Vročinski indeks (toplotni indeks) – definicija, izračun in občutena temperatura

Definicija in pomen

Toplotni indeks (angleško Heat Index, HI, včasih tudi humiture) je meritev, ki združuje temperaturo zraka in relativno vlažnost v eno vrednost — tako imenovano občuteno temperaturo ali navidezno temperaturo, ki jo zaznava človek. Namen indeksa je bolje oceniti, kako vroče se zdi okolje glede na to, kako učinkovito se telo lahko hladi s potenjem. Na primer, če je temperatura 32 °C (90 °F) in je vlažnost zelo visoka, je lahko vročinski indeks približno 41 °C (105 °F).

Zakaj relativna vlažnost vpliva na občutek vročine

Človeško telo se pred pregrevanjem običajno varuje z izločanjem potu, ki se na koži izhlapeva in tako odvaja toploto s telesa. Če je relativna vlažnost zraka visoka, se hitrost izhlapevanja zniža in posledično telo odvaja toploto počasneje — zato se človek počuti bolj vročega kot pri enaki temperaturi v suhem zraku. Meritve in izračuni indeksa temeljijo tudi na subjektivnih opisih, kako vroče se osebe počutijo pri različnih kombinacijah temperature in vlažnosti.

Zgodovina in vir indeksa

Toplotni indeks je leta 1978 razvil George Winterling kot koncept "humiture", leto pozneje pa ga je začela uporabljati Nacionalna vremenska služba (NWS). Izhaja iz dela Roberta G. Steadmana. Podobno kot pri indeksu vetrovne mrzlice so tudi tukaj potrebne določene predpostavke o osebi in okoliščinah meritve — npr. telesna masa in višina, oblačila, stopnja telesne dejavnosti, debelina krvi, izpostavljenost sončni svetlobi in ultravijoličnemu sevanju, ter hitrost vetra. Večja odstopanja od standardnih predpostavk zmanjša natančnost indeksa pri napovedovanju dejanskega občutka.

Razlika od drugih indeksov vlažnosti

V Kanadi namesto klasike NWS pogosto uporabljajo podoben indeks, imenovan Humidex. Humidex se od toplotnega indeksa razlikuje po tem, da uporablja rosišče namesto relativne vlažnosti, kar daje nekoliko drugačne vrednosti v določenih razmerah.

Matematična opredelitev in praktična uporaba

Toplotni indeks je definiran tako, da se izračuna kot enakovredna temperatura, pri kateri bi obnišana vlažnost oziroma delni tlak vodne pare ustrezal neki referenčni vrednosti. Ta osnovna vrednost delnega tlaka vodne pare je 1,6 kPa, kar pri standardnem atmosferskem tlaku (101,325 kPa) ustreza rosišču 14 °C (57 °F) in razmerju mešanja približno 0,01 (10 g vodne pare na kg suhega zraka). Na psihrometrični karti to ustreza temperaturi zraka 25 °C in relativni vlažnosti 50 % na nivoju morja.

V praksi NWS uporablja empirično formulo (Rothfuszova regresija) za izračun toplotnega indeksa. Ta približna enačba dela za T v °F in relativno vlažnost RH v odstotkih:

HI = -42.379 + 2.04901523·T + 10.14333127·RH − 0.22475541·T·RH − 0.00683783·T² − 0.05481717·RH² + 0.00122874·T²·RH + 0.00085282·T·RH² − 0.00000199·T²·RH²

Opomba: T je temperatura v stopinjah Fahrenheita in RH je relativna vlažnost v odstotkih. Ta regresija je namenjena predvsem temperaturnemu območju in vlažnostim, za katere je indeks smiselno uporabiti (glej spodaj). Obstajajo tudi poenostavljene tabele in digitalni kalkulatorji, ki dajejo enake rezultate.

Razponi, kdaj se indeks uporablja in omejitve

• Toplotni indeks se običajno izračuna le, če je dejanska temperatura višja od približno 27 °C (80 °F). Prav tako so mejne vrednosti za rabo pogosto navedene kot temperatura rosišča > 12 °C (54 °F) in relativna vlažnost > 40 % — v nasprotnem primeru indeks ni informativen ali ga ne uporabljajo.
• Meritve temperature za izračun indeksa naj bi bile opravljene v senci (ne na neposrednem soncu) in ob rahlem vetru. Na soncu ali ob močnem radiativnem segrevanju (npr. beton, črna površina) je občutek vročine lahko občutno večji kot vrednost indeksa.
• Ker indeks temelji na povprečnih antropometričnih in okoljskih predpostavkah, bodo velike razlike (npr. oblačila, zelo intenzivna telesna dejavnost, slab zdravstveni status) povzročile, da indeks ne odraža natančno posameznikovega doživljanja.

