Холодный ветер

Эта статья о метеорологическом эффекте «холодного ветра». Чтобы узнать о других значениях, см. Холод ветром (значения) .

Значения индекса охлаждения ветром для диапазона температур и скоростей ветра взяты из стандартной формулы охлаждения ветром Министерства окружающей среды Канады.

Охлаждение ветром (обычно фактор охлаждения ветром ) — это ощущение холода, создаваемое ветром при заданной температуре окружающего воздуха на открытых участках кожи, поскольку движение воздуха ускоряет скорость передачи тепла от тела к окружающей атмосфере. Ее значения всегда ниже температуры воздуха в диапазоне, где справедлива формула. Когда кажущаяся температура выше температуры воздуха, индекс тепла вместо нее используется .

Объяснение

Поверхность теряет тепло посредством проводимости , испарения , конвекции и излучения . Скорость конвекции зависит как от разницы температур между поверхностью и окружающей ее жидкостью, так и от скорости этой жидкости относительно поверхности. Как конвекция от теплой поверхности нагревается воздух вокруг нее, изолирующий пограничный слой против поверхности образуется теплого воздуха. Движение воздуха разрушает этот пограничный слой, или эпиклимат, унося теплый воздух, тем самым позволяя более холодному воздуху вытеснить теплый воздух на поверхность и увеличивая разницу температур в пограничном слое. Чем выше скорость ветра, тем быстрее охлаждается поверхность. Вопреки распространенному мнению , холод ветром не означает, насколько холодными становятся вещи, а они становятся такими же холодными, как и температура воздуха. Это означает, что радиаторы и трубы не могут замерзнуть, когда охлаждение ветром ниже нуля, а температура воздуха выше нуля.

Альтернативные подходы

Существует множество формул для охлаждения ветром, поскольку, в отличие от температуры, охлаждение ветром не имеет общепринятого стандартного определения или измерения. Все формулы пытаются качественно предсказать влияние ветра на температуру, которую воспринимает человек . Метеорологические службы в разных странах используют стандарты, уникальные для их страны или региона; например, метеорологические службы США и Канады используют модель, принятую Национальной метеорологической службой . Эта модель развивалась с течением времени.

Первые формулы и таблицы охлаждения ветром были разработаны Полом Оллманом Сайплом и Чарльзом Ф. Пасселем, работавшими в Антарктике перед Второй мировой войной. и были предоставлены Национальной метеорологической службой к 1970-м годам. Они основывались на скорости охлаждения небольшой пластиковой бутылки, когда ее содержимое превращалось в лед, когда она подвешивалась на ветру на крыше экспедиционной хижины, на том же уровне, что и анемометр . Так называемый индекс Windchill Index довольно хорошо показывает суровость погоды.

В 1960-х годах об охлаждении ветром начали сообщать как об эквивалентной температуре охлаждения ветром (WCET), которая теоретически менее полезна. Автор этого изменения неизвестен, но это не был Сипл или Пассель, как принято считать. Сначала его определяли как температуру, при которой индекс охлаждения ветром будет одинаковым при полном отсутствии ветра. Это привело к эквивалентным температурам, которые преувеличивали суровость погоды. Чарльз Иган понял, что люди редко стоят неподвижно и что даже когда штиль, есть некоторое движение воздуха. Он переопределил отсутствие ветра как скорость воздуха 1,8 метра в секунду (6,5 км / ч; 4,0 миль в час), что было примерно такой низкой скоростью ветра, которую мог измерить чашечный анемометр. Это привело к более реалистичным (более теплым) значениям эквивалентной температуры.

Оригинальная модель

Эквивалентная температура не использовалась повсеместно в Северной Америке до 21 века. До 1970-х годов в самых холодных частях Канады использовался первоначальный индекс охлаждения ветром, трех- или четырехзначное число с единицами измерения килокалорий /час на квадратный метр. Каждый человек калибровал шкалу чисел лично, на основе опыта. В таблице также представлены общие рекомендации по комфорту и опасности посредством пороговых значений индекса, таких как 1400, что является порогом обморожения .

