Índice de calor

A temperature index that accounts for the effects of humidity

Humedad e higrometría
Conceptos específicos
Absoluto  / Específico  / Relativo Punto de rocío ( depresión ) Psicrometría
Conceptos generales
Aire Concentración Densidad Rocío Evaporación Almacenamiento en búfer de humedad ( Atm. ) Presión Agua líquida Ley de Avogadro Nucleación Equilibrio termodinámico
Medidas e instrumentos
Índice de calor Se sentó. vap. densidad Proporción de mezcla Actividad acuática Indicador H. tarjeta Higrómetro Temperatura de bulbo seco / húmedo
v t mi

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 los humanos, como qué tan caliente se sentiría si la humedad fuera algún otro valor en la sombra. El resultado también se conoce como "temperatura del aire sentido", " temperatura aparente ", "sensación real" o "sensación". Por ejemplo, cuando la temperatura es de 32 ° C (90 ° F) con 70% de humedad relativa, el índice de calor es de 41 ° C (106 ° F).

El cuerpo humano normalmente se enfría por la transpiración o el sudor. El calor se elimina del cuerpo mediante la evaporación de ese sudor. Sin embargo, la humedad relativa alta reduce la tasa de evaporación. Esto da como resultado una menor tasa de eliminación de calor del cuerpo, de ahí la sensación de estar sobrecalentado. Este efecto es subjetivo, ya que diferentes individuos perciben el calor de manera diferente por diversas razones (como diferencias en la forma del cuerpo, diferencias metabólicas, diferencias en hidratación, embarazo , menopausia , efectos de las drogas y / o abstinencia de drogas).); su medición se ha basado en descripciones subjetivas de cómo se sienten los sujetos calientes a 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 en la sombra, mientras que las personas a menudo se mueven a través de áreas soleadas, el índice de calor puede dar una temperatura mucho más baja que las condiciones reales de las actividades típicas al aire libre. Además, para las personas que hacen ejercicio o que están activas, en ese momento, el índice de calor podría dar una temperatura más baja que las condiciones del sentido.

Historia

El índice de calor fue desarrollado en 1979 por Robert G. Steadman. ^{[1] [2]} Al igual que el índice de sensación térmica, el índice de calor contiene supuestos sobre la masa y altura del cuerpo humano, la ropa, la cantidad de actividad física, la tolerancia individual al calor, la exposición a la luz solar y la radiación ultravioleta y la velocidad del viento. Las desviaciones significativas de estos darán como resultado valores del índice de calor que no reflejan con precisión la temperatura percibida. ^[3]

En Canadá , el humidex similar (una innovación canadiense introducida en 1965) ^[4] se utiliza 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 utiliza ecuaciones de balance de calor que dan cuenta de muchas variables distintas de la presión de vapor, que se utiliza exclusivamente en el cálculo de humidex. Un comité conjunto ^{[ ¿quién? ]} formado por los Estados Unidos y Canadá para resolver diferencias desde entonces se ha disuelto. ^{[ cita requerida ]}

Definición

El índice de calor de una combinación dada 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, como una temperatura de bulbo seco de 24 ° C (75 ° F) con una presión de vapor de 1,6 kPa ". ^[1]

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 la temperatura aparente es igual a la temperatura real. entre 26–31 ° 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 proporción de mezcla de 0.01 (10 g de vapor de agua por kilogramo de aire seco). ^[1]

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 más alta que 43 ° C . ^[5]

Se ha sugerido que la ecuación descrita es válida solo si la temperatura es de 27 ° C (81 ° F) o más. ^[6] El umbral de humedad relativa, por debajo del cual un cálculo del índice de calor arrojará un número igual o menor que 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. ^[5]

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 solo proporcionan una estimación limitada del confort térmico . Factores adicionales como el viento, el 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). ^{[5] El} viento que pasa sobre la piel húmeda o sudorosa provoca la evaporación y un efecto de sensación térmica que el índice de calor no mide. El otro factor importante es el sol; estar de pie bajo la luz solar directa puede agregar hasta 15 ° F (8.3 ° C) al calor aparente en comparación con la sombra. ^[7] 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 .

