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Índice de calor

El índice de calor ( IC ) es una medida de la temperatura percibida por los humanos, que combina la temperatura real del aire y la humedad relativa en zonas sombreadas ; tiene e...

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El índice de calor ( IC ) es una medida de la temperatura percibida por los humanos, que combina la temperatura real del aire y la humedad relativa en zonas sombreadas ; tiene en cuenta que la humedad elevada hace que la temperatura ambiente se sienta más alta que la misma temperatura con menor humedad, ya que la evaporación del sudor reduce su eficacia. Por ejemplo, cuando la temperatura es de 32 °C (90 °F) pero la humedad relativa es alta (70 %), se siente tan caliente como 41 °C (106 °F) (el índice de calor) con baja humedad (véase la tabla de valores ). El índice de calor se refiere a las temperaturas percibidas en la sombra sin tener en cuenta el calentamiento por la luz solar directa y la actividad física, ni el enfriamiento por el viento.     

El cuerpo humano normalmente se enfría principalmente por la evaporación del sudor . La alta humedad relativa reduce la evaporación y el enfriamiento, aumentando la incomodidad y el posible estrés por calor . Diferentes individuos perciben el calor de manera diferente según la forma del cuerpo, el metabolismo, el nivel de hidratación, el embarazo , otras condiciones físicas, la aclimatación e incluso factores psicológicos. [ 1 ] La medición de la temperatura percibida se ha basado en informes de cómo se sienten los sujetos con calor en condiciones controladas de temperatura y humedad. Además del índice de calor, otras medidas de temperatura aparente incluyen el índice de calor canadiense , la temperatura de bulbo húmedo y globo , la "temperatura exterior relativa" y el " RealFeel " patentado. Un término que a veces se traduce como "índice de calor" pero que no tiene en cuenta la humedad es el indicador térmico nacional ( ITN) de Francia, un promedio de lecturas de temperatura en 30 estaciones meteorológicas continentales que se utiliza para rastrear las tendencias de temperatura y definir las olas de calor. [ 2 ] [ 3 ]

Historia

La estructura teórica del índice de calor y las ecuaciones que lo sustentan fueron desarrolladas en 1979 por Robert G. Steadman . [ 4 ] [ 5 ] Al igual que el índice de sensación térmica , el índice de calor contiene supuestos sobre la masa corporal y la altura humanas, la vestimenta, la cantidad de actividad física, la tolerancia individual al calor, la exposición a la luz solar y la radiación ultravioleta, y la velocidad del viento. Las desviaciones significativas de estos supuestos darán como resultado valores del índice de calor que no reflejan con precisión la temperatura percibida. [ 6 ]

En Canadá, se utiliza el índice de humedad similar (una innovación canadiense introducida en 1965) [ 7 ] en lugar del índice de calor. Si bien tanto el índice de humedad como el índice de calor se calculan utilizando el punto de rocío, el índice de humedad utiliza un punto de rocío de 7 °C (45 °F) como base, mientras que el índice de calor utiliza un punto de rocío base de 14 °C (57 °F) . Además, el índice de calor utiliza ecuaciones de balance térmico que consideran muchas variables distintas de la presión de vapor, que se utiliza exclusivamente en el cálculo del índice de humedad. Un comité conjunto formado por Estados Unidos y Canadá para resolver las diferencias se disolvió posteriormente.    

En el verano de 1979, mientras trabajaba para la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) y entre semestres en la Universidad de Saint Louis, Daniel J. Mosley codesarrolló el programa FORTRAN que calculaba el índice de humedad térmica, inicialmente denominado "Humidex". Incorporó siete índices al programa basándose en el trabajo de Steadman. Realizó este desarrollo mientras cursaba su doctorado en Biología.

Definición

Una visión generalizada del índice de calor que muestra cómo la percepción del calor por parte del cuerpo humano aumenta con la temperatura, pero más rápidamente a niveles de humedad más elevados.

