Índice de calor

El índice de calor (HI) es un índice que combina la temperatura del aire y la humedad relativa, en áreas sombreadas, para postular una temperatura equivalente percibida por el ser humano, como qué tan caliente se sentiría si la humedad fuera algún otro valor a la sombra. El resultado también se conoce como "temperatura del aire sentida", "temperatura aparente", "sensación real" o "se siente como". Por ejemplo, cuando la temperatura es de 32 °C (90 °F) con una humedad relativa del 70 %, el índice de calor es de 41 °C (106 °F). La humedad en la que el índice de calor se siente como sí mismo normalmente no se indica. El ejemplo del índice de calor en este caso, 41 °C, se siente como 41 °C solo cuando la humedad es del 21 %.

El cuerpo humano normalmente se enfría por la transpiración o sudoración. El calor se elimina del cuerpo por evaporación de ese sudor. Sin embargo, una humedad relativa alta reduce la tasa de evaporación. Esto da como resultado una menor tasa de eliminación de calor del cuerpo, por lo tanto, la sensación de sobrecalentamiento. Este efecto es subjetivo, con diferentes individuos percibiendo el calor de manera diferente por varias razones (como diferencias en la forma del cuerpo, diferencias metabólicas, diferencias en hidratación, embarazo, menopausia, efectos de drogas o abstinencia de drogas); su medición se ha basado en descripciones subjetivas de cómo se sienten los sujetos calientes para una temperatura y humedad determinadas. Esto da como resultado un índice de calor que relaciona una combinación de temperatura y humedad con otra.

Debido a que el índice de calor se basa en las temperaturas a la sombra, mientras que las personas suelen moverse por áreas soleadas, el índice de calor puede arrojar una temperatura mucho más baja que las condiciones reales de las actividades típicas al aire libre. Además, para las personas que hacen ejercicio o están activas, en ese momento, el índice de calor podría dar una temperatura más baja que las condiciones sentidas.

Historia

El índice de calor fue desarrollado en 1979 por Robert G. Steadman. Al igual que el índice de sensación térmica, el índice de calor contiene suposiciones sobre la masa y la altura del cuerpo humano, la vestimenta, la cantidad de actividad física, la tolerancia individual al calor, la exposición a la luz solar y a la radiación ultravioleta, y la velocidad del viento. Las desviaciones significativas de estos darán como resultado valores de índice de calor que no reflejan con precisión la temperatura percibida.

En Canadá, se usa el humidex similar (una innovación canadiense introducida en 1965) en lugar del índice de calor. Mientras que tanto el humidex como el índice de calor se calculan usando el punto de rocío, el humidex usa un punto de rocío de 7 °C (45 °F) como base, mientras que el índice de calor usa una base de punto de rocío de 14 °C (57 °F). Además, el índice de calor usa ecuaciones de balance de calor que tienen en cuenta muchas variables además de la presión de vapor, que se usa exclusivamente en el cálculo de humidex. Desde entonces, se disolvió un comité conjunto formado por Estados Unidos y Canadá para resolver las diferencias.

Definición

El índice de calor de una combinación determinada de temperatura (de bulbo seco) y humedad se define como la temperatura de bulbo seco que se sentiría igual si la presión del vapor de agua fuera de 1,6 kPa. Citando a Steadman, "Así, por ejemplo, una temperatura aparente de 24 °C (75 °F) se refiere al mismo nivel de bochorno y los mismos requisitos de vestimenta que una temperatura de bulbo seco de 24 °C (75 °F). °F) con una presión de vapor de 1,6 kPa."

Esta presión de vapor corresponde, por ejemplo, a una temperatura del aire de 29 °C (84 °F) y una humedad relativa del 40 % en la tabla psicrométrica del nivel del mar, y en la tabla de Steadman al 40 % de HR aparente la temperatura es igual a la temperatura real entre 26 y 31 °C (79–88 °F). A presión atmosférica estándar (101,325 kPa), esta línea de base también corresponde a un punto de rocío de 14 °C (57 °F) y una relación de mezcla de 0,01 (10 g de vapor de agua por kilogramo de aire seco).

Un valor dado de humedad relativa provoca mayores aumentos en el índice de calor a temperaturas más altas. Por ejemplo, a aproximadamente 27 °C (81 °F), el índice de calor coincidirá con la temperatura real si la humedad relativa es del 45 %, pero a 43 °C (109 °F), cualquier lectura de humedad relativa superior al 18 % hará que el índice de calor supere los 43 °C.

Se ha sugerido que la ecuación descrita es válida solo si la temperatura es de 27 °C (81 °F) o más. El umbral de humedad relativa, por debajo del cual un cálculo del índice de calor arrojará un número igual o inferior a la temperatura del aire (un índice de calor más bajo generalmente se considera inválido), varía con la temperatura y no es lineal. El umbral se establece comúnmente en un 40% arbitrario.