Consideraciones meteorológicas

Al aire libre en condiciones abiertas, a medida que aumenta la humedad relativa, se desarrolla primero neblina y finalmente una capa de nubes más espesa, lo que reduce la cantidad de luz solar directa que llega a la superficie. Por tanto, existe una relación inversa entre la temperatura potencial máxima y la humedad relativa potencial máxima. Debido a este factor, una vez se creyó que la lectura de índice de calor más alto que se podía alcanzar en cualquier lugar 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 resultó en un índice de calor de 78 ° C (172 ° F). F). ^[8]

El cuerpo humano requiere enfriamiento 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. ^[9] 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. ^[10]

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.

Servicio meteorológico nacional de la NOAA : índice de calor

tempera- tura Humedad relativa	80 ° F (27 ° C)	82 ° F (28 ° C)	84 ° F (29 ° C)	86 ° F (30 ° C)	88 ° F (31 ° C)	32 ° C (90 ° F)	92 ° F (33 ° C)	94 ° F (34 ° C)	36 ° C (96 ° F)	98 ° F (37 ° C)	38 ° C (100 ° F)	39 ° C (102 ° F)	104 ° F (40 ° C)	106 ° F (41 ° C)	42 ° C (108 ° F)	110 ° F (43 ° C)
40%	80 ° F (27 ° C)	81 ° F (27 ° C)	28 ° C (83 ° F)	85 ° F (29 ° C)	88 ° F (31 ° C)	91 ° F (33 ° C)	94 ° F (34 ° C)	97 ° F (36 ° C)	101 ° F (38 ° C)	105 ° F (41 ° C)	43 ° C (109 ° F)	114 ° F (46 ° C)	119 ° F (48 ° C)	124 ° F (51 ° C)	54 ° C (130 ° F)	136 ° F (58 ° C)
45%	80 °F (27 °C)	82 °F (28 °C)	84 °F (29 °C)	87 °F (31 °C)	89 °F (32 °C)	93 °F (34 °C)	96 °F (36 °C)	100 °F (38 °C)	104 °F (40 °C)	109 °F (43 °C)	114 °F (46 °C)	119 °F (48 °C)	124 °F (51 °C)	130 °F (54 °C)	137 °F (58 °C)
50%	81 °F (27 °C)	83 °F (28 °C)	85 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	91 °F (33 °C)	95 °F (35 °C)	99 °F (37 °C)	103 °F (39 °C)	108 °F (42 °C)	113 °F (45 °C)	118 °F (48 °C)	124 °F (51 °C)	131 °F (55 °C)	137 °F (58 °C)
55%	81 °F (27 °C)	84 °F (29 °C)	86 °F (30 °C)	89 °F (32 °C)	93 °F (34 °C)	97 °F (36 °C)	101 °F (38 °C)	106 °F (41 °C)	112 °F (44 °C)	117 °F (47 °C)	124 °F (51 °C)	130 °F (54 °C)	137 °F (58 °C)
60%	82 °F (28 °C)	84 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	91 °F (33 °C)	95 °F (35 °C)	100 °F (38 °C)	105 °F (41 °C)	110 °F (43 °C)	116 °F (47 °C)	123 °F (51 °C)	129 °F (54 °C)	137 °F (58 °C)
65%	82 °F (28 °C)	85 °F (29 °C)	89 °F (32 °C)	93 °F (34 °C)	98 °F (37 °C)	103 °F (39 °C)	108 °F (42 °C)	114 °F (46 °C)	121 °F (49 °C)	128 °F (53 °C)	136 °F (58 °C)
70%	83 °F (28 °C)	86 °F (30 °C)	90 °F (32 °C)	95 °F (35 °C)	100 °F (38 °C)	105 °F (41 °C)	112 °F (44 °C)	119 °F (48 °C)	126 °F (52 °C)	134 °F (57 °C)
75%	84 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	92 °F (33 °C)	97 °F (36 °C)	103 °F (39 °C)	109 °F (43 °C)	116 °F (47 °C)	124 °F (51 °C)	132 °F (56 °C)
80%	84 °F (29 °C)	89 °F (32 °C)	94 °F (34 °C)	100 °F (38 °C)	106 °F (41 °C)	113 °F (45 °C)	121 °F (49 °C)	129 °F (54 °C)
85%	85 °F (29 °C)	90 °F (32 °C)	96 °F (36 °C)	102 °F (39 °C)	110 °F (43 °C)	117 °F (47 °C)	126 °F (52 °C)	135 °F (57 °C)
90%	86 °F (30 °C)	91 °F (33 °C)	98 °F (37 °C)	105 °F (41 °C)	113 °F (45 °C)	122 °F (50 °C)	131 °F (55 °C)
95%	86 °F (30 °C)	93 °F (34 °C)	100 °F (38 °C)	108 °F (42 °C)	117 °F (47 °C)	127 °F (53 °C)
100%	87 °F (31 °C)	95 °F (35 °C)	103 °F (39 °C)	112 °F (44 °C)	121 °F (49 °C)	132 °F (56 °C)