El índice de calor de una combinación dada de temperatura ( de bulbo seco ) y humedad se define como la temperatura de bulbo seco que se sentiría igual si la presión de vapor de agua fuera de 1,6 kPa . Citando a Steadman: «Así, por ejemplo, una temperatura aparente de 24 °C (75 °F) se refiere al mismo nivel de bochorno y a los mismos requisitos de vestimenta que una temperatura de bulbo seco de 24 °C (75 °F) con una presión de vapor de 1,6 kPa». [ 4 ]     

Esta presión de vapor corresponde, por ejemplo, a una temperatura del aire de 29 °C (84 °F) y una humedad relativa del 40 % en el diagrama psicrométrico a nivel del mar , y en la tabla de Steadman, con una humedad relativa del 40 %, la temperatura aparente es igual a la temperatura real, que oscila entre 26 y 31 °C (79 y 88 °F) . A presión atmosférica estándar (101,325 kPa), esta línea base también corresponde a un punto de rocío de 14 °C (57 °F) y una relación de mezcla de 0,01 (10 g de vapor de agua por kilogramo de aire seco). [ 4 ]      

Un valor determinado de humedad relativa provoca mayores incrementos en el índice de calor a temperaturas más elevadas. Por ejemplo, a aproximadamente 27 °C (81 °F) , el índice de calor coincidirá con la temperatura real si la humedad relativa es del 45 %, pero a 43 °C (109 °F) , cualquier lectura de humedad relativa superior al 18 % hará que el índice de calor sea mayor que 43 °C . [ 8 ]    

Se ha sugerido que la ecuación descrita es válida solo si la temperatura es de 27 °C (81 °F) o más. [ 9 ] El umbral de humedad relativa, por debajo del cual un cálculo del índice de calor arrojará un valor igual o inferior a la temperatura del aire (un índice de calor inferior generalmente se considera inválido), varía con la temperatura y no es lineal. El umbral se suele fijar en un valor arbitrario del 40 %. [ 8 ]  

El índice de calor y su contraparte, el índice de humedad, solo tienen en cuenta dos variables: la temperatura de sombra y la humedad atmosférica, proporcionando así una estimación limitada del confort térmico . Otros factores, como el viento, la luz solar y la elección de la ropa, también afectan la temperatura percibida; estos factores se parametrizan como constantes en la fórmula del índice de calor. Por ejemplo, se supone que el viento es de 5 nudos (9,3 km/h) . [ 8 ] El viento que pasa sobre la piel mojada o sudorosa provoca evaporación y un efecto de enfriamiento por viento que el índice de calor no mide. El otro factor importante es la luz solar; estar expuesto a la luz solar directa puede añadir hasta 15 °F (8,3 °C) al calor aparente en comparación con la sombra. [ 10 ] Se han realizado intentos de crear una temperatura aparente universal , como la temperatura de bulbo húmedo y globo , la "temperatura exterior relativa", la "sensación térmica" o la " RealFeel " patentada .   

Consideraciones meteorológicas

Al aire libre, en condiciones abiertas, a medida que aumenta la humedad relativa, primero se forma una neblina y finalmente una capa de nubes más densa, lo que reduce la cantidad de luz solar directa que llega a la superficie. Por lo tanto, existe una relación inversa entre la temperatura potencial máxima y la humedad relativa potencial máxima. Debido a este factor, se creía que el índice de calor más alto que se podía alcanzar en cualquier lugar de la Tierra era de aproximadamente 71 °C (160 °F) . Sin embargo, en Dhahran , Arabia Saudita , el 8 de julio de 2003, el punto de rocío fue de 35 °C (95 °F) mientras que la temperatura fue de 42 °C (108 °F) , lo que resultó en un índice de calor de 81 °C (178 °F) . [ 11 ] El 28 de agosto de 2024, una estación meteorológica en el sur de Irán registró un índice de calor de 82,2 °C (180,0 °F) , que será un nuevo récord si se confirma. [ 12 ]          

El cuerpo humano requiere enfriamiento por evaporación para evitar el sobrecalentamiento. La temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulbo húmedo y globo se utilizan para determinar la capacidad del cuerpo para eliminar el exceso de calor. Una temperatura de bulbo húmedo sostenida de aproximadamente 35 °C (95 °F) puede ser fatal para personas sanas; a esta temperatura, nuestros cuerpos pasan de disipar calor al ambiente a absorberlo. [ 13 ] Por lo tanto, una temperatura de bulbo húmedo de 35 °C (95 °F) es el umbral a partir del cual el cuerpo ya no puede enfriarse adecuadamente. [ 14 ]    

Tabla de valores

La tabla que aparece a continuación proviene de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos . Las columnas comienzan en 80 °F (27 °C) , pero también se observa un efecto del índice de calor a 79 °F (26 °C) y temperaturas similares cuando hay alta humedad.    

Clave de colores: Precaución Extrema precaución Peligro Peligro extremo            

Por ejemplo, si la temperatura del aire es de 96 °F (36 °C) y la humedad relativa es del 65 %, el índice de calor es de 121 °F (49 °C).    