El índice de calor y su contraparte, el humidex, tienen en cuenta solo dos variables, la temperatura de la sombra y la humedad atmosférica (humedad), por lo que brindan solo una estimación limitada del confort térmico. Factores adicionales como el viento, la luz del sol y la elección de ropa individual también afectan la temperatura percibida; estos factores se parametrizan como constantes en la fórmula del índice de calor. Se supone que el viento, por ejemplo, es de 5 nudos (9,3 km/h). El viento que pasa sobre la piel mojada o sudorosa provoca la evaporación y un efecto de sensación térmica que el índice de calor no mide. El otro factor importante es la luz del sol; estar de pie bajo la luz solar directa puede sumar hasta 15 °F (8,3 °C) al calor aparente en comparación con la sombra. Ha habido intentos de crear una temperatura aparente universal, como la temperatura del globo de bulbo húmedo, la 'temperatura exterior relativa', la 'sensación' o el 'RealFeel' patentado. 34;.

Consideraciones meteorológicas

Al aire libre en condiciones abiertas, a medida que aumenta la humedad relativa, primero se desarrolla una neblina y, finalmente, una capa de nubes más espesa, lo que reduce la cantidad de luz solar directa que llega a la superficie. Por lo tanto, existe una relación inversa entre la temperatura máxima potencial y la humedad relativa máxima potencial. Debido a este factor, alguna vez se creyó que la lectura del índice de calor más alto que se podía alcanzar en cualquier parte de la Tierra era de aproximadamente 71 °C (160 °F). Sin embargo, en Dhahran, Arabia Saudita, el 8 de julio de 2003, el punto de rocío era de 35 °C (95 °F) mientras que la temperatura era de 42 °C (108 °F), lo que resultaba en un índice de calor de 81 °C (178 °F). F).

El cuerpo humano requiere refrigeración por evaporación para evitar el sobrecalentamiento. La temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de globo de bulbo húmedo se utilizan para determinar la capacidad de un cuerpo para eliminar el exceso de calor. Una temperatura de bulbo húmedo sostenida de aproximadamente 35 °C (95 °F) puede ser fatal para las personas sanas; a esta temperatura, nuestros cuerpos pasan de arrojar calor al medio ambiente a obtener calor de él. Por lo tanto, una temperatura de bulbo húmedo de 35 °C (95 °F) es el umbral más allá del cual el cuerpo ya no puede enfriarse adecuadamente.

Tabla de valores

La siguiente tabla es de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU. Las columnas comienzan a 80 °F (27 °C), pero también hay un efecto de índice de calor a 79 °F (26 °C) y temperaturas similares cuando hay mucha humedad.

Por ejemplo, si la temperatura del aire es de 96 °F (36 °C) y la humedad relativa es del 65 %, el índice de calor es de 121 °F (49 °C)

Efectos del índice de calor (valores de sombra)

Índice de calor para temperatura en °C con rangos de precaución/peligro sombreados

La exposición a pleno sol puede aumentar los valores del índice de calor hasta en 8 °C (14 °F).

Fórmula

Comparación de valores del índice de calor del NWS (circles) con la aproximación de fórmula (curves). En el archivo SVG, pasar por encima de un gráfico para destacarlo.

Hay muchas fórmulas ideadas para aproximarse a las tablas originales de Steadman. anderson et al. (2013), NWS (2011), Jonson y Long (2004) y Schoen (2005) tienen residuos menores en este orden. Los dos primeros son un conjunto de polinomios, pero el tercero es por una sola fórmula con funciones exponenciales.

La siguiente fórmula se aproxima al índice de calor en grados Fahrenheit, con una precisión de ±1,3 °F (0,7 °C). Es el resultado de un ajuste multivariable (temperatura igual o superior a 80 °F (27 °C) y humedad relativa igual o superior al 40%) a un modelo del cuerpo humano. Esta ecuación reproduce la tabla anterior del Servicio Meteorológico Nacional de la NOAA (excepto que los valores a 90 °F (32 °C) y 45 %/70 % de humedad relativa varían sin redondear menos de ±1, respectivamente).

HI=c1+c2T+c3R+c4TR+c5T2+c6R2+c7T2R+c8TR2+c9T2R2{displaystyle mathrm {HI} =c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}

• HI = índice de calor (en grados Fahrenheit)
• T = temperatura ambiente de beb seco (en grados Fahrenheit)
• R = humedad relativa (valor de porcentaje entre 0 y 100)
• c1=− − 42.379,c2=2.04901523,c3=10.14333127,c4=− − 0.22475541,c5=− − 6.83783× × 10− − 3,c6=− − 5.481717× × 10− − 2,c7=1.22874× × 10− − 3,c8=8.5282× × 10− − 4,c9=− − 1.99× × 10− − 6.{displaystyle {begin{aligned}c_{1} limit=-42.379, limitc_{2} limit=2.049,015,23, recurc_{3} correspond=10.143,331,27,c_{4} limit=-0.224,755,41, limitc_{5} 10^{-3}, limitadac_{6} tarde=-5.481,717times 10^{-2},c_{7} tarde=1.228,74times 10^{-3}, limitadac_{8} tarde=8.5282times 10^{-4}, limitadac_{9} limit=-1.99times 10^{-6}end{aligned}}

