Escalofríos

Este artículo trata sobre el efecto meteorológico de la "sensación térmica". Para otros usos, consulte Sensación térmica (desambiguación) .

Un gráfico de los valores de sensación térmica para determinadas temperaturas del aire y velocidades del viento.

La sensación térmica o sensación térmica ( comúnmente factor de sensación térmica ) es la disminución de la temperatura corporal debido al paso del flujo de aire a una temperatura más baja.

Los números de sensación térmica son siempre más bajos que la temperatura del aire para los valores en los que la fórmula es válida. Cuando la temperatura aparente es más alta que la temperatura del aire, en su lugar se usa el índice de calor .

Explicación

Una superficie pierde calor por conducción , evaporación , convección y radiación . ^[1] La tasa de convección depende tanto de la diferencia de temperatura entre la superficie y el fluido que la rodea como de la velocidad de ese fluido con respecto a la superficie. A medida que la convección de una superficie cálida calienta el aire a su alrededor, se forma una capa límite aislante de aire caliente contra la superficie. El aire en movimiento interrumpe esta capa límite, o epiclima, permitiendo que el aire más frío reemplace el aire caliente contra la superficie. Cuanto más rápida es la velocidad del viento, más rápidamente se enfría la superficie.

Enfoques alternativos

Existen muchas fórmulas para la sensación térmica porque, a diferencia de la temperatura, la sensación térmica no tiene una definición o medición estándar acordada universalmente. Todas las fórmulas intentan predecir cualitativamente el efecto del viento sobre la temperatura que perciben los humanos . Los servicios meteorológicos en diferentes países utilizan estándares únicos para su país o región; por ejemplo, los servicios meteorológicos de EE. UU. y Canadá utilizan un modelo aceptado por el Servicio Meteorológico Nacional . Ese modelo ha evolucionado con el tiempo.

Las primeras fórmulas y tablas de sensación térmica fueron desarrolladas por Paul Allman Siple y Charles F. Passel, que trabajaban en la Antártida antes de la Segunda Guerra Mundial , y el Servicio Meteorológico Nacional las puso a disposición en la década de 1970. Se basaron en la velocidad de enfriamiento de una pequeña botella de plástico cuando su contenido se convirtió en hielo mientras estaba suspendido en el viento en el techo de la cabaña de expedición, al mismo nivel que el anemómetro . El llamado índice de sensación térmica proporcionó una muy buena indicación de la severidad del clima.

En la década de 1960, la sensación térmica comenzó a notificarse como una temperatura equivalente de sensación térmica (WCET), que en teoría es menos útil. Se desconoce el autor de este cambio, pero no fue Siple o Passel como se cree generalmente. ^{[ cita requerida ]} Al principio, se definió como la temperatura a la que el índice de sensación térmica sería el mismo en ausencia total de viento. Esto llevó a temperaturas equivalentes que exageraron la severidad del clima. Charles Eagan ^[2]Me di cuenta de que la gente rara vez está quieta y que incluso cuando estaba tranquilo, había algo de movimiento de aire. Redefinió la ausencia de viento como una velocidad del aire de 1.8 metros por segundo (6.5 km / h; 4.0 mph), que era una velocidad del viento tan baja como la que podía medir un anemómetro de taza. Esto condujo a valores más realistas (con un sonido más cálido) de temperatura equivalente.

Modelo original

La temperatura equivalente no se utilizó universalmente en América del Norte hasta el siglo XXI. Hasta la década de 1970, las partes más frías de Canadá informaron el índice de sensación térmica original, un número de tres o cuatro dígitos con unidades de kilocalorías / hora por metro cuadrado. Cada individuo calibró la escala de números personalmente, a través de la experiencia. El gráfico también proporcionó una guía general para la comodidad y el peligro a través de los valores umbral del índice, como 1400, que era el umbral de congelación .