Key to colors:   Caution   Extreme caution   Danger   Extreme danger

For example, if the air temperature is 96 °F (36 °C) and the relative humidity is 65%, the heat index is 49 °C (120 °F)

Effects of the heat index (shade values)

Celsius	Notes
26–32 °C	Caution: fatigue is possible with prolonged exposure and activity. Continuing activity could result in heat cramps.
32–41 °C	Extreme caution: heat cramps and heat exhaustion are possible. Continuing activity could result in heat stroke.
41–54 °C	Danger: heat cramps and heat exhaustion are likely; heat stroke is probable with continued activity.
over 54 °C	Extreme danger: heat stroke is imminent.

Exposure to full sunshine can increase heat index values by up to 8 °C (14 °F).^[11]

Formula

Comparison of NWS heat index values (circles) with the formula approximation (curves). In the SVG file, hover over a graph to highlight it.

There are many formulas devised to approximate the original tables by Steadman. Anderson et al. (2013),^[12] NWS (2011), Jonson and Long (2004), and Schoen (2005) have lesser residuals in this order. The former two are a set of polynomials, but the third one is by a single formula with exponential functions.

The formula below approximates the heat index in degrees Fahrenheit, to within ±1.3 °F (0.7 °C). It is the result of a multivariate fit (temperature equal to or greater than 80 °F (27 °C) and relative humidity equal to or greater than 40%) to a model of the human body.^[1][13] This equation reproduces the above NOAA National Weather Service table (except the values at 90 °F (32 °C) & 45%/70% relative humidity vary unrounded by less than ±1, respectively).

${\displaystyle \mathrm {HI} =c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}}$

where

HI = heat index (in degrees Fahrenheit)

T = ambient dry-bulb temperature (in degrees Fahrenheit)

R = relative humidity (percentage value between 0 and 100)

${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=-42.379,&c_{2}&=2.049\,015\,23,&c_{3}&=10.143\,331\,27,\\c_{4}&=-0.224\,755\,41,&c_{5}&=-6.837\,83\times 10^{-3},&c_{6}&=-5.481\,717\times 10^{-2},\\c_{7}&=1.228\,74\times 10^{-3},&c_{8}&=8.5282\times 10^{-4},&c_{9}&=-1.99\times 10^{-6}.\end{aligned}}}$

The following coefficients can be used to determine the heat index when the temperature is given in degrees Celsius, where

HI = heat index (in degrees Celsius)

T = ambient dry-bulb temperature (in degrees Celsius)

R = relative humidity (percentage value between 0 and 100)

• c₁ = -8.78469475556
• c₂ = 1.61139411
• c₃ = 2.33854883889
• c₄ = -0.14611605
• c₅ = -0.012308094
• c₆ = -0.0164248277778
• c₇ = 0.002211732
• c₈ = 0.00072546
• c₉ = -0.000003582

An alternative set of constants for this equation that is within ±3 °F (1.7 °C) of the NWS master table for all humidities from 0 to 80% and all temperatures between 70 and 115 °F (21–46 °C) and all heat indices below 150 °F (66 °C) is:

${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=0.363\,445\,176,&c_{2}&=0.988\,622\,465,&c_{3}&=4.777\,114\,035,\\c_{4}&=-0.114\,037\,667,&c_{5}&=-8.502\,08\times 10^{-4},&c_{6}&=-2.071\,6198\times 10^{-2},\\c_{7}&=6.876\,78\times 10^{-4},&c_{8}&=2.749\,54\times 10^{-4},&c_{9}&=0.\end{aligned}}}$

A further alternate is this:^[14]

