热不仅仅是温度——以下是我们如何测量热

当您准备迎接新的一天时，夏日阳光正在天空中升起。您查看天气预报，了解天气有多热：最高气温为 94 华氏度（34 摄氏度）。热指数为 102 华氏度（39 摄氏度）。下午的相对湿度将达到 50%。您所在的地区有高温预警，“高温风险”为橙色。显然，这将是炎热、潮湿的一天。但是，对于您将在户外体验到的情况以及您应该采取的预防措施，这一堆数字和术语到底意味着什么？

美国国家气象局 (NWS) 公共气象服务项目经理兼国家综合高温健康信息系统联合负责人金伯利·G·麦克马洪说：“拥有多个高温和热应激参数或指标可能会让人感到困惑。”

《大众科学》在此帮助您解读用于传达高温及其相关风险的各种测量方法和工具，以帮助您为一天做好准备。

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温度

当您谈论高温事件时，基线测量是气温。

美国国家气象局 (NWS) 拥有一系列站点，用于测量离地面几英尺的空气温度。当然，即使在小范围内，温度也可能差异很大，因此，例如，纽约市的报告数据可能与整个大都市区不同。绿树成荫的中央公园在夏季通常比铺砌路面多、绿地少的街区凉爽几华氏度。

我们对温度的体验因我们是在阴凉处还是阳光下而异：站在阳光直射下，身体感觉到的温度可能比测量的气温高 10 到 15 华氏度（6 到 8 摄氏度）。

高温会给身体带来很大的压力，特别是对于幼儿、老年人、患有某些健康状况或服用某些药物的人以及无法轻松获得空调的人。“没有人能幸免于高温的影响，但有些人更容易受到影响，”麦克马洪说。“这真的是一种个性化的危害。”

当人体过热时，可能会脱水，这会导致血液变稠，心脏需要更努力地泵血。高温暴露会导致热衰竭，其特征是恶心、头晕和肌肉痉挛。暴露还可能导致中暑甚至死亡。

虽然我们都熟悉根据我们使用的任何刻度（美国为华氏度；几乎所有其他地方为摄氏度）来感受温度，但这个数字并不总是夏季高温的唯一因素。还有另一个指标在我们在高温下（尤其是极端高温下）的感受中起着重要作用。

湿度

我们大多数人都大致熟悉湿度——空气中水蒸气的量——以及它如何使炎热的一天变得不那么愉快和更加闷热。但尽管我们知道潮湿的一天感觉更糟糕，但并非每个人都意识到“非常潮湿的 85 华氏度 [29 摄氏度] 的一天比干燥的 85 度的一天对您的身体更糟糕，”哥伦比亚大学研究极端高温的博士生凯西·伊万诺维奇说。

潮湿的热量可能对健康构成更大的风险，因为空气中的水分越多，身体通过汗液蒸发自然降温的能力就越差。因此，在考虑您对当天天气的体验时，湿度是一个需要考虑的关键因素。

相对湿度

预报通常通过相对湿度来传达这种体验，相对湿度表示空气中水蒸气的量相对于空气在给定温度下可以容纳的水蒸气量。这意味着相对湿度顾名思义，是相对于温度而言的，这使得难以衡量潮湿的条件会让人感觉有多闷热。例如，湿度为 50% 的 80 华氏度（27 摄氏度）的一天比湿度为 100% 的 30 华氏度（零下 1 摄氏度）的一天感觉潮湿得多。

相对湿度也会在一天中发生变化：例如，湿度在早上可能是 90%，在下午温度较高时可能是 50%，但稍后一天的情况不会感觉不那么潮湿。

露点

因此，许多气象学家和天气爱好者更喜欢使用另一种测量方法，即露点。露点是空气必须冷却到的温度，以便大气中的水蒸气开始凝结出来，这意味着空气将达到 100% 的相对湿度。露点的好处在于它不随温度变化而变化，尽管如果潮湿气团移入或移出该区域，它可能会在一天中发生变化。

但是，您不必记住该定义即可使用露点来衡量室外湿度：使用粗略的指导原则，露点低于 55 华氏度（13 摄氏度）时，天气干燥宜人；在 55 到 65 华氏度（18 摄氏度）之间时，开始变得粘稠；高于 65 华氏度时，可能会感觉像在空气中游泳。一旦达到 70 多华氏度（20 摄氏度出头），就会让人感到压抑。

