Vítr - Wind chill

Tento článek je o meteorologickém efektu "větrného mrazu". Pro jiná použití, vidět Vítr chlad (disambiguation) .
Tabulka hodnot chladného větru pro dané teploty vzduchu a rychlosti větru

Wind chill nebo windchill (populárně wind chill factor ) je snížení tělesné teploty v důsledku procházejícího proudění vzduchu o nižší teplotě.

U hodnot, kde je vzorec platný, jsou čísla větrných mrazů vždy nižší než teplota vzduchu. Pokud je zdánlivá teplota vyšší než teplota vzduchu, použije se místo toho tepelný index .

Vysvětlení

Povrch ztrácí teplo vedením , odpařováním , konvekcí a zářením . Rychlost proudění závisí jak na rozdílu teplot mezi povrchem a tekutinou, která jej obklopuje, tak na rychlosti této tekutiny vzhledem k povrchu. Jak proudění z teplého povrchu ohřívá vzduch kolem, vytváří se proti povrchu izolační mezní vrstva teplého vzduchu. Pohybující se vzduch narušuje tuto mezní vrstvu nebo epiklima, což umožňuje chladnějšímu vzduchu nahradit teplý vzduch proti povrchu. Čím vyšší je rychlost větru, tím lépe se povrch ochlazuje.

Alternativní přístupy

Pro větrný chlad existuje mnoho vzorců, protože na rozdíl od teploty nemá větrný chlad univerzálně dohodnuté standardní definice ani měření. Všechny vzorce se pokoušejí kvalitativně předpovědět účinek větru na teplotu, kterou lidé vnímají . Meteorologické služby v různých zemích používají standardy jedinečné pro jejich zemi nebo region; například americké a kanadské meteorologické služby používají model přijatý národní meteorologickou službou . Tento model se postupem času vyvíjel.

První vzorce a tabulky na ochlazení větru vyvinuli Paul Allman Siple a Charles F. Passel pracující v Antarktidě před druhou světovou válkou a byly dány k dispozici Národní meteorologickou službou v 70. letech minulého století. Byly založeny na rychlosti ochlazování malé plastové lahve, když se její obsah změnil na led, zatímco byl zavěšen ve větru na střeše expediční chaty, na stejné úrovni jako anemometr . Takzvaný Windchillův index poskytl docela dobrou indikaci závažnosti počasí.

V šedesátých letech minulého století se vítr začal chápat jako ekvivalentní teplota větru (WCET), což je teoreticky méně užitečné. Autor této změny není znám, ale nebyl to Siple nebo Passel, jak se obecně věří. Nejprve byla definována jako teplota, při které by byl index větrného chladu stejný při úplné nepřítomnosti větru. To vedlo k ekvivalentním teplotám, které přeháněly závažnost počasí. Charles Eagan si uvědomil, že lidé jsou jen zřídka v klidu a že i když byl klid, došlo k určitému pohybu vzduchu. Předefinoval nepřítomnost větru na rychlost vzduchu 1,8 metru za sekundu (6,5 km/h; 4,0 mph), což byla asi tak nízká rychlost větru, jakou mohl měřit pohárový anemometr. To vedlo k realističtějším (teplejším) hodnotám ekvivalentní teploty.

Originální model

Ekvivalentní teplota nebyla v Severní Americe univerzálně používána až do 21. století. Do 70. let 20. století vykazovaly nejchladnější části Kanady původní Wind Chill Index, tří nebo čtyřciferné číslo s jednotkami kilokalorií/hodinu na metr čtvereční. Každý jedinec kalibroval stupnici čísel osobně, prostřednictvím zkušeností. Graf také poskytl obecné pokyny pro pohodlí a nebezpečí prostřednictvím prahových hodnot indexu, například 1400, což byl práh pro omrzliny .

