熱指数

暑さ指数( HI )は、日陰の気温 と相対湿度を組み合わせた指数で、日陰の湿度が別の値であれば人間が感じる等価温度を表します。たとえば、気温が 32 °C (90 °F) で相対湿度が 70% の場合、暑さ指数は 41 °C (106 °F) になります (下の表を参照)。暑さ指数は日陰で感じる気温を表すものですが、直射日光や身体活動による熱や風による冷却は考慮されません。

通常、人体は汗を蒸発させることで体を冷やします。相対湿度が高いと蒸発と冷却が減り、不快感と潜在的な熱ストレスが増加します。体型、代謝、水分補給レベル、妊娠、またはその他の身体的条件により、人によって暑さの感じ方は異なります。体感温度の測定は、温度と湿度が管理された条件下で被験者がどの程度暑さを感じるかという報告に基づいています。熱指数の他に、体感温度の測定には、カナダの湿度指数、湿球黒球温度、「相対屋外温度」、独自の「RealFeel」などがあります。

熱指数は1979年にロバート・G・ステッドマンによって開発されました。^{[1] [2]}風冷指数と同様に、熱指数には人体の質量と身長、衣服、身体活動量、個人の耐熱性、日光と紫外線への曝露、風速に関する仮定が含まれています。これらから大幅に逸脱すると、体感温度を正確に反映しない熱指数値になります。^[3]

カナダでは、熱指数の代わりに、同様のヒュミデックス（1965年にカナダで導入された革新的技術）^[4]が使用されています。ヒュミデックスと熱指数はどちらも露点を使用して計算されますが、ヒュミデックスは7°C（45°F）の露点を基準として使用し、熱指数は14°C（57°F）の露点基準を使用します。^{[詳細な説明が必要]}さらに、熱指数は、ヒュミデックスの計算でのみ使用される蒸気圧以外の多くの変数を考慮した熱バランス方程式を使用します。相違を解決するために米国とカナダによって結成された合同委員会^{[誰？ ]はその後解散しました。 [要出典]}

特定の (乾球) 温度と湿度の組み合わせの熱指数は、水蒸気圧が 1.6 kPa の場合に同じように感じられる乾球温度として定義されます。ステッドマンは次のように言っています。「したがって、たとえば、体感温度 24 °C (75 °F) は、蒸気圧が 1.6  kPaの乾球温度 24 °C (75 °F) と同じレベルの蒸し暑さを意味し、同じ服装が必要になります。」^[1]

この蒸気圧は、例えば海面湿度図では気温29℃（84℉）および相対湿度40%に相当し、ステッドマンの湿度表では相対湿度40%で見かけの温度は26～31℃（79～88℉）の真温度に等しい。標準大気圧（101.325kPa）では、この基準値は露点14℃（57℉）および混合比0.01（乾燥空気1kgあたり水蒸気10g）にも相当する。^[1]

相対湿度の値が一定であれば、気温が高いほど熱指数は大きく上昇します。例えば、約27℃（81℉）では、相対湿度が45%であれば熱指数は実際の気温と一致しますが、43℃（109℉）では、相対湿度が18%を超えると熱指数は43℃より高くなります。^[5]

記載されている式は、気温が27℃（81℉）以上の場合にのみ有効であると示唆されている。^[6]相対湿度の閾値は、それ以下では熱指数の計算で気温以下の数値が返される（より低い熱指数は一般に無効とみなされる）が、気温によって変化し、直線的ではない。閾値は通常、任意の40%に設定される。^[5]

熱指数とその対応する湿度指数は、どちらも日陰の温度と大気中の水分（湿度）という2つの変数のみを考慮しているため、温熱的快適性の推定値は限られています。風、日光、個人の衣服の選択などの追加要因も体感温度に影響します。これらの要因は、熱指数の式で定数としてパラメーター化されます。たとえば、風は5ノット（9.3 km/h）と想定されています。^[5]濡れた肌や汗をかいた肌を通過する風は、蒸発と風冷効果を引き起こしますが、熱指数では測定されません。もう1つの主要な要因は日光です。直射日光の下に立つと、日陰に比べて体感温度が最大15 °F（8.3 °C）上昇することがあります。^[7]湿球黒球温度、「相対屋外温度」、「体感温度」、または独自の「RealFeel 」など、普遍的な体感温度を作成する試みが行われてきました。