但是，您在给定露点下的舒适程度取决于您对湿度的适应程度。对于美国西部的大部分地区来说，空气通常非常干燥，露点很低，因此即使是那些中等露点也会让人感到不舒服。沿着墨西哥湾沿岸，湿度是常态，露点通常在 60 多华氏度或更高。“每个人都有自己的阈值，”美国国家海洋和大气管理局研究气象学家贾里德·伦尼说。（就他而言，伦尼开玩笑地使用“贾里德痛苦指数”，其中任何高于 55 华氏度的露点都是痛苦的。“它没有任何科学依据，”他说。）

并非每个人都对天气有那么大的兴趣，也没有那么多时间深入研究露点，因此可以使用其他一些工具来了解室外会是什么感觉。

热指数

美国国家气象局 (NWS) 使用了几十年的一个工具称为热指数，它指示感觉有多热。更专业地说，该指数将温度和湿度结合在一起，以了解天气对身体的感觉有多热。

热指数是通过一个复杂的公式计算出来的，该公式考虑了相对湿度和气温。因此，例如，如果温度为 84 华氏度（29 摄氏度）且相对湿度为 75%，则感觉像 92 华氏度（33 摄氏度）。但是，该公式对人的年龄、身高和体重做出了各种假设，并且还假设他们处于阴凉处休息。对于年龄较大、从事剧烈活动或位于阳光直射下的人来说，热指数会更高。相反，如果有微风，他们会感觉更凉爽。

但是，“对于任何高温工具，都存在优点和局限性，”麦克马洪说。热指数在美国西部不太有用，因为那里的潮湿热量不太普遍，而且该公式从未针对非常极端的高温和湿度进行过测试。美国国家气象局 (NWS) 已尝试针对这些极端情况进行调整，随着气候变暖，这些极端情况越来越频繁。然而，2022 年发表在《环境研究快报》上的一项研究表明，该机构的调整方法低估了极端情况下的热指数，并提出了另一种方法。

尽管存在这些局限性，但麦克马洪表示，热指数是一种快速向公众传达天气感觉比实际温度更热的有用方法。

新措施

美国国家气象局 (NWS) 和其他专家正在研究不同的、更具可操作性的方法，以更好地向人们传达高温带来的健康风险。这样做至关重要，因为热浪现在更加频繁、强度更大且持续时间更长。

湿球黑球温度

其中一项措施非常复杂，名称也很拗口：湿球黑球温度。它不仅考虑了气温和湿度，还考虑了阳光照射和风速。麦克马洪说，美国军方在 20 世纪 50 年代开发了这项措施，“以解决他们在训练营中看到的因高温引起的疾病高发问题”。学区和运动队开始更多地使用它来决定是否举行夏季训练。在佛罗里达州，《扎卡里·马丁法案》（以一位死于热病的运动员的名字命名）于 2020 年通过，要求高中运动队使用湿球黑球温度来确定举行训练是否安全。

该测量方法往往仅供接受过如何解释其培训的机构使用，因为它可能产生低于实际温度的数字。“危险值是 90 华氏度（32 摄氏度），”伦尼说。在这些条件下，“您不能在户外。”

粘度

伊万诺维奇和她在哥伦比亚大学的同事正在开发一种他们称之为“粘度”的测量方法。它有效地表明给定的极端高温事件是更多地受温度还是湿度因素的影响。这种区分很重要，因为“人们需要采取的不同类型的行动可能会有所不同”，具体取决于哪个因素的权重更大，她说。

她和她的同事设想当地天气和气候专家使用粘度指数来确定某个地区的高温事件是否始终更多地受温度或湿度驱动，或者它们是否高度可变。在后一种情况下，地方当局应明确警告人们，如果某个事件将非常潮湿，以便他们可以采取适当的预防措施以保持水分并降温。“令人鼓舞的是，我们看到越来越多的人尝试将湿度纳入极端高温传播中，”伊万诺维奇说。“我们越意识到 [这一点]，就越好。”