  

Los siguientes coeficientes se pueden usar para determinar el índice de calor cuando la temperatura se da en grados Celsius, donde

• HI = índice de calor (en grados Celsius)
• T = temperatura ambiente de beb seco (en grados Celsius)
• R = humedad relativa (valor de porcentaje entre 0 y 100)

c1=− − 8.78469475556,c2=1.61139411,c3=2.33854883889,c4=− − 0.14611605,c5=− − 0,012308094,c6=− − 0,0164248277778,c7=2.211732× × 10− − 3,c8=7.2546× × 10− − 4,c9=− − 3.582× × 10− − 6.{fnMicrosoft Sans Serif} 10^{-3}, limitadac_{8} tarde=7.2546times 10^{-4}, limitadac_{9} limit=-3.582times 10^{-6}end{aligned}}

Un conjunto alternativo de constantes para esta ecuación que está dentro de ±3 °F (1,7 °C) de la tabla maestra de NWS para todas las humedades de 0 a 80 % y todas las temperaturas entre 70 y 115 °F (21–46 ° C) y todos los índices de calor por debajo de 150 °F (66 °C) es:

c1=0,363445176,c2=0.988622465,c3=4.777114035,c4=− − 0.114037667,c5=− − 8.50208× × 10− − 4,c6=− − 2.0716198× × 10− − 2,c7=6.87678× × 10− − 4,c8=2.74954× × 10− − 4,c9=0.{displaystyle {begin{aligned}c_{1} limit=0.363,445,176, quedac_{2} correspond=0.988,622,465, postulac_{3} implica=4.777,114,035,c_{4} limit=0.114,037,667, eventualc_{5}08= 10^{-4}, limitadac_{6} tarde=-2.071,6198times 10^{-2},c_{7} tarde=6.876,78times 10^{-4}, limitadac_{8} tarde=2.749,54times 10^{-4}, recurc_{9} limit=0.end{aligned}}

Otra alternativa es esta:

HI=c1+c2T+c3R+c4TR+c5T2+c6R2+c7T2R+c8TR2+c9T2R2++c10T3+c11R3+c12T3R+c13TR3+c14T3R2+c15T2R3+c16T3R3{displaystyle {begin{aligned}mathrm {HI} [=c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}R^{2}+\\qdquad {}+c_{10}T^{3}+c_{11}R^{3}+c_{12}T^{3}R+c_{13}TR^{3}+c_{14}T^{2}+c_{2}T^{2} {2}R^{3}+c_{16}T^{3} {3}}} {3}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {3}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}} {}}}}}} {}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}

c1=16.923,c2=0.185212,c3=5.37941,c4=− − 0.100254,c5=9.41695× × 10− − 3,c6=7.28898× × 10− − 3,c7=3.45372× × 10− − 4,c8=− − 8.14971× × 10− − 4,c9=1.02102× × 10− − 5,c10=− − 3.8646× × 10− − 5,c11=2.91583× × 10− − 5,c12=1.42721× × 10− − 6,c13=1.97483× × 10− − 7,c14=− − 2.18429× × 10− − 8,c15=8.43296× × 10− − 10,c16=− − 4.81975× × 10− − 11.{displaystyle {begin{aligned}c_{1} limit=16.923, correspond_{2} simultáneamente=0.185,212, implicac_{3} limit=5.379,41, limitc_{4} limit=-0.100,254,c_{5} limit=9.416,95times 10^{-3}, limitadac_{6} tarde=7.288,98times 10^{-3}, recurc_{7} limit=3.453,72times 10^{-4}, limitadac_{8} tarde=-8.149,71times 10^{-4},c_{9} 10^{-5}, limitadac_{10} tarde=-3.8646times 10^{-5}, limitadac_{11} limit=2.915,83times 10^{-5}, limitadac_{12} tarde=1.427,21times 10^{-6},c_{13} tarde=1.974,83times 10^{-7}, limitadac_{14} tarde=-2.184,29times 10^{-8}, limitadac_{15} limit=8.432,96times 10^{-10}, implicac_{16}=-4.819,75times 10^{-11}end{aligned}}}}}

Por ejemplo, usando esta última fórmula, con una temperatura de 90 °F (32 °C) y una humedad relativa (HR) del 85 %, el resultado sería: Índice de calor para 90 °F, HR 85 % = 114,9.

Limitaciones

El índice de calor no funciona bien en condiciones extremas, como la sobresaturación del aire, cuando el aire está saturado con agua en más del 100 %. David Romps, físico y climatólogo de la Universidad de California, Berkeley, y su estudiante de posgrado Yi-Chuan Lu, descubrieron que el índice de calor subestimaba la gravedad de las olas de calor intensas, como la ola de calor de Chicago en 1995. Otros problemas con el índice de calor incluyen la falta de disponibilidad de datos precisos de humedad en muchas regiones geográficas, suponiendo que la persona está sana y tiene fácil acceso al agua y la sombra.