熱不僅僅是溫度——以下是我們如何測量熱

當您準備迎接新的一天時，夏日陽光正在天空中升起。您檢視天氣預報，瞭解天氣有多熱：最高氣溫為 94 華氏度（34 攝氏度）。熱指數為 102 華氏度（39 攝氏度）。下午的相對溼度將達到 50%。您所在的地區有高溫預警，“高溫風險”為橙色。顯然，這將是炎熱、潮溼的一天。但是，對於您將在戶外體驗到的情況以及您應該採取的預防措施，這一堆數字和術語到底意味著什麼？

美國國家氣象局 (NWS) 公共氣象服務專案經理兼國家綜合高溫健康資訊系統聯合負責人金伯利·G·麥克馬洪說：“擁有多個高溫和熱應激引數或指標可能會讓人感到困惑。”

《大眾科學》在此幫助您解讀用於傳達高溫及其相關風險的各種測量方法和工具，以幫助您為一天做好準備。

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溫度

當您談論高溫事件時，基線測量是氣溫。

美國國家氣象局 (NWS) 擁有一系列站點，用於測量離地面幾英尺的空氣溫度。當然，即使在小範圍內，溫度也可能差異很大，因此，例如，紐約市的報告資料可能與整個大都市區不同。綠樹成蔭的中央公園在夏季通常比鋪砌路面多、綠地少的街區涼爽幾華氏度。

我們對溫度的體驗因我們是在陰涼處還是陽光下而異：站在陽光直射下，身體感覺到的溫度可能比測量的氣溫高 10 到 15 華氏度（6 到 8 攝氏度）。

高溫會給身體帶來很大的壓力，特別是對於幼兒、老年人、患有某些健康狀況或服用某些藥物的人以及無法輕鬆獲得空調的人。“沒有人能倖免於高溫的影響，但有些人更容易受到影響，”麥克馬洪說。“這真的是一種個性化的危害。”

當人體過熱時，可能會脫水，這會導致血液變稠，心臟需要更努力地泵血。高溫暴露會導致熱衰竭，其特徵是噁心、頭暈和肌肉痙攣。暴露還可能導致中暑甚至死亡。

雖然我們都熟悉根據我們使用的任何刻度（美國為華氏度；幾乎所有其他地方為攝氏度）來感受溫度，但這個數字並不總是夏季高溫的唯一因素。還有另一個指標在我們在高溫下（尤其是極端高溫下）的感受中起著重要作用。

溼度

我們大多數人都大致熟悉溼度——空氣中水蒸氣的量——以及它如何使炎熱的一天變得不那麼愉快和更加悶熱。但儘管我們知道潮溼的一天感覺更糟糕，但並非每個人都意識到“非常潮溼的 85 華氏度 [29 攝氏度] 的一天比干燥的 85 度的一天對您的身體更糟糕，”哥倫比亞大學研究極端高溫的博士生凱西·伊萬諾維奇說。

潮溼的熱量可能對健康構成更大的風險，因為空氣中的水分越多，身體透過汗液蒸發自然降溫的能力就越差。因此，在考慮您對當天天氣的體驗時，溼度是一個需要考慮的關鍵因素。

相對溼度

預報通常透過相對溼度來傳達這種體驗，相對溼度表示空氣中水蒸氣的量相對於空氣在給定溫度下可以容納的水蒸氣量。這意味著相對溼度顧名思義，是相對於溫度而言的，這使得難以衡量潮溼的條件會讓人感覺有多悶熱。例如，溼度為 50% 的 80 華氏度（27 攝氏度）的一天比溼度為 100% 的 30 華氏度（零下 1 攝氏度）的一天感覺潮溼得多。

相對溼度也會在一天中發生變化：例如，溼度在早上可能是 90%，在下午溫度較高時可能是 50%，但稍後一天的情況不會感覺不那麼潮溼。

露點

因此，許多氣象學家和天氣愛好者更喜歡使用另一種測量方法，即露點。露點是空氣必須冷卻到的溫度，以便大氣中的水蒸氣開始凝結出來，這意味著空氣將達到 100% 的相對溼度。露點的好處在於它不隨溫度變化而變化，儘管如果潮溼氣團移入或移出該區域，它可能會在一天中發生變化。

但是，您不必記住該定義即可使用露點來衡量室外溼度：使用粗略的指導原則，露點低於 55 華氏度（13 攝氏度）時，天氣乾燥宜人；在 55 到 65 華氏度（18 攝氏度）之間時，開始變得粘稠；高於 65 華氏度時，可能會感覺像在空氣中游泳。一旦達到 70 多華氏度（20 攝氏度出頭），就會讓人感到壓抑。