屋外の開放的な環境では、相対湿度が上昇すると、まず霞がかかり、最終的には雲が厚くなり、地表に届く直射日光の量が減ります。したがって、最大潜在温度と最大潜在相対湿度の間には反比例関係があります。この要因により、地球上で実際に達成可能な最高の熱指数は約71 °C（160 °F）であるとかつては考えられていました。しかし、2003年7月8日のサウジアラビアのダフラーンでは、露点が35 °C（95 °F）で気温が42 °C（108 °F）だったため、熱指数は81 °C（178 °F）となりました。^[8] 2024年8月28日、イラン南部の気象観測所は熱指数82.2 °C（180.0 °F）を記録しました。これが確認されれば新記録となります。^[9]

人体は過熱を防ぐために蒸発冷却を必要とします。湿球温度と湿球黒球温度は、余分な熱を排出する体の能力を判断するために使用されます。湿球温度が約35℃（95℉）に持続すると、健康な人にとって致命的になる可能性があります。この温度になると、体は環境に熱を放出するのではなく、環境から熱を得るようになります。^[10]したがって、湿球温度35℃（95℉）は、体が十分に冷却できなくなる閾値です。^[11]

以下の表は、米国海洋大気庁のものです。列は 80 °F (27 °C) から始まりますが、湿度が高い場合は 79 °F (26 °C) や同様の温度でも熱指数効果があります。

たとえば、気温が96°F（36°C）で相対湿度が65％の場合、熱指数は121°F（49°C）になります。

直射日光にさらされると、熱指数は最大8℃（14℉）上昇する可能性がある。^[12]

Steadmanの元の表を近似するために考案された式は数多くある。Anderson et al. (2013)、^[13] NWS (2011)、Jonson and Long (2004)、Schoen (2005)の順に残差が小さくなっている。前者2つは多項式の集合であるが、3つ目は指数関数による単一の式である。

以下の式は、華氏度で表した熱指数を±1.3 °F (0.7 °C) 以内で近似します。これは、人体モデルに対する多変量フィッティング (気温 80 °F (27 °C) 以上、相対湿度 40% 以上) の結果です。^{[1] [14]}この式は、上記の NOAA 国立気象局の表を再現したものです (ただし、華氏 90 °F (32 °C) および相対湿度 45%/70% の値は、それぞれ ±1 未満で丸められていません)。

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

• HI = 熱指数（華氏度）
• T = 周囲の乾球温度（華氏度）
• R = 相対湿度（0～100のパーセンテージ値）

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

温度が摂氏で与えられた場合、熱指数を決定するために以下の係数を使用することができる。

• HI = 熱指数（摂氏）
• T = 周囲の乾球温度（摂氏）
• R = 相対湿度（0～100のパーセンテージ値）

${\textstyle {\begin{aligned}c_{1}&=-8.784\,694\,755\,56,&c_{2}&=1.611\,394\,11,&c_{3}&=2.338\,548\,838\,89,\\c_{4}&=-0.146\,116\,05,&c_{5}&=-0.012\,308\,094,&c_{6}&=-0.016\,424\,827\,7778,\\c_{7}&=2.211\,732\times 10^{-3},&c_{8}&=7.2546\times 10^{-4},&c_{9}&=-3.582\times 10^{-6}.\end{aligned}}}$

この式の代わりとなる定数セットは、湿度 0 ～ 80%、気温 70 ～ 115 °F (21 ～ 46 °C)、熱指数 150 °F (66 °C) 未満で、NWS マスター テーブルの ±3 °F (1.7 °C) 以内です。

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

さらに別の言い方としては、次のものがある: ^[15]

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

たとえば、この最後の式を使用すると、温度が 90 °F (32 °C)、相対湿度 (RH) が 85% の場合、結果は 114.9 °F (46.1 °C) になります。

熱指数は、空気が100%以上の水分で飽和している過飽和のような極端な状況ではうまく機能しない。カリフォルニア大学バークレー校の物理学者で気候科学者のデイビッド・ロンプスと大学院生のイー・チュアン・ルーは、熱指数が1995年のシカゴ熱波のような激しい熱波の深刻さを過小評価していることを発見した。^[16]

熱指数に関するその他の問題としては、多くの地域で正確な湿度データが入手できないこと、人が健康であるという前提、人が水と日陰に簡単にアクセスできるという前提などが挙げられる。^[17]

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• 温熱的快適性 § 温度と湿度の相互作用
• ヒュミデックス
• 湿球温度
• 風の冷たさ

• 風冷と体感温度の説明 メートル法の計算式
• 熱指数計算機 °Fと°Cの両方を計算します
• 世界の熱中症指数の現在の地図