Jaka będzie temperatura odczuwalna?

Opracowanie: dr Joanna Wieczorek, IMGW-PIB CMM

Każdego dnia, niezależnie od miejsca pobytu, ciało człowieka funkcjonuje w środowisku termicznym. Pomiar temperatury powietrza dostarcza nam cząstkowych informacji na temat fizycznych właściwości tego środowiska. Na jego podstawie możemy jedynie pośrednio szacować jakiego rodzaju odczucia (termiczne) mogą zostać wyzwolone w naszym ciele. Dlaczego? Ponieważ pogoda działa na nasz organizm kompleksowo, a zmiana któregoś z elementów meteorologicznych może istotnie rzutować na przebieg procesów termoregulacji i nasz subiektywny odbiór pola termicznego (warstwy powietrza otaczającej nasze ciało). Wiele dodatkowych czynników może warunkować naszą percepcję. Zatem odpowiedź na konkretne pytanie: jaka jest temperatura odczuwalna? bywa złożona, a zwykle rozpoczyna się od stwierdzenia „To zależy”.

I na początek właśnie o tym – by dobrze rozeznać czym jest temperatura odczuwalna oraz odczucie termiczne.

„Jakaś inna” temperatura powietrza

Często warunki termiczne, jakich doznajemy po wyjściu na zewnątrz, wydają się nam odmienne w stosunku do tych, jakich spodziewaliśmy się doświadczyć. Zwłaszcza gdy sugerujemy się jedynie wartością temperatury powietrza z pomiarów czy jej prognozą. Warto wspomnieć, że ten parametr w serwisach meteorologicznych może być również podawany z wykorzystaniem kilku charakterystyk. Jako wartości temperatury powietrza: ¹⁾ terminowe (inaczej godzinowe) – czyli te z pomiarów na stacji o konkretnej godzinie (przykład: https://cmm.imgw.pl/cmm/?page_id=7422) lub prognostyczne z modeli numerycznych na ustalony punkt w czasie (https://cmm.imgw.pl/cmm/?page_id=7664 ) lub ²⁾ekstrema termiczne – czyli wartości temperatury maksymalnej Tmax i minimalnej Tmin w ciągu doby termicznej (w pomiarach WMO 18-18UTC). Zwykle ich występowanie ma ustalony przebieg w ciągu doby, uwarunkowany nasłonecznieniem i wypromieniowaniem ciepła z podłoża. Natomiast w dniach z przejściem frontu atmosferycznego terminy występowania Tmax i Tmin mogą być odmienne.

Wychodząc rano na zewnątrz warto mieć na względzie, że ta najwyższa, prognozowana wartość temperatury powietrza, może wystąpić dopiero późnym popołudniem. I może charakteryzować warunki termiczne jedynie w bardzo ograniczonym przedziale czasu.

Termiczne rozczarowanie

Termiczne rozczarowanie może nastąpić również, gdy nie uwzględnimy, że temperatura powietrza, a przede wszystkim nasz subiektywny jej odbiór, podlegają zmianie w czasie. Wynika to z percepcji warunków termicznych i konstrukcji termoreceptorów zlokalizowanych w skórze.

Nie potrafią one wskazać precyzyjnie jaką wartością opisać środowisko termiczne w otoczeniu. Analizują jedynie pojawienie się odczucia zimna lub ciepła. Dlatego początkowo możemy nie odczuwać jeszcze intensywnie chłodzącego wpływu środowiska. Dopiero po kilku minutach, gdy temperatura powierzchni skóry ulegnie zmianie, może okazać się, że pojawi się odczucie chłodu, a w kolejnych minutach odczucia będą szybciej się zmieniać. Zwykle największe zmiany temperatury powierzchni skóry, zwłaszcza nieosłoniętych części ciała, następują w pierwszych 15 minutach ekspozycji (Rys. 1). Na odbiór warunków termicznych będą miały również wpływ nasze poprzednie doświadczenia. Im większy kontrast pomiędzy bieżącymi, a poprzednimi warunkami, tym surowsza może być ich subiektywna ocena. Z tych względów chwilowa i subiektywna ocena Użytkownika może nie korespondować z oceną warunków termicznych, która powstała na podstawie pomiarów temperatury powietrza czy szacunków temperatury odczuwalnej.