但是，您在給定露點下的舒適程度取決於您對溼度的適應程度。對於美國西部的大部分地區來說，空氣通常非常乾燥，露點很低，因此即使是那些中等露點也會讓人感到不舒服。沿著墨西哥灣沿岸，溼度是常態，露點通常在 60 多華氏度或更高。“每個人都有自己的閾值，”美國國家海洋和大氣管理局研究氣象學家賈裡德·倫尼說。（就他而言，倫尼開玩笑地使用“賈裡德痛苦指數”，其中任何高於 55 華氏度的露點都是痛苦的。“它沒有任何科學依據，”他說。）

並非每個人都對天氣有那麼大的興趣，也沒有那麼多時間深入研究露點，因此可以使用其他一些工具來了解室外會是什麼感覺。

熱指數

美國國家氣象局 (NWS) 使用了幾十年的一個工具稱為熱指數，它指示感覺有多熱。更專業地說，該指數將溫度和溼度結合在一起，以瞭解天氣對身體的感覺有多熱。

熱指數是透過一個複雜的公式計算出來的，該公式考慮了相對溼度和氣溫。因此，例如，如果溫度為 84 華氏度（29 攝氏度）且相對溼度為 75%，則感覺像 92 華氏度（33 攝氏度）。但是，該公式對人的年齡、身高和體重做出了各種假設，並且還假設他們處於陰涼處休息。對於年齡較大、從事劇烈活動或位於陽光直射下的人來說，熱指數會更高。相反，如果有微風，他們會感覺更涼爽。

但是，“對於任何高溫工具，都存在優點和侷限性，”麥克馬洪說。熱指數在美國西部不太有用，因為那裡的潮溼熱量不太普遍，而且該公式從未針對非常極端的高溫和溼度進行過測試。美國國家氣象局 (NWS) 已嘗試針對這些極端情況進行調整，隨著氣候變暖，這些極端情況越來越頻繁。然而，2022 年發表在《環境研究快報》上的一項研究表明，該機構的調整方法低估了極端情況下的熱指數，並提出了另一種方法。

儘管存在這些侷限性，但麥克馬洪表示，熱指數是一種快速向公眾傳達天氣感覺比實際溫度更熱的有用方法。

新措施

美國國家氣象局 (NWS) 和其他專家正在研究不同的、更具可操作性的方法，以更好地向人們傳達高溫帶來的健康風險。這樣做至關重要，因為熱浪現在更加頻繁、強度更大且持續時間更長。

溼球黑球溫度

其中一項措施非常複雜，名稱也很拗口：溼球黑球溫度。它不僅考慮了氣溫和溼度，還考慮了陽光照射和風速。麥克馬洪說，美國軍方在 20 世紀 50 年代開發了這項措施，“以解決他們在訓練營中看到的因高溫引起的疾病高發問題”。學區和運動隊開始更多地使用它來決定是否舉行夏季訓練。在佛羅里達州，《扎卡里·馬丁法案》（以一位死於熱病的運動員的名字命名）於 2020 年透過，要求高中運動隊使用溼球黑球溫度來確定舉行訓練是否安全。

該測量方法往往僅供接受過如何解釋其培訓的機構使用，因為它可能產生低於實際溫度的數字。“危險值是 90 華氏度（32 攝氏度），”倫尼說。在這些條件下，“您不能在戶外。”

粘度

伊萬諾維奇和她在哥倫比亞大學的同事正在開發一種他們稱之為“粘度”的測量方法。它有效地表明給定的極端高溫事件是更多地受溫度還是溼度因素的影響。這種區分很重要，因為“人們需要採取的不同型別的行動可能會有所不同”，具體取決於哪個因素的權重更大，她說。

她和她的同事設想當地天氣和氣候專家使用粘度指數來確定某個地區的高溫事件是否始終更多地受溫度或溼度驅動，或者它們是否高度可變。在後一種情況下，地方當局應明確警告人們，如果某個事件將非常潮溼，以便他們可以採取適當的預防措施以保持水分並降溫。“令人鼓舞的是，我們看到越來越多的人嘗試將溼度納入極端高溫傳播中，”伊萬諾維奇說。“我們越意識到 [這一點]，就越好。”