Efectos del índice de calor (valores de sombra)

Índice de calor para la temperatura en °C con rangos de precaución/peligro sombreados.

La exposición a la luz solar directa puede aumentar los valores del índice de calor hasta en 8  °C (14  °F). [ 15 ]

Fórmula

Comparación de los valores del índice de calor del NWS (círculos) con la aproximación de la fórmula (curvas). En el archivo SVG, coloque el cursor sobre un gráfico para resaltarlo.

Existen numerosas fórmulas diseñadas para aproximar las tablas originales de Steadman. Anderson et al. (2013), [ 16 ] NWS (2011), Jonson y Long (2004) y Schoen (2005) presentan residuos menores en este orden. Las dos primeras son un conjunto de polinomios, mientras que la tercera se basa en una única fórmula con funciones exponenciales.

La fórmula que aparece a continuación aproxima el índice de calor en grados Fahrenheit, con una precisión de ± 1,3 °F (0,7 °C) . Es el resultado de un ajuste multivariado (temperatura igual o superior a 80 °F (27 °C) y humedad relativa igual o superior al 40 %) a un modelo del cuerpo humano. [ 4 ] [ 17 ] Esta ecuación reproduce la tabla del Servicio Meteorológico Nacional de la NOAA mencionada anteriormente (excepto que los valores a 90 °F (32 °C) y 45 %/70 % de humedad relativa varían sin redondear en menos de ±1, respectivamente).      

HI=do1+do2T+do3R+do4TR+do5T2+do6R2+do7T2R+do8TR2+do9T2R2{\displaystyle \mathrm {HI} =c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}} dónde

do1=−42.379,do2=2.04901523,do3=10.14333127,do4=−0,22475541,do5=−6.83783×10−3,do6=−5.481717×10−2,do7=1.22874×10−3,do8=8.5282×10−4,do9=−1,99×10−6.{\textstyle {\begin{aligned}c_{1}&=-42.379,&c_{2}&=2.049\,015\,23,&c_{3}&=10.143\,331\,27,\\c_{4}&=-0.224\,755\,41,&c_{5}&=-6.837\,83\times 10^{-3},&c_{6}&=-5.481\,717\times 10^{-2},\\c_{7}&=1.228\,74\times 10^{-3},&c_{8}&=8.5282\times 10^{-4},&c_{9}&=-1.99\times 10^{-6}.\end{aligned}}}

Los siguientes coeficientes se pueden utilizar para determinar el índice de calor cuando la temperatura se da en grados Celsius, donde

do1=−8.78469475556,do2=1.61139411,do3=2.33854883889,do4=−0,14611605,do5=−0,012308094,do6=−0,0164248277778,do7=2.211732×10−3,do8=7.2546×10−4,do9=−3.582×10−6.{\textstyle {\begin{aligned}c_{1}&=-8.784\,694\,755\,56,&c_{2}&=1.611\,394\,11,&c_{3}&=2.338\,548\,838\,89,\\c_{4}&=-0.146\,116\,05,&c_{5}&=-0.012\,308\,094,&c_{6}&=-0.016\,424\,827\,7778,\\c_{7}&=2.211\,732\times 10^{-3},&c_{8}&=7.2546\times 10^{-4},&c_{9}&=-3.582\times 10⁻⁶.\end{aligned}}

Un conjunto alternativo de constantes para esta ecuación que se encuentra dentro de ± 3 °F (1,7 °C) de la tabla maestra del NWS para todas las humedades del 0 al 80 % y todas las temperaturas entre 70 y 115 °F (21–46 °C) y todos los índices de calor por debajo de 150 °F (66 °C) es:      

do1=0,363445176,do2=0,988622465,do3=4.777114035,do4=−0,114037667,do5=−8.50208×10−4,do6=−2.0716198×10−2,do7=6.87678×10−4,do8=2.74954×10−4,do9=0.{\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=0.363\,445\,176,&c_{2}&=0.988\,622\,465,&c_{3}&=4.777\,114\,035,\\c_{4}&=-0.114\,037\,667,&c_{5}&=-8.502\,08\times 10^{-4},&c_{6}&=-2.071\,6198\times 10^{-2},\\c_{7}&=6.876\,78\times 10^{-4},&c_{8}&=2.749\,54\times 10^{-4},&c_{9}&=0.\end{aligned}}}

Otra alternativa es esta: [ 18 ]