Praktični primeri in razlage

Pri višjih temperaturah je delež relativne vlažnosti, potreben, da bo toplotni indeks višji od dejanske temperature, nižji kot pri zmernih temperaturah. Na primer:

• Pri približno 27 °C (80 °F) bo vročinski indeks približno enak dejanski temperaturi, če je relativna vlažnost okoli 45 %.
• Pri približno 43 °C (110 °F) bo že relativna vlažnost nad približno 17 % povzročila, da bo vročinski indeks višji od 43 °C (110 °F).

Kategorizacija tveganja in nasveti za varnost

Nacionalne službe za vreme pogosto uporabljajo kategorije tveganja, da opozorijo prebivalstvo. Te kategorije so okvirne in navadno temeljijo na vrednosti toplotnega indeksa (HI). Spodnje meje so navedene približno v °C in °F:

• Opozorilo (Caution): HI 27–32 °C (80–90 °F) — možnost blage utrujenosti pri daljši izpostavljenosti ali pri fizičnih naporih.
• Povečano tveganje (Extreme caution): HI 32–39 °C (90–103 °F) — povečana verjetnost toplotnih krčev in izčrpanosti; izogibajte se dolgotrajni aktivnosti na prostem.
• Nevarno (Danger): HI 39–51 °C (103–124 °F) — visoko tveganje toplotnega udara; takoj zmanjšajte napor in poiščite hladno okolje.
• Zelo nevarno (Extreme danger): HI ≥ 52 °C (≥125 °F) — izredno nevarno, tveganje za smrt pri dolgotrajni izpostavljenosti ali pri fizičnem naporu.

Priporočila za vedenje ob visokem toplotnem indeksu:

• ostanite hidrirani in se izogibajte alkoholu ter sladkim pijačam, ki lahko poslabšajo dehidracijo;
• omejite telesno aktivnost ob najbolj vročih urah dneva;
• iskati senco ali klimatizirane prostore, nositi lahka, svetla in zračna oblačila;
• pozorno spremljajte ranljive skupine: dojenčke, starejše osebe, kronične bolnike in ljudi, ki delajo na prostem;
• prepoznajte znake toplotne izčrpanosti in toplotnega udara (vrtoglavica, bruhanje, mišični krči, zelo visoka telesna temperatura, zmedenost) in poiščite zdravniško pomoč.

Uporaba indeksa v praksi in omejitve interpretacije

Toplotni indeks je koristen za javne vremenske napovedi, zdravstvena opozorila in za načrtovanje dela na prostem. Vendar ga je treba uporabljati premišljeno:

• ne prikazuje neposrednega vpliva sončnega sevanja ali močnega vetra (sonce lahko poviša občutek temperature, veter pa lahko poveča hlajenje ali pri suhem zraku zmanjša občutek vročine);
• za vsako posamezno osebo je lahko občutek drugačen zaradi fizičnega stanja, alkohola, zdravil ali klasične obleke;
• obstajajo tudi drugi indeksi, kot je Humidex, indeks toplotnega stresa WBGT (Wet Bulb Globe Temperature) ipd., ki se uporabljajo za posebne namene (npr. ocenjevanje toplotnega stresa pri športu ali industrijskih delavcih).

Zaključek

Toplotni indeks je praktično orodje za oceno, kako vroče se zdi okolje človeku, saj upošteva kombinacijo temperature in relativne vlažnosti. Je posebej uporaben pri obveščanju javnosti in pri odločitvah o varnosti pri delu in prosti dejavnosti na prostem. Vendar je pomembno upoštevati njegove predpostavke in omejitve ter dodatno upoštevati vpliv neposrednega sončnega sevanja, vetra in posameznikovega zdravstvenega stanja.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je vročinski indeks?

V: Kdo je razvil toplotni indeks?

V: Kakšna je razlika med vročinskim indeksom in humidexom?

V: Kdaj se toplotni indeks ujema z dejansko temperaturo?

V: Kdaj se opravijo meritve za izračun indeksa vročine?

V: Kako je treba biti dodatno previden na prostem med visokimi temperaturami?

Išči po črki