Rysunek 1. Eksperymentalne i modelowane zmiany temperatury powierzchni skóry A) w kontrolowanych warunkach, przy temperaturze 12, 15 i 17°C (^[1]Du i in. 2015) oraz B) modelowane w warunkach ekspozycji na temperaturę powietrza 0°C i -20°C dla prędkości wiatru 2, 12 i 20 m/s oraz z zastosowaniem odzieży 1 lub 2.4 clo, opracowanie własne

Odbiór warunków termicznych

Na subiektywny odbiór temperatury otoczenia duży wpływ mają pozostałe parametry meteorologiczne. Najważniejszym jest promieniowanie słoneczne (krótkofalowe) oraz długofalowe – cieplne, w postaci strumienia ciepła zwrotnego z atmosfery i podłoża. Natomiast ich pomiary bywają ograniczone i dlatego trudno modelować ich jednostkowy wpływ na wartość subiektywnego odczucia w danej chwili. Ważnymi elementami meteorologicznymi przy szacowaniu temperatury odczuwalnej są prędkość wiatru i wilgotność powietrza. Kształtują one przebieg podstawowych procesów wymiany ciepła między ciałem człowieka, a jego otoczeniem i dlatego wpływają na odczucia termiczne. Więcej na temat procesów fizycznych wymiany ciepła i termoregulacji opisano w numerze specjalnym Obserwatora IMGW, str 14-21: https://www.imgw.pl/sites/default/files/2023-06/imgw-obserwator-10_2023-v2.pdf

Rysunek 2. Zróżnicowanie (a) i średnie (b) odczucie termiczne badanych po jednej (czerwona przerywana), dwóch i trzech godzinach (niebieskie kwadraty) pobytu w kontrolowanych warunkach termicznych i wilgotności względnej powietrza zmiennej w zakresie 15-85% [Fiala, 1998]^[2]

W dotychczasowych badaniach komfortu termicznego zostało dowiedzione, że ta sama wartość temperatury powietrza w otoczeniu może generować szerokie spektrum oceny komfortu termicznego przez badanych (Rys.2). Zwykle wraz z wydłużeniem pobytu w danych warunkach termicznych subiektywna ich ocena staje się bardziej surowa. Można również wskazać, że powyżej progu termicznego 26 stopni Celsjusza u większość badanych wyzwalane będą odczucia powyżej progu komfortu termicznego. Czynnikiem wyzwalającym odbiór środowiska termicznego jako „cieplejsze” jest również wilgotność powietrza – im wyższa temperatura i wilgotność powietrza, tym bardziej obciążające warunki (ograniczone wypromieniowanie nadmiaru ciepła), a temperatura odczuwalna może przyjmować wartości większe niż temperatura powietrza.

Rysunek 3.(a) Zmiany odczucia termicznego w zależności od wilgotności względnej powietrza oraz (b) zmiany temperatury rektalnej w zależności od prędkości wiatru i poziomu aktywności fizycznej [Fiala, 1998]

Wiatr ma natomiast istotny wpływ na chłodzenie powierzchni ciała, modeluje konwekcję i wpływa na intensywniejsze odprowadzanie ciepła do otoczenia, dlatego skutecznie obniża wartość temperatury odczuwalnej względem temperatury powietrza.