${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {HI} &=c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}+\\&\quad {}+c_{10}T^{3}+c_{11}R^{3}+c_{12}T^{3}R+c_{13}TR^{3}+c_{14}T^{3}R^{2}+c_{15}T^{2}R^{3}+c_{16}T^{3}R^{3}\end{aligned}}}$

where

${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=16.923,&c_{2}&=0.185\,212,&c_{3}&=5.379\,41,&c_{4}&=-0.100\,254,\\c_{5}&=9.416\,95\times 10^{-3},&c_{6}&=7.288\,98\times 10^{-3},&c_{7}&=3.453\,72\times 10^{-4},&c_{8}&=-8.149\,71\times 10^{-4},\\c_{9}&=1.021\,02\times 10^{-5},&c_{10}&=-3.8646\times 10^{-5},&c_{11}&=2.915\,83\times 10^{-5},&c_{12}&=1.427\,21\times 10^{-6},\\c_{13}&=1.974\,83\times 10^{-7},&c_{14}&=-2.184\,29\times 10^{-8},&c_{15}&=8.432\,96\times 10^{-10},&c_{16}&=-4.819\,75\times 10^{-11}.\end{aligned}}}$

For example, using this last formula, with temperature 90 °F (32 °C) and relative humidity (RH) of 85%, the result would be: Heat index for 90 °F, RH 85% = 114.9.

See also

• Apparent temperature
• Thermal comfort § Interplay of temperature and humidity
• Humidex
• Wet-bulb temperature
• Wind chill

References

1. Steadman, R. G. (July 1979). "The Assessment of Sultriness. Part I: A Temperature-Humidity Index Based on Human Physiology and Clothing Science". Journal of Applied Meteorology. 18 (7): 861–873. Bibcode:1979JApMe..18..861S. doi:10.1175/1520-0450(1979)018<0861:TAOSPI>2.0.CO;2.
2. Steadman, R. G. (July 1979). "The Assessment of Sultriness. Part II: Effects of Wind, Extra Radiation and Barometric Pressure on Apparent Temperature". Journal of Applied Meteorology. 18 (7): 874–885. Bibcode:1979JApMe..18..874S. doi:10.1175/1520-0450(1979)018<0874:TAOSPI>2.0.CO;2.
3. How do they figure the heat index? - By Daniel Engber - Slate Magazine
4. "Spring and Summer Hazards". Environment and Climate Changes. Government of Canada. Retrieved 2016-09-22.
5. Heat index calculator and conversion table from iWeatherNet
6. Heat Index Campbell Scientific Inc. Archived 2010-05-25 at the Wayback Machine (PDF file), CampbellSci.com.
7. Heat Index from the National Weather Service. "exposure to full sunshine can increase heat index values by up to 15°F."
8. "This Saudi city could soon face unprecedented and unlivable heat levels". Business Insider. Retrieved 2017-07-20.
9. Sherwood, S.C.; Huber, M. (25 May 2010). "An adaptability limit to climate change due to heat stress". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107 (21): 9552–5. Bibcode:2010PNAS..107.9552S. doi:10.1073/pnas.0913352107. PMC 2906879. PMID 20439769.
10. Dunne, John P.; Stouffer, Ronald J.; John, Jasmin G. (2013). "Heat stress reduces labor capacity under climate warming". Geophysical Fluid Dynamics Laboratory. 3 (6): 563. Bibcode:2013NatCC...3..563D. doi:10.1038/nclimate1827.
11. Heat Index on the website of the Pueblo, CO United States National Weather Service.
12. Anderson, G. Brooke; Bell, Michelle L.; Peng, Roger D. (2013). "Methods to Calculate the Heat Index as an Exposure Metric in Environmental Health Research". Environmental Health Perspectives. 121 (10): 1111–1119. doi:10.1289/ehp.1206273. PMC 3801457. PMID 23934704.
13. Lans P. Rothfusz. "The Heat Index 'Equation' (or, More Than You Ever Wanted to Know About Heat Index)", Scientific Services Division (NWS Southern Region Headquarters), 1 July 1990 [1]
14. Stull, Richard (2000). Meteorology for Scientists and Engineers, Second Edition. Brooks/Cole. p. 60. ISBN 9780534372149.

External links

• Description of wind chill & apparent temperature Formulae in metric units
• Heat Index Calculator Calculates both °F and °C
• Current map of global heat index values