Первоначальная формула индекса выглядела так:

$$WCI=\left(10{\sqrt {v}}-v+10.5\right)\cdot \left(33-T_{\mathrm {a} }\right),$$где:

• WCI = индекс охлаждения ветром, кг⋅кал/м ² /час
• v = скорость ветра, м/с
• Т _а = температура воздуха, °С

Индекс охлаждения ветром в Северной Америке и Великобритании

В ноябре 2001 года Канада, США и Великобритания внедрили новый индекс охлаждения ветром, разработанный учеными и медицинскими экспертами Объединенной группы действий по температурным индексам (JAG/TI). Она определяется путем итерации модели температуры кожи при различных скоростях и температурах ветра с использованием стандартных инженерных корреляций скорости ветра и интенсивности теплопередачи. Теплопередача была рассчитана для обнаженного лица на ветру, лицом к ветру, при движении по нему со скоростью 1,4 м/с (5,0 км/ч; 3,1 мили в час). Модель корректирует официально измеренную скорость ветра на скорость ветра на высоте лица, предполагая, что человек находится в открытом поле. Результаты этой модели могут быть аппроксимированы с точностью до одной степени с помощью следующих формул.

Стандартная формула охлаждения ветром для Министерства окружающей среды Канады :

$$T_{\mathrm {wc} }=13.12+0.6215T_{\mathrm {a} }-11.37v^{+0.16}+0.3965T_{\mathrm {a} }v^{+0.16},$$

где T _wc — индекс охлаждения ветром, основанный на температурной шкале Цельсия; Т _а — температура воздуха в градусах Цельсия; — v скорость ветра на стандартной высоте анемометра 10 м (33 фута) , в километрах в час.

Когда температура составляет -20 ° C (-4 ° F), а скорость ветра составляет 5 км/ч (3 мили в час), индекс охлаждения ветром равен -24. Если температура остается на уровне -20 ° C, а скорость ветра увеличивается до 30 км/ч (19 миль в час), индекс охлаждения ветром падает до -33.

Эквивалентная формула в обычных единицах США :

$$T_{\mathrm {wc} }=35.74+0.6215T_{\mathrm {a} }-35.75v^{+0.16}+0.4275T_{\mathrm {a} }v^{+0.16},$$

где T _wc — индекс охлаждения ветром, по шкале Фаренгейта; Т _а — температура воздуха в градусах Фаренгейта; — v скорость ветра в милях в час.

Температура ветра определяется только для температур не выше 10 °C (50 °F) и скорости ветра выше 4,8 км/ч (3,0 миль в час).

Когда температура воздуха падает, охлаждающий эффект любого присутствующего ветра увеличивается. Например, ветер со скоростью 16 км/ч (10 миль в час) понизит видимую температуру в большей степени при температуре воздуха -20 °C (-4 °F), чем ветер той же скорости, если бы температура воздуха была −10 ° C (14 ° F).

• 
  Индекс охлаждения ветром по Цельсию
• 
  Сравнение старых и новых значений охлаждения ветром при −15 °C (5 °F)
• 
  Калькулятор охлаждения ветром

WCET 2001 года представляет собой расчет стационарного состояния (за исключением оценок времени до обморожения). Существуют важные аспекты охлаждения ветром, зависящие от времени, поскольку охлаждение происходит наиболее быстро в начале любого воздействия, когда кожа еще теплая.

Видимая температура Австралии

Кажущаяся температура (AT), изобретенная в конце 1970-х годов, была разработана для измерения тепловых ощущений в помещении. В начале 1980-х годов он был расширен, включив в него влияние солнца и ветра. Используемый здесь индекс AT основан на математической модели взрослого человека, гуляющего на свежем воздухе в тени (Стедман, 1994). AT определяется как температура на эталонном уровне влажности, вызывающая такой же дискомфорт, как и при текущей температуре и влажности окружающей среды.

Формула является:

$$\mathrm {AT} =T_{\mathrm {a} }+0.33e-0.7v-4.00,$$

где:

• T _a — температура по сухому термометру (°C)
• e — давление водяного пара (гПа).
• v — скорость ветра (м/с) на высоте 10 м (33   фута).

Давление пара можно рассчитать по температуре и относительной влажности по уравнению: $$e={\frac {\mathrm {RH} }{100}}\cdot 6.105\cdot \exp {\left({\frac {17.27\cdot T_{\mathrm {a} }}{237.7+T_{\mathrm {a} }}}\right)},$$

где:

• T _a — температура по сухому термометру (°C)
• RH — относительная влажность (%)
• exp представляет показательную функцию

Австралийская формула включает важный фактор влажности и несколько более сложна, чем более простая североамериканская модель. Формула для Северной Америки была разработана для применения при низких температурах (до -46 °C или -50 °F), когда уровень влажности также низкий. Версия AT для жаркой погоды (1984 г.) используется Национальной метеорологической службой США. В Соединенных Штатах эта простая версия AT известна как индекс тепла .

Внешние ссылки

• Национальный центр атмосферных исследований Таблица температур охлаждения ветром в градусах Цельсия и Фаренгейта
• Текущая карта глобальных значений охлаждения ветром
• Калькулятор охлаждения ветром в Национальной метеорологической службе США