体感温度(风冷指数) 返回
气象·热工学

体感温度(风冷指数)计算工具

设置气温和风速,实时计算体感温度。确认冻伤风险,通过风速和气温的体感温度图表,帮助冬季防寒措施。

参数

预设场景
冻伤风险:低
计算结果
体感温度
与实际温度的差
冻伤风险时间
体感分类
体感温度刻度(−50℃ ~ 0℃)
−50−40−30−20−100℃
风速 vs 体感温度
气温 vs 体感温度
风速对比
理论·主要公式

$T_{wc} = 13.12 + 0.6215T - 11.37v^{0.16} + 0.3965Tv^{0.16}$

T:气温(℃)、v:风速(km/h)
适用范围:v ≥ 4.8 km/h、T ≤ 10℃

深化理解的对话

🙋
老师,今天气温是−5℃,虽然只是有点刮风,我的身体感觉特别冷。但是温度计测出来也是−5℃,为什么感觉差别这么大呢?
🎓
那是因为"边界层被吹散了"。皮肤周围有一层被体温加热的薄空气(热边界层)。在静止状态下,这层空气起绝热材料的作用,热损失不多。但是有风的话,边界层被吹走,冷空气直接接触皮肤。用热传递公式来说就是 $q = h(T_{skin} - T_{air})$ 中的 $h$(热传递系数)随着风速增加而增大。
🙋
那么风速加倍,体感温度是不是也加倍冷?
🎓
不是这样的。从JAG公式来看,风速是以 $v^{0.16}$,即0.16次方的形式进入的,所以是高度非线性的。比如−10℃时,风速从0变到20 km/h,体感温度下降约10℃。但从20变到40 km/h翻倍,下降才约3℃。也就是说,从"无风到微风"的变化最大,到了强风以后,追加降幅就比较小了。
🙋
那穿上防风外套会有很大的改善吗?
🎓
对!防风布料实际上就是"人为维持边界层的墙"。比如−15℃、风速40 km/h的暴风,体感温度会降到约−28℃,但穿上防风外套挡住风,就能维持接近−15℃的状态。加拿大气象部门的标准是体感−27℃以下会有冻伤风险,所以−15℃的气温即使有强风也真的很危险。
🙋
风冷指数公式是怎么得出来的?是经验法则吗?
🎓
实际上是加拿大和美国的研究人员进行了户外实验。12名被试者的脸上装了皮肤温度传感器,在−10~−40℃、各种风速的环境中进行了测量。基于这些数据用统计回归法得出的就是现在的JAG公式(2001年)。旧的Siple-Passel公式(1945年)是基于南极探险家的经验数据,特别是低风速区域精度不好。现行公式是WMO(世界气象组织)也推荐的国际标准。
🙋
衣服被雨雪淋湿的情况下怎么办?公式里好像没有这个因素。
🎓
JAG公式是以"干燥皮肤"为前提,湿度和淋湿都不包含在内。但实际上衣服淋湿的话情况会完全改变。水的热导率(约0.6 W/mK)是空气(约0.026 W/mK)的23倍,淋湿的衣服基本失去保温性。冬季山难的很多事故都是"淋湿+有风"的组合导致的体温下降,这就是原因。这种情况下实际危险程度会远超JAG公式的计算值。

常见问题

采用加拿大环境部和美国气象局在2001年共同制定的JAG(Joint Action Group)风冷指数公式。 $T_{wc} = 13.12 + 0.6215T - 11.37v^{0.16} + 0.3965Tv^{0.16}$(T:气温℃、v:风速km/h)。 与旧的Siple-Passel公式(1945年)相比,在低风速区域精度更高,是目前北美和WMO的官方标准。
风速低于4.8 km/h(大约行走速度)时超出JAG公式的适用范围,本工具中体感温度等于实际气温显示。 实际上即使完全无风,自然对流也会导致热损失,但JAG公式在这个区域没有明确覆盖。
按照加拿大气象局(MSC)的官方标准定义如下:
  • 体感温度 −10℃以上:无冻伤风险
  • −10~−27℃:风险低(长时间暴露需注意)
  • −27~−35℃:暴露的皮肤在30分钟内会有冻伤风险
  • −35~−48℃:在10~30分钟内会有冻伤风险
  • −48℃以下:在5~10分钟内会有冻伤风险(危险)
皮肤周围总是存在一层被体温加热的薄空气(热边界层)。在静止空气中,这层空气起绝热材料的作用,抑制热损失。 有风时会产生强制对流,边界层被吹散,结果热传递系数 $h$ 增大,单位时间和面积的热损失量 $q = h(T_{skin} - T_{air})$ 增加。 穿着防风素材可以维持边界层,将体感温度保持在接近实际气温的状态。
JAG风冷指数是以干燥皮肤为前提,湿度不包含在计算中。 但是衣物或皮肤沾水时,水的热导率(≈0.6 W/mK)约为空气(≈0.026 W/mK)的23倍,热损失会急剧增加。 冬季山难事故中很多是由"淋湿+有风"的组合引起的低体温症,比JAG公式的数值更危险。

