有没有一个公式可以给出物体或人暴露在阳光下的温度?

Question

众所周知温度传感器通常被遮蔽，在一定程度上减轻了不同云量造成的变化。然而，大多数人都能感受到阳光下的温度。其他描述温度感觉的温度测量方法是热指数和风寒，但两者都忽略了太阳的影响。例如，一个非常低的风寒可以被一个晴朗的晴天部分克服。

有没有这样一个公式可以给出经验温度的上层?我设想这样一个公式将包括太阳角，反照率，也许还有辐射平衡。

Answer 1

即使对一个简单的物体来说，这也不是一个容易的问题。温度会随着条件的变化而变化，但解决这类问题的通常方法是找到一组条件的平衡温度。也就是说，在给定压力、湿度、风力等条件下，在给定温度的空气下，如果暴露在给定的太阳照射下，物体将达到的最终温度。

这样的平衡状态可以让你通过假设能量平衡来找到温度。这可以说是要求进入身体的能量等于流出身体的能量,或

$Ẹ_{in} = E_{out}$

为了简化解释，我们假设物体在夜间与空气温度处于平衡状态，我们想计算出太阳照射到物体上时物体的温度。在这种情况下，入射能量将是吸收太阳能的函数，因此它将是辐射强度($R_{sun}$)的函数，这取决于太阳高度、云量等(可以作为气候模型的直接输出)、物体的反照率($\alpha$)和暴露在阳光下的面积(即横截面)($ a$)，这将由物体的形状、太阳高度和方位角给出。所以，这相当于:

$E_{in}=R_{sun} (1-\alpha) A$

离开物体的能量有两个分量。

1. 辐射:物体冷却后会发射电磁辐射(主要是红外线)根据斯蒂芬玻尔兹曼定律．
2. 传导:当物体比周围的空气热时，它就会释放热量热传导进去。

所以

$E_{out}=\kappa (T - T_{air}) + \varepsilon \sigma T^4 S$

其中$\kappa$是空气的热导率，$T$是物体的温度，$S$是物体的表面积。$\varepsilon$是发射率(对于黑体是1)，$\sigma$ the斯蒂芬玻尔兹曼常数．

以上三个方程足以解出物体的温度，但正如你所看到的，有许多参数取决于对象的形状和材料，所以不可能一概而论。

此外，在没有风的情况下，与物体接触的空气的温度不会与周围的空气相同，这进一步使问题复杂化。

此外，除了$A$， $\varepsilon$和$\alpha$也可以随太阳高度和方位角变化(如果物体由不同的材料制成)。

使问题更加复杂的是，空气的热导率是温度、压力和湿度的函数。这不是一个简单的关系，它通常是用表格或经验公式计算出来的。

在engineeringtoolbox.com你可以找到表和图表$\kappa$干燥空气，这里有一个例子:

但湿度也有难以量化的影响，其重要性随着温度的升高而增加。有一篇文章发表在electrons-cooling.com解释了这种效应，概括如下图:

所以，这对一个物体来说已经很难了，更不用说对一个人了。在这种情况下，会有更多的参数发挥作用。比如衣服提供的绝缘量，暴露在风中的皮肤表面和水分含量，身体产生的热量等。

明显的温度

也就是说，有一些尝试来估计人们的感知温度，包括湿度、风和太阳辐射．最好的例子也许是湿球温度($\mathbf{WBGT}$)，它们由三种不同类型的温度计读数的加权平均值组成:正常温度计，湿球温度计(受风和湿度影响)和非常罕见的温度计black-globe温度计(受太阳辐射影响)。

公式为:

$ \ mathbf {WBGT} = 0.7 \, T_ \{溼球}+ 0.2,识别T_ \ {black-globe} + 0.1,识别T_{空气}$识别

但是，这个值不经常使用，因为它非常特定于位置(例如，依赖于云)。然而，也许你可以采取的一个好方法是使用天气模型中的实际太阳照射来计算湿球温度计和黑球温度计所产生的温度，我认为这很容易实现，然后用上面的公式计算$\mathbf{WBGT}$。

请注意，$\mathbf{WBGT}$值可能有助于人们了解它的冷/热感觉，但它不会告诉您暴露在这些条件下的不同物体的实际温度。