高溫觀察、警告和預警

為了幫助人們瞭解他們何時風險最高以及該怎麼做，美國國家氣象局 (NWS) 釋出了各種高溫天氣警報。直到最近，這些警報的形式還是與某些溫度閾值相關的高溫觀察、警告和預警。倫尼說，這些閾值“對於您所在的地區來說非常具體”，因為對於西雅圖人來說感覺像極端高溫的天氣與對於亞特蘭大人來說感覺壓抑的天氣是不同的。

與其他天氣觀察一樣，當預計熱指數將在未來 24 到 72 小時內高於某個閾值時，通常會發布高溫觀察，但極端高溫的時間和是否會實現的問題仍然不確定。有時，如果預報員相當確信事件會發生，則甚至可以在更早的時候釋出高溫觀察。

警告和預警通常提前約 12 到 24 小時釋出，但當對預報的信心很高時，也可以更早釋出。警告的溫度閾值高於預警。

儘管這些警報有助於引起公眾的注意，但在地形主要變化在預報區域內造成非常不同的微氣候的情況下，它們並不總是有效。

倫尼以他居住的北卡羅來納州阿什維爾為例：該地區美國國家氣象局 (NWS) 辦公室的閾值為 105 華氏度（41 攝氏度）以觸發高溫預警，但相對溫和的山區氣候（阿什維爾就位於山區）意味著在較低溫度下，那裡的人們感覺比東部皮埃蒙特高原地區的人們熱得多。

高溫風險

為了幫助解決現有工具的侷限性，美國國家氣象局 (NWS) 開發了一種名為 HeatRisk 的互動式地圖工具。美國國家氣象局 (NWS) 西部地區總部科學與技術融合部門負責人邁克·斯陶登邁爾說，它是“美國本土 [美國大陸] 的第一個高溫警報系統”。

該系統使用綠色、黃色、橙色、紅色和洋紅色等彩色編碼等級來表示風險增加。這些等級基於給定區域在給定日期內的最高和最低溫度，以及它們與該地點一年中此時的歷史氣候相比的異常程度。因此，與觀察和警告一樣，HeatRisk 對當地人適應的天氣很敏感。麥克馬洪說，4 月份紐約市 90 華氏度的事件與 7 月份的事件不同，“因為人們有時間適應夏季後期的溫暖氣溫”。同樣，在墨西哥灣沿岸可能被評為橙色（中等風險）或紅色（高風險）的高溫事件，在更北的地方可能被評為洋紅色（極高風險），因為相同的條件在那裡不太常見。

HeatRisk 地圖還使用美國疾病控制與預防中心 (CDC) 的死亡率資料，這些資料將溫度與高溫相關死亡人數的增加聯絡起來。它還考慮了預期的高溫持續時間，因為當身體沒有時間恢復和降溫時，高溫的影響會累積。

該地圖還可以更好地適應氣候的非常區域性的變化。例如，它可以顯示加利福尼亞州海岸的綠色等級，並迅速上升到內陸的橙色或紅色等級。例如，倫尼注意到最近一次熱浪，他的房子屬於橙色類別，他的工作地點屬於黃色類別，而他兒子的營地屬於紅色類別。

HeatRisk 不考慮溼度，但它確實考慮了夜間低溫，這與露點非常吻合，斯陶登邁爾說。例如，如果亞特蘭大的露點為 73 華氏度（23 攝氏度），則溫度將等於或高於 73 華氏度。透過這些方法，該工具可以解釋潮溼的高溫事件。

風險級別還考慮了更容易受到高溫影響的人，他們需要比不太容易受到影響的人在更低的風險級別採取預防措施。一些風險溝通專家希望看到圍繞這些風險的措辭發生變化，以更好地傳達人們何時需要注意，因為諸如“輕微”之類的術語可能會無意中傳達幾乎沒有風險的資訊。

麥克馬洪說，該工具被認為是“實驗性的”。美國國家氣象局 (NWS) 今年首次在美國大陸全面推廣該措施，將考慮反饋並對其進行調整，以確保其儘可能有用。她說，美國國家氣象局 (NWS) 仍在努力將該工具擴充套件到阿拉斯加、夏威夷、波多黎各和其他美國領土。那裡的困難在於歷史資料的相對匱乏。

儘管 HeatRisk 工具並不完美，但“這是一個開始，”倫尼說。麥克馬洪補充說，我們能夠最大限度地減少熱病和死亡的唯一方法是透過這種“全國範圍的方法”，為人們提供充分的警告。“我們真的強調使用它來幫助人們計劃和準備。”