 湿 球 温 度 ( ) 体 感 温 度 ( ) 体 表 温 度 ( ) 不 舒 适 指 数 着 衣 指 数热热热29 29 29 33. 99 78. 03 0. 232

41、5 29 28 25 28 32. 8 33. 99 72 78 0. 8 0. 2324 27 26 22 26 32. 4 33. 4 69. 4 74. 4 1. 18 0. 51适 度适 度22 24 19 20. 6 22. 1 32 32. 5 66. 8 67. 2 1. 33 0. 9311- 23 17 10. 8 20. 9 28. 8 32. 18 53. 6 65. 07 2. 77 1. 18冷冷冷冷冷12 19 16 10. 8 17. 7 28. 8 30. 96 53. 6 61. 5 2. 77 1. 769 17 13 7. 7 15. 6 27. 9 30

42、. 4 50. 7 57. 9 3. 2 2. 052 15 9 - 1. 8 13. 6 25. 1 29. 7 36. 3 53. 55 4. 21 2. 346 15 11 4. 52 13. 7 26. 9 29. 7 44. 9 55. 0 3. 64 2. 342 8 6 0. 33 6. 88 25. 7 27. 6 39. 2 46. 4 4. 21 3. 35很 寒 冷 0 注 : 气 温 、 湿 球 温 度 、 人 的 感 觉 (已 简 化 )为 横 滨 测 候 所 (日 )的 记 录 , 其 他 指 数 为 本 文 公 式 计 算 求 得 1武 汉 中 心 气 象 台 曾

43、 对 武 汉 市 的 市 民 中 暑 人 数 与 气 象 条 件 做 过 分 析 研 究 , 指 出 中 暑 人 数 与风 速 并 无 很 大 相 关 , 而 与 温 、 湿 度 相 关 较 大 . 根 据 文 献 12 给 出 的 有 关 数 据 , 给 出 了 图 7 图10. 图 7 中 体 感 温 度 与 中 暑 人 数 的 拟 合 相 关 系 数 的 平 方 R 2 达 0. 68, 图 8 中 体 表 温 度 与 中 暑 人数 的 拟 合 R 2= 0. 67, 图 9 中 的 不 舒 适 指 数 与 中 暑 人 数 的 R 2= 0. 66, 图 10 中 的 着 衣 指 数 与

44、 中暑 人 数 的 R 2 仅 为 0. 55. 再 根 据 上 述 图 上 各 个 阈 值 , 给 出 表 7, 该 表 表 现 了 我 国 长 江 以 南 的 居 民对 上 述 4 个 指 数 的 体 感 状 态 . 同 时 上 述 报 告 中 引 用 的 资 料 表 明 , 居 民 能 进 入 睡 眠 时 的 阈 值 气 温应 在 27 28 之 间 , 计 算 了 室 内 相 应 的 体 感 温 度 、 体 表 温 度 、 不 适 指 数 和 着 衣 指 数 后 结 合 表7, 得 到 表 8. 该 表 扩 展 了 表 2 和 表 6 的 高 温 段 的 感 觉 分 类 , 可 作 为

45、 我 国 华 中 一 带 的 体 感 参 照 表 ,估 计 该 表 能 大 体 上 代 表 我 国 南 方 居 民 对 天 气 的 感 受 . 我 国 北 方 、 东 北 与 西 北 居 民 的 体 感 阈 值 还 有待 研 究 .表 7 中 暑 人 数 及 与 其 对 应 的 体 感 温 度 、 体 表 温 度 、 不 舒 适 指 数 和 着 衣 指 数中 暑 人 数 气 温 ( ) 相 对 湿 度 体 感 温 度 ( ) 体 表 温 度 ( ) 不 舒 适 指 数 着 衣 指 数开 始 有 中 暑 (中暑 人 数 10 人 )37 0. 40 30. 56 37. 23 81. 24 -

46、0. 6136. 5 0. 44 30. 19 37. 0 80. 63 - 0. 5335. 5 0. 58 30. 76 37. 0 81. 46 - 0. 42中 暑 人 数 较 多 (中暑 人 数 40 人 )36. 4 0. 52 31. 01 37. 2 81. 9 - 0. 5336. 0 0. 56 31. 4 37. 31 82. 5 - 0. 53中 暑 人 数 非 常 多(中 暑 人 数 80 人 )37. 0 0. 56 32. 28 37. 69 83. 85 - 0. 6438. 0 0. 44 31. 8 37. 71 83. 23 - 0. 74表 8 华 中

47、地 区 居 民 的 体 感 与 体 感 温 度 、 体 表 温 度 、 不 舒 适 指 数 和 着 衣 指 数体 感 体 感 温 度 ( ) 体 表 温 度 ( ) 不 舒 适 指 数 着 衣 指 数温 暖 22. 0 24. 0 30. 0 34. 4 70 72 1. 0 0. 5暑 热 25. 0 30. 0 35. 0 37. 0 72 80 0. 5 0. 0炎 热 30. 0 32. 0 37. 0 38. 0 80 82 0. 0酷 热 32. 0 38. 0 83 0. 0634 应 用 气 象 学 报 11 卷图 7 体 感 温 度 与 中 暑 人 数 关 系 图 8 体 表

48、 温 度 与 中 暑 人 数 关 系图 9 不 适 指 数 与 中 暑 人 数 关 系 图 10 着 衣 指 数 与 中 暑 人 数 的 关 系图 11 1997 年 6 月 9 日 14: 00 的 着 衣 指 数 的 预 报 值2 预 报上 述 4 个 指 数 的 预 报 问 题 可 归 结 为 气 温 、 相 对 湿 度 、 风 速 、 总 云 量 和 低 云 量 的 预 报 问题 , 具 体 实 施 中 , 我 们 调 整 了 MM 4 中 尺 度 区 域 天 气 预 报 模 式 的 有 关 参 数 , 使 其 在 地 面 层输 出 的 预 报 要 素 满 足 上 述 要 求 , 加 上 计 算 上 述 4 个 指 数 的 子 程 序 , 并 在 准 业 务 系 统 中 进7344 期 徐 大 海 等 : 人 对 温 度 、 湿 度 、 风 速 的 感 觉 与 着 衣 指 数 的 分 析 研 究行 了 试 验