Jak szacować temperaturę odczuwalną i jak powstaje nasza prognoza

Temperaturę odczuwalną oblicza się korzystając ze wzorów teoretycznych. Wybór możliwych do zastosowania formuł jest szeroki. Uwzględniają one zróżnicowane zakresy termiczne i zmienną rangę wpływu poszczególnych elementów meteorologicznych na kształtowanie odczuć termicznych (więcej w artykule z linka powyżej). Nie ma jednej, zunifikowanej formuły na obliczanie potencjalnej temperatury odczuwalnej. Poszczególne służby meteorologiczne adaptują formuły zależnie do specyfiki lokalnego klimatu i przyjętych założeń. Popularnym rozwiązaniem, zwłaszcza w regionach o sezonowym zróżnicowaniu warunków meteorologicznych, jest stosowanie zestawu wzorów. Taki model wdrożono również w naszych opracowaniach.

Zgodnie z przyjętą przez nas definicją TEMPERATURA ODCZUWALNA wskazuje wartość temperatury otaczającej warstwy powietrza, do jakiej można przyrównać warunki termiczne odbierane przez człowieka w danej sytuacji pogodowej. Jest to pewne przybliżenie, bowiem zależnie od cech osobniczych, percepcja warunków termicznych jest kwestią subiektywną (Rys.2).

Za podstawowy przyjęliśmy model komfortu termicznego Steadmana, tj. uwzględniający wpływ ciśnienia pary wodnej i przepływu powietrza w modelowaniu strumieni wymiany ciepła między ciałem a otoczeniem (Rys.3). W warunkach środowiska zimnego (gdy temperatura powietrza nie przekracza 10 stopni Celsjusza) wartości temperatury odczuwalnej podajemy z uwzględnieniem wskaźnika Wind Chill Temperature. Gdy temperatura powietrza przekracza 26°C obliczamy Heat Index.

Nasza predykcja temperatury odczuwalnej nie uwzględnia wpływu bezpośredniego promieniowania słonecznego, stąd prezentowane wartości należy traktować jako temperaturę odczuwalną w cieniu. Zgodnie z opisem zamieszczonym na ramce prognozy. W warunkach słonecznego dnia, gdy dopływ promieniowania słonecznego jest znaczny (Słońce znajduje się wysoko nad horyzontem, a ten nie jest zasłonięty przez inne obiekty, gdy niebo jest bezchmurne) temperatura odczuwalna i odczucie termiczne będzie znacznie wyższe, nawet o 10 stopni.

Rys. 4. Aktualna temperatura odczuwalna na podstawie pomiarów w sieci stacji meteorologicznych IMGW-PIB

Jak najlepiej korzystać z analiz i prognozy temperatury odczuwalnej?

Zawsze warto spojrzeć na który termin została opracowana mapa. Aktualną temperaturę odczuwalną obliczamy z zestawu danych z terminu – czyli uwzględniamy ogół warunków meteorologicznych w danym miejscu i czasie. Jeśli interesuje Cię prognoza temperatury odczuwalnej, to zwróć dodatkowo uwagę z jakiego modelu wprowadzono dane początkowe i o której godzinie nastąpił start modelu. Takie informacje podane są w stopce grafiki. Temperaturę odczuwalną zawsze liczymy tak samo w ustalonych przedziałach termicznych. Natomiast, zależnie od modelu i terminu startu prognozy, dane wejściowe o temperaturze powietrza oraz o innych elementach meteorologicznych mogą się od siebie różnić. I stąd mogą się również pojawić różnice wartości temperatury odczuwalnej pomiędzy opracowaniami.

 

1. Du X, Li B, Liu H, Yang D, Yu W, et al. (2014) The Response of Human Thermal Sensation and Its Prediction to Temperature Step-Change (Cool-Neutral-Cool). PLoS ONE 9(8): e104320. doi:10.1371/journal.pone.0104320 ↑

2. Fiala D., 1998: Dynamic Simulation of Human Heat Transfer and Thermal Comfort, PhD Thesis https://core.ac.uk/download/pdf/2749294.pdf ↑

---

Udostępnij