事实还是虚构?:风寒效应是真实存在的

冬季的微风确实感觉寒冷,但您的皮肤可能没有您想象的那么冷


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臭名昭著的极地涡旋已经使美国和加拿大在今年冬天多次陷入深度冰冻。 警惕的气象预报员现在经常展示大型地图,显示极低的风寒值:明尼阿波利斯零下 34 华氏度,芝加哥零下 36 华氏度,法戈,北达科他州,昨晚就达到了零下 39 华氏度。 但是,如果气温为 15 华氏度,而每小时 20 英里的风速使风寒降至零下 2 华氏度,那么您裸露的皮肤温度会降至该温度吗?
 
不会。 您的皮肤温度不会低于实际气温。 无论风是平静还是以每小时 40 英里的速度呼啸,您裸露的面部最冷也只能达到 15 华氏度。
 
那么,风寒的意义何在? 我们应该担心它吗? 它具有欺骗性吗?
 
风寒是一个数学推导出的数字,它近似于您的皮肤感觉有多冷——而不是您的皮肤实际有多冷。 感谢您皮肤中的血液和皮下组织,您的身体不断辐射热量,在您的皮肤表面产生一层薄薄的温暖空气边界层,这有助于您隔绝寒冷。 如果您站在 20 华氏度的空气中静止不动,并且没有风,您的皮肤会比 20 华氏度更温暖。 然而,风会带走一部分热量,风速越快,热量损失的速度就越快。 一旦风速超过每小时 25 英里左右,它带走热量的速度就会超过您身体散发热量的速度,使您的皮肤暴露在完全的低温下。
 
然而,您的神经末梢和大脑会将皮肤温度的快速下降感知为极端。 科学家们不确定为什么会发生这种情况,但他们认为这是一个信号,指示收缩皮肤和四肢的血管,以便更多的血液可以流向身体的核心,以保持您的器官温暖并让您活下去——即使您在这个过程中失去一根手指或脚趾。 风寒完全是关于感知,而风寒指数是衡量这种感知的一种尝试。
 
不同的风寒指数使用不同的公式,但在所有公式中,最重要的因素是气温和风速,美国陆军环境医学研究所的研究生理学家凯瑟琳·奥布莱恩在马萨诸塞州纳蒂克说。 国家气象局风寒图表仅使用这两个量,并通过基于原型人脸组织以及身体热量损失率的模型运行它们。 AccuWeather 的“真实感受”指数添加了诸如云层覆盖和太阳角度等影响,但由于该公式受到专利保护,外部科学家无法评估其数学原理。
 
如果风寒不是您皮肤上的实际温度,为什么还要报告它? 这是一个合理的问题。 一些气象学家表示,报告“冻伤所需时间”而不是风寒值会更有用。 如果观众知道他们裸露的皮肤会多快冻伤,他们可能会更加谨慎。 然而,冻伤时间并没有为穿多少衣服提供非常有用的线索。
 
风寒图表确实大致显示了在越来越低的值下皮肤冻伤需要多长时间。 例如,0 华氏度的温度和 20 英里/小时的风速会产生零下 22 华氏度的风寒,皮肤会在 30 分钟内冻伤。 如果风速上升到 55 英里/小时,风寒会降至零下 32 华氏度,皮肤会在 10 分钟内冻伤。 请记住,皮肤在较低风寒下冻伤速度更快的唯一原因是身体的热量包络层被更快地去除。 皮肤只有在其温度远低于 32 华氏度时才会冻伤,因为其细胞含有盐和其他化合物,这些化合物会降低其冰点至水的冰点以下。 确切的时间因个人的血液流动、脂肪层和皮下组织而异。
 
仍然不相信风寒温度不是真实的? 尝试一个实验:在室外放置两个温度计,一个在风中,一个屏蔽风。 当您返回时,它们的读数将相同。 或者只是问自己一个简单的问题:如果您以每小时 20 英里的速度驾驶汽车,并且读取仪表板温度计,然后加速到每小时 60 英里,温度会下降吗? 不会。 因为气温没有变化。 您的汽车没有风寒——即使您给您的车辆起了人的名字。
 
意识到寒冷完全是关于感知的,这引发了其他有趣的观察。 拥有大量体脂的人实际上可能比没有体脂的人感觉更冷,尽管人们认为脂肪可以起到隔热作用。 奥布莱恩说,皮肤下更多的脂肪实际上会阻止肌肉产生的热量到达皮肤。 由于寒冷的感知主要来自皮肤中的神经,因此随着气温下降,高体脂的人可能会感觉更冷。
 
女性可能经常比男性感觉更冷,因为她们往往肌肉质量较少(产生的热量较少)和更多的体脂(阻挡热量到达皮肤),并且因为她们通常较小的身材使她们的表面积与质量之比更大,她们倾向于更快地散失热量。 当然,每个人都是不同的。
 
无论风寒是否是一个有用的数字,电视和广播上的气象学家都在疯狂地使用它。 毕竟,报告零下 36 度和零下 39 度的风寒听起来比 0 度和微不足道的零下 2 度的温度更引人注目。 “现在有点荒谬了,”奥布莱恩说。 “有时很难找到实际气温。”

Mark Fischetti has been a senior editor at 大众科学 for 17 years and has covered sustainability issues, including climate, weather, environment, energy, food, water, biodiversity, population, and more. He assigns and edits feature articles, commentaries and news by journalists and scientists and also writes in those formats. He edits History, the magazine's department looking at science advances throughout time. He was founding managing editor of two spinoff magazines: 大众科学 Mind and 大众科学 Earth 3.0. His 2001 freelance article for the magazine, "Drowning New Orleans," predicted the widespread disaster that a storm like Hurricane Katrina would impose on the city. His video What Happens to Your Body after You Die?, has more than 12 million views on YouTube. Fischetti has written freelance articles for the New York Times, Sports Illustrated, Smithsonian, Technology Review, Fast Company, and many others. He co-authored the book Weaving the Web with Tim Berners-Lee, inventor of the World Wide Web, which tells the real story of how the Web was created. He also co-authored The New Killer Diseases with microbiologist Elinor Levy. Fischetti is a former managing editor of IEEE Spectrum Magazine and of Family Business Magazine. He has a physics degree and has twice served as the Attaway Fellow in Civic Culture at Centenary College of Louisiana, which awarded him an honorary doctorate. In 2021 he received the American Geophysical Union's Robert C. Cowen Award for Sustained Achievement in Science Journalism, which celebrates a career of outstanding reporting on the Earth and space sciences. He has appeared on NBC's Meet the Press, CNN, the History Channel, NPR News and many news radio stations. Follow Fischetti on X (formerly Twitter) @markfischetti

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