有一个公式,给出了温度的物体或人暴露于太阳吗?

Question

众所周知,温度传感器通常是阴影,部分减轻变化由于不同的云层。然而,大多数人经历温度在阳光下。其他的测量温度描述温度的感受炎热指数和风寒,但都忽视了太阳的影响。例如,一个非常低的风寒部分可以克服一个清晰的、阳光明媚的一天。

有这样一个公式可能给出一个阶层的经验温度?我想象这样一个公式将涉及太阳角,反照率和辐射平衡。

Answer 1

它甚至不是一个简单的问题,一个简单的对象。温度随着条件的变化而不同,但这类问题通常的方法是找到一组条件的平衡温度。这是找对象的最终温度将达到如果暴露在一个给定的太阳能辐射,与空气在给定温度下,对于给定压力、湿度、风等。

这种平衡状态会让你找到温度通过假设能量平衡。可以作为要求传入的能量进入身体=即将离任的能量,或

$ Ẹ_ {} = E_{出}$

简化假设解释的对象是在平衡与空气温度在夜间,我们要计算其温度曾经阳光灿烂。在这种情况下,输入的能量将会吸收太阳能的功能,因此,将辐射强度的函数(R_{太阳}$)取决于太阳仰角,云层,等等。(并且可以获得直接输出的气候模型),物体的反照率(\α美元)和区域暴露于阳光(即截面)(美元美元),这将是由物体的形状,太阳仰角和方位角。所以,这相当于:

$ E_ {} = R_{太阳}(1 - \α)美元

现在,能量离开对象将有两个组件。

1. 辐射:对象将冷却发射电磁辐射(主要是红外)根据斯蒂芬玻尔兹曼定律。
2. 传导:对象温度比周围的空气,将松散的热量热传导进去。

所以

美元E_{出}= \卡帕(T - T_{空气})识别+ \ varepsilon \ T ^ 4 S $

\ kappa美元在哪里空气的热导率,T是美元的温度对象和年代美元其表面积。\ varepsilon美元是发射率(即1黑体),和\σ的美元斯蒂芬玻尔兹曼常数。

上面的三个方程能够求出物体的温度,但你可以看到有很多参数,取决于物体的形状,和材料,所以这是不可能。

另外,在没有风的情况下,空气的温度在接触对象不会和周围的空气一样,更为复杂的问题。

此外,除了一个美元\ varepsilon $和$ \α美元也可以改变太阳仰角和方位角(如果对象是由不同的材料)。

这个问题进一步复杂化,空气的热导率\ kappa美元是温度的函数,压力和湿度。它不是一个简单的关系,通常是表或使用经验公式计算。

在engineeringtoolbox.com你可以找到表和图\ kappa美元的干燥的空气,这里是一个例子:

但是湿度也影响很难量化,生长与温度的重要性。有在electronics-cooling.com上的一篇文章解释的影响,归纳为如下图:

所以,这对一个对象已经够难了,更别说一个人。在这种情况下会有更多的参数,来玩。像服装提供的绝缘,表面和皮肤的含水量暴露在风中,身体热量生产等。

明显的温度

是说,有一些试图估计感知温度的人包括湿度、风和太阳辐射。也许最好的例子湿球温度的全球温度美元($ \ mathbf {WBGT}),由加权平均数的三种不同类型的温度计的读数:一个正常的一个,湿球温度的(受风和湿度)和一个非常少见black-globe温度计(受太阳辐射影响)。

这个公式是:

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

然而,这个值并不经常使用,因为是非常特定位置(例如依赖云)。然而,也许就是一个很好的方法你可以使用实际的太阳能辐射从天气模型计算温度,湿球温度和black-globe温度计会产生,我认为很容易实现的东西,然后计算出美元\ mathbf {WBGT} $使用上面的公式。

注意,$ \ mathbf {WBGT} $价值可能是有用的为人们知道冷/热感觉,但不会告诉你任何关于不同的物体的实际温度暴露于这些条件。