体感温度(风冷指数)计算工具说明

本工具采用加拿大环境部与美国国家气象局在2001年采用的风冷指数(Wind Chill Index)公式。气温 \(T_a\) 以℃输入,风速 \(v\) 以 km/h 输入。

$$ T_{wc} = 13.12 + 0.6215 T_a - 11.37 v^{0.16} + 0.3965 T_a v^{0.16} $$

本页并不使用连续冻伤时间公式,而是按体感温度阈值(−27℃、−35℃、−48℃)显示风险等级。湿度、日照、衣物潮湿和个体差异未包含在公式内,现场安全判断应与这些因素结合使用。

实际应用案例

工业实际应用
在建筑业中,高层建筑和桥梁脚手架作业会利用本工具,根据气温和风速预测体感温度,降低施工人员的冻伤风险。例如,日本大型建筑公司"大成建设"将其集成到现场安全管理系统中,与风速计联动,实时发出警告,设定冬季作业中断标准。物流业中,"雅玛多运输"公司利用本工具为配送司机选择防寒装备,在北海道和东北等寒冷地区的路线上取得了显著效果。

研究与教育应用
在大学气象学和环保工程讲座中,本工具被用作理解风冷指数原理的教材。例如,东京大学"城市环境模拟实习"课程中,学生通过改变气温和风速来绘制体感温度图表,学习冬季行人空间设计和防寒对策的基础。国立极地研究所在南极考察队装备开发中应用本工具,用于极端环境下的冻伤风险评估。

CAE分析联动及实务定位
本工具作为前处理工具,可与建筑CFD(计算流体力学)分析联动,根据建筑周围风的局部分布状况绘制行人高度的体感温度分布图。在实际工作中,它被用于城市开发项目中冬季室外空间的舒适性评估和冻伤风险制图,助力设计阶段防风对策和热岛缓解措施的效果验证。

常见误解和注意事项

人们常误认为"气温在0℃以上,体感温度也会在0℃以上",但实际上强风会使体感温度下降到零下,可能产生冻伤风险。气温5℃、风速30km/h时,此公式约降至0.1℃,应结合衣物、停留时间和湿冷条件判断风险。

另外,人们也容易误认为"体感温度(风冷指数)能准确表达人感到的寒冷程度",但实际上这个指数是对暴露皮肤冷却速度的模型化,没有考虑个人差异、湿度和日照的影响。相同气温和风速下,皮肤潮湿或处于阴影中时实际风险会更高,所以应作为目安来使用。

进一步地,人们可能误认为"风速越大,体感温度无限下降",但实际上风冷指数有下限,在极端低温强风情况下,皮肤冻结时间作为基准进行计算,存在截止值。仅依赖本工具的数值是不够的,需要综合考虑实际气象条件和停留时间进行判断。

使用指南

  1. 在气温输入框(vt)输入摄氏温度。例:-15°C
  2. 在风速输入框(vv)输入时速。例:25km/h
  3. 点击计算按钮,显示Wind Chill Index(WCI)值和冻伤发症时间
  4. 根据结果判断是否需要停止作业,并选择防寒装备

具体计算例

气温−10°C、风速30km/h时,本工具公式得到WCI = −19.5°C,显示的冻伤风险为低。气温−20°C、风速50km/h时,WCI = −35.4°C,属于10~30分钟风险区间。实际现场还需结合衣物潮湿、作业时间、休息频度和个人差异综合判断。

实务注意事项