Původní vzorec pro index byl:

kde:

  • WCI = index chladného větru, kg*cal /m 2 /h
  • v = rychlost větru, m/s
  • T = teplota vzduchu, ° C

Severoamerický a britský index větrných mrazů

V listopadu 2001 zavedly Kanada, Spojené státy a Spojené království nový index větrných mrazů vyvinutý vědci a lékařskými odborníky na Společné akční skupině pro teplotní indexy (JAG/TI). Je určena iterací modelu teploty pokožky při různých rychlostech a teplotách větru pomocí standardních technických korelací rychlosti větru a rychlosti přenosu tepla. Přenos tepla byl vypočítán pro holý obličej ve větru, čelící větru, při chůzi do něj rychlostí 1,4 metru za sekundu (5,0 km/h; 3,1 mph). Model koriguje oficiálně naměřenou rychlost větru na rychlost větru ve výšce obličeje za předpokladu, že se osoba nachází v otevřeném poli. Výsledky tohoto modelu lze aproximovat do jednoho stupně z následujícího vzorce:

Standardní vzorec pro chlazení větrem pro Environment Canada je:

kde T wc je index chladu větru, založený na teplotní stupnici Celsia; T je teplota vzduchu ve stupních Celsia; a v je rychlost větru ve standardní výšce anemometru 10 m (33 stop) v kilometrech za hodinu.

Když je teplota -20 ° C (-4 ° F) a rychlost větru je 5 km/h (3,1 mph), index větrného mrazu je -24. Pokud teplota zůstane na -20 ° C a rychlost větru se zvýší na 30 km/h (19 mph), index ochlazování větrem klesne na -33.

Ekvivalentní vzorec v amerických obvyklých jednotkách je:

kde T wc je index chladu větru, založený na stupnici Fahrenheita; T je teplota vzduchu ve stupních Fahrenheita, a v je rychlost větru v mil za hodinu.

Teplota větru je definována pouze pro teploty 10 ° C nebo nižší a rychlost větru vyšší než 4,8 kilometru za hodinu (3,0 mph).

S klesající teplotou vzduchu se zvyšuje mrazivý účinek jakéhokoli přítomného větru. Například vítr o rychlosti 16 km/h (9,9 mph) sníží zdánlivou teplotu o širší rozpětí při teplotě vzduchu −20 ° C (−4 ° F), než vítr stejné rychlosti, pokud by teplota vzduchu bylo -10 ° C (14 ° F).

  • Graf stupňů chladu větru pro rychlost větru a teplotu vzduchu

    Celsiový chladový index větru

  • Graf porovnávající hodnoty „starého“ a „nového“ chladu podle rychlosti větru při teplotě vzduchu 15 ° C

    Porovnání hodnot starého a nového větru při -15 ° C (5 ° F)

  • Obrázek manuální kalkulačky chladu větru

    Vítr chlad kalkulačka

WCET z roku 2001 je výpočet v ustáleném stavu (kromě odhadů doby do omrzlin). Chlazení větrem má významné časově závislé aspekty, protože ochlazení je nejrychlejší na začátku jakékoli expozice, když je pokožka ještě teplá.

Zdánlivá australská teplota

Zdánlivá teplota (AT), vynalezená na konci 70. let, byla navržena pro měření tepelného pocitu ve vnitřních podmínkách. Na začátku 80. let byl rozšířen o působení slunce a větru. Zde použitý index AT je založen na matematickém modelu dospělého člověka, který chodí venku, ve stínu (Steadman 1994). AT je definován jako; teplota na referenční úrovni vlhkosti, která produkuje stejné množství nepohodlí, jaké se vyskytovalo při aktuální okolní teplotě a vlhkosti.

Vzorec je:

kde:

  • T = teplota suchého teploměru (° C)
  • e = tlak vodní páry (hPa)
  • v = rychlost větru (m/s) v nadmořské výšce 10 m

Tlak par lze vypočítat z teploty a relativní vlhkosti pomocí rovnice:

Kde:

T = teplota suchého teploměru (° C)
RH = relativní vlhkost (%)
exp představuje exponenciální funkci

Australský vzorec obsahuje důležitý faktor vlhkosti a je poněkud více zapojen než jednodušší severoamerický model. Severoamerický vzorec byl navržen tak, aby byl aplikován při nízkých teplotách (až -46 ° C nebo -50 ° F), když jsou také nízké úrovně vlhkosti. Verzi AT pro horké počasí (1984) používá Národní meteorologická služba ve Spojených státech. Ve Spojených státech je tato jednoduchá verze AT známá jako tepelný index .

Reference

externí odkazy