高温观察、警告和预警

为了帮助人们了解他们何时风险最高以及该怎么做，美国国家气象局 (NWS) 发布了各种高温天气警报。直到最近，这些警报的形式还是与某些温度阈值相关的高温观察、警告和预警。伦尼说，这些阈值“对于您所在的地区来说非常具体”，因为对于西雅图人来说感觉像极端高温的天气与对于亚特兰大人来说感觉压抑的天气是不同的。

与其他天气观察一样，当预计热指数将在未来 24 到 72 小时内高于某个阈值时，通常会发布高温观察，但极端高温的时间和是否会实现的问题仍然不确定。有时，如果预报员相当确信事件会发生，则甚至可以在更早的时候发布高温观察。

警告和预警通常提前约 12 到 24 小时发布，但当对预报的信心很高时，也可以更早发布。警告的温度阈值高于预警。

尽管这些警报有助于引起公众的注意，但在地形主要变化在预报区域内造成非常不同的微气候的情况下，它们并不总是有效。

伦尼以他居住的北卡罗来纳州阿什维尔为例：该地区美国国家气象局 (NWS) 办公室的阈值为 105 华氏度（41 摄氏度）以触发高温预警，但相对温和的山区气候（阿什维尔就位于山区）意味着在较低温度下，那里的人们感觉比东部皮埃蒙特高原地区的人们热得多。

高温风险

为了帮助解决现有工具的局限性，美国国家气象局 (NWS) 开发了一种名为 HeatRisk 的交互式地图工具。美国国家气象局 (NWS) 西部地区总部科学与技术融合部门负责人迈克·斯陶登迈尔说，它是“美国本土 [美国大陆] 的第一个高温警报系统”。

该系统使用绿色、黄色、橙色、红色和洋红色等彩色编码等级来表示风险增加。这些等级基于给定区域在给定日期内的最高和最低温度，以及它们与该地点一年中此时的历史气候相比的异常程度。因此，与观察和警告一样，HeatRisk 对当地人适应的天气很敏感。麦克马洪说，4 月份纽约市 90 华氏度的事件与 7 月份的事件不同，“因为人们有时间适应夏季后期的温暖气温”。同样，在墨西哥湾沿岸可能被评为橙色（中等风险）或红色（高风险）的高温事件，在更北的地方可能被评为洋红色（极高风险），因为相同的条件在那里不太常见。

HeatRisk 地图还使用美国疾病控制与预防中心 (CDC) 的死亡率数据，这些数据将温度与高温相关死亡人数的增加联系起来。它还考虑了预期的高温持续时间，因为当身体没有时间恢复和降温时，高温的影响会累积。

该地图还可以更好地适应气候的非常局部的变化。例如，它可以显示加利福尼亚州海岸的绿色等级，并迅速上升到内陆的橙色或红色等级。例如，伦尼注意到最近一次热浪，他的房子属于橙色类别，他的工作地点属于黄色类别，而他儿子的营地属于红色类别。

HeatRisk 不考虑湿度，但它确实考虑了夜间低温，这与露点非常吻合，斯陶登迈尔说。例如，如果亚特兰大的露点为 73 华氏度（23 摄氏度），则温度将等于或高于 73 华氏度。通过这些方法，该工具可以解释潮湿的高温事件。

风险级别还考虑了更容易受到高温影响的人，他们需要比不太容易受到影响的人在更低的风险级别采取预防措施。一些风险沟通专家希望看到围绕这些风险的措辞发生变化，以更好地传达人们何时需要注意，因为诸如“轻微”之类的术语可能会无意中传达几乎没有风险的信息。

麦克马洪说，该工具被认为是“实验性的”。美国国家气象局 (NWS) 今年首次在美国大陆全面推广该措施，将考虑反馈并对其进行调整，以确保其尽可能有用。她说，美国国家气象局 (NWS) 仍在努力将该工具扩展到阿拉斯加、夏威夷、波多黎各和其他美国领土。那里的困难在于历史数据的相对匮乏。

尽管 HeatRisk 工具并不完美，但“这是一个开始，”伦尼说。麦克马洪补充说，我们能够最大限度地减少热病和死亡的唯一方法是通过这种“全国范围的方法”，为人们提供充分的警告。“我们真的强调使用它来帮助人们计划和准备。”