La fórmula original del índice era: ^{[3] [4]}

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

dónde:

• WCI = índice de sensación térmica, kg * cal / m ² / h
• v = velocidad del viento, m / s
• T _a = temperatura del aire, ° C

Índice de sensación térmica en América del Norte y el Reino Unido

En noviembre de 2001, Canadá, Estados Unidos y Reino Unido implementaron un nuevo índice de sensación térmica desarrollado por científicos y expertos médicos en el Grupo de Acción Conjunta para Índices de Temperatura (JAG / TI). ^{[5] [6] [7]} Se determina iterando un modelo de temperatura de la piel bajo varias velocidades y temperaturas del viento utilizando correlaciones de ingeniería estándar de la velocidad del viento y la tasa de transferencia de calor. La transferencia de calor se calculó para una cara descubierta en el viento, de cara al viento, mientras caminaba hacia ella a 1,4 metros por segundo (5,0 km / h; 3,1 mph). El modelo corrige la velocidad del viento medida oficialmente a la velocidad del viento a la altura de la cara, asumiendo que la persona está en un campo abierto. ^[8] Los resultados de este modelo pueden aproximarse, dentro de un grado, a partir de la siguiente fórmula:

La fórmula estándar de sensación térmica para Environment Canada es:

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

donde T _wc es el índice de sensación térmica, basado en la escala de temperatura Celsius; T _a es la temperatura del aire en grados Celsius; y v es la velocidad del viento a 10 m (33 pies) de altura del anemómetro estándar , en kilómetros por hora. ^[9]

Cuando la temperatura es de -20 ° C (-4 ° F) y la velocidad del viento es de 5 km / h (3,1 mph), el índice de sensación térmica es de -24. Si la temperatura permanece en -20 ° C y la velocidad del viento aumenta a 30 km / h (19 mph), el índice de sensación térmica cae a -33.

La fórmula equivalente en unidades habituales de EE. UU. Es: ^[10]

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

donde T _wc es el índice de sensación térmica, basado en la escala Fahrenheit; T _a es la temperatura del aire en grados Fahrenheit y v es la velocidad del viento en millas por hora. ^[11]

La temperatura del viento se define solo para temperaturas iguales o inferiores a 10 ° C (50 ° F) y velocidades del viento superiores a 4,8 kilómetros por hora (3,0 mph). ^[10]

A medida que desciende la temperatura del aire, aumenta el efecto de enfriamiento de cualquier viento presente. Por ejemplo, un viento de 16 km / h (9,9 mph) reducirá la temperatura aparente en un margen más amplio a una temperatura del aire de -20 ° C (-4 ° F), que un viento de la misma velocidad si la temperatura del aire eran -10 ° C (14 ° F).

• 

  Índice de sensación térmica en grados Celsius

• 

  Comparación de valores de sensación térmica nuevos y antiguos a −15 ° C (5 ° F)

• Calculadora de sensación térmica

El WCET de 2001 es un cálculo de estado estacionario (excepto por las estimaciones del tiempo hasta la congelación). ^[12] Hay aspectos importantes que dependen del tiempo del enfriamiento del viento porque el enfriamiento es más rápido al comienzo de cualquier exposición, cuando la piel aún está caliente.

Temperatura aparente australiana

La temperatura aparente (TA), inventada a fines de la década de 1970, fue diseñada para medir la sensación térmica en condiciones de interior. Se amplió a principios de la década de 1980 para incluir el efecto del sol y el viento. El índice AT que se utiliza aquí se basa en un modelo matemático de un adulto que camina al aire libre, a la sombra (Steadman 1994). El AT se define como; la temperatura, al nivel de humedad de referencia, produce la misma cantidad de malestar que el experimentado bajo la temperatura y la humedad ambiente actuales.^[13]

La fórmula ^[14] es:

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

dónde:

• T _a = temperatura de bulbo seco (° C)
• e = presión de vapor de agua (hPa)
• v = velocidad del viento (m / s) a una altura de 10 m

La presión de vapor se puede calcular a partir de la temperatura y la humedad relativa usando la ecuación:

${\displaystyle e={\frac {\mathrm {RH} }{100}}\cdot 6.105\cdot \exp {\left({\frac {17.27\cdot T_{\mathrm {a} }}{237.7+T_{\mathrm {a} }}}\right)}}$

Dónde:

T _a = temperatura de bulbo seco (° C)

RH = Humedad relativa (%)

exp representa la función exponencial

La fórmula australiana incluye el factor importante de la humedad y es algo más complicada que el modelo norteamericano más simple. La fórmula norteamericana fue diseñada para aplicarse a bajas temperaturas (tan bajas como -46 ° C o -50 ° F) cuando los niveles de humedad también son bajos. La versión para climas cálidos del AT (1984) es utilizada por el Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos. En los Estados Unidos, esta versión simple del AT se conoce como índice de calor .

Referencias

1. Vincent J. Schaefer; John A. Day; Jay Pasachoff (1998). Una guía de campo para la atmósfera . Houghton Mifflin Harcourt. ISBN 0-395-97631-6.
2. Eagan, C. (1964). Revisión de investigaciones sobre problemas militares en regiones frías. C. Kolb y F. Holstrom eds. TDR-64-28. Ártico Aeromed. Laboratorio. p 147-156.
3. * Woodson, Wesley E. (1981). Manual de diseño de factores humanos , página 815. McGraw-Hill. ISBN 0-07-071765-6 
4. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19690003109_1969003109.pdf , ecuación 55, página 6-113
5. "Medio ambiente Canadá - Clima y meteorología - Índice de sensación térmica de Canadá" . Ec.gc.ca . Consultado el 9 de agosto de 2013 .
6. "Tablas meteorológicas, sensación térmica. Comunicado de prensa de agosto de 2001:" . Servicio Meteorológico Nacional . Consultado el 14 de enero de 2013 .
7. "Viento frío" . BBC Weather, Comprensión del tiempo . BBC. Archivado desde el original el 11 de octubre de 2010.
8. Osczevski, Randall; Bluestein, Maurice (2005). "La nueva tabla de temperaturas equivalentes de sensación térmica" . Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense . 86 (10): 1453–1458. Código bibliográfico : 2005BAMS ... 86.1453O . doi : 10.1175 / BAMS-86-10-1453 .
9. "Cálculo de las normales climáticas de 1971 a 2000 para Canadá" . Climate.weatheroffice.gc.ca. 2013-07-10. Archivado desde el original el 27 de junio de 2013 . Consultado el 9 de agosto de 2013 .
10. "Índice de sensación térmica del NWS" . Weather.gov. 2009-12-17. Archivado desde el original el 18 de septiembre de 2011 . Consultado el 9 de agosto de 2013 .
11. "Un gráfico de sensación térmica basado en esta fórmula" . Weather.gov. 2009-12-17 . Consultado el 13 de abril de 2017 .
12. Tikuisis, Peter; Osczevski, Randall J. (2003). "Enfriamiento facial durante la exposición al aire frío". Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense . 84 (7): 927–933. Código bibliográfico : 2003BAMS ... 84..927T . doi : 10.1175 / BAMS-84-7-927 .
13. "La temperatura aparente (AT) - índice de calor" . Oficina de Meteorología, Australia . Bom.gov.au. 2010-02-05 . Consultado el 1 de agosto de 2018 .
14. "La fórmula de la temperatura aparente" . Oficina de Meteorología, Australia . Bom.gov.au. 2010-02-05 . Consultado el 9 de agosto de 2013 .

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Sensación térmica .

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• Centro Nacional de Investigación Atmosférica Tabla de temperaturas de sensación térmica en grados Celsius y Fahrenheit
• Calculadora de sensación térmica
• Calculadora de sensación térmica basada en el modelo de América del Norte y el Reino Unido
• Índice de temperatura de sensación térmica del Servicio Meteorológico Nacional Tabla de temperaturas de sensación térmica en Fahrenheit con tiempos de congelación
• Calculadora de sensación térmica en línea
• Mapa actual de los valores globales de sensación térmica