HI=do1+do2T+do3R+do4TR+do5T2+do6R2+do7T2R+do8TR2+do9T2R2++do10T3+do11R3+do12T3R+do13TR3+do14T3R2+do15T2R3+do16T3R3{\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {HI} &=c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}+\\&\quad {}+c_{10}T^{3}+c_{11}R^{3}+c_{12}T^{3}R+c_{13}TR^{3}+c_{14}T^{3}R^{2}+c_{15}T^{2}R^{3}+c_{16}T^{3}R^{3}\end{aligned}}} dónde do1=16.923,do2=0,185212,do3=5.37941,do4=−0,100254,do5=9.41695×10−3,do6=7.28898×10−3,do7=3.45372×10−4,do8=−8.14971×10−4,do9=1.02102×10−5,do10=−3.8646×10−5,do11=2.91583×10−5,do12=1.42721×10−6,do13=1.97483×10−7,do14=−2.18429×10−8,do15=8.43296×10−10,do16=−4.81975×10−11.{\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=16.923,&c_{2}&=0.185\,212,&c_{3}&=5.379\,41,&c_{4}&=-0.100\,254,\\c_{5}&=9.416\,95\times 10^{-3},&c_{6}&=7.288\,98\times 10^{-3},&c_{7}&=3.453\,72\times 10^{-4},&c_{8}&=-8.149\,71\times 10^{-4},\\c_{9}&=1.021\,02\times 10^{-5},&c_{10}&=-3.8646\times 10^{-5},&c_{11}&=2.915\,83\times 10^{-5},&c_{12}&=1.427\,21\times 10^{-6},\\c_{13}&=1.974\,83\times 10^{-7},&c_{14}&=-2.184\,29\times 10^{-8},&c_{15}&=8.432\,96\times 10^{-10},&c_{16}&=-4.819\,75\times 10^{-11}.\end{aligned}}}

Por ejemplo, utilizando esta última fórmula, con una temperatura de 90 °F (32 °C) y una humedad relativa (HR) del 85 %, el resultado sería: 114,9 °F (46,1 °C) .    

Limitaciones

El índice de calor no funciona bien en condiciones extremas, como la sobresaturación del aire, cuando este está saturado de agua en más del 100 %. David Romps, físico y climatólogo de la Universidad de California, Berkeley, y su estudiante de posgrado Yi-Chuan Lu, descubrieron que el índice de calor subestimaba la gravedad de las olas de calor intensas, como la ola de calor de Chicago de 1995. [ 19 ]

Otros problemas con el índice de calor incluyen la falta de disponibilidad de datos precisos de humedad en muchas regiones geográficas, la suposición de que la persona está sana y la suposición de que la persona tiene fácil acceso a agua y sombra . [ 20 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Lin, Tzu-Ping (10 de febrero de 2009). "Percepción térmica, adaptación y asistencia en una plaza pública en regiones cálidas y húmedas". Building and Environment . 44 (10): 2017– 2026. Bibcode : 2009BuEnv..44.2017L . doi : 10.1016/j.buildenv.2009.02.004 .
  2. ↑ «Indicador térmico nacional francés» . data.gouv.fr (en francés). 25 de julio de 2025.
  3. ↑ Henley, Jon (22 de junio de 2026). "Dos niños encontrados muertos en un coche en Francia mientras la ola de calor azota Europa" . The Guardian . Índice de calor nacional de Francia, un promedio de las temperaturas máximas diurnas y nocturnas medidas en 30 estaciones meteorológicas de todo el país.
  4. 1 2 3 4 Steadman, RG (julio de 1979). "La evaluación de la bochorno. Parte I: un índice de temperatura y humedad basado en la fisiología humana y la ciencia de la vestimenta" . Journal of Applied Meteorology . 18 (7): 861– 873. Bibcode : 1979JApMe..18..861S . doi : 10.1175/1520-0450(1979)018 < 0861:TAOSPI > 2.0.CO ; 2 .
  5. ↑ Steadman, RG (julio de 1979). "La evaluación de la bochorno. Parte II: Efectos del viento, la radiación adicional y la presión barométrica sobre la temperatura aparente" . Journal of Applied Meteorology . 18 (7): 874– 885. Bibcode : 1979JApMe..18..874S . doi : 10.1175/1520-0450(1979)018 < 0874:TAOSPI > 2.0.CO ; 2 .
  6. ↑ "¿Cómo calculan el índice de calor? - Por Daniel Engber - Revista Slate" . Archivado del original el 21 de junio de 2011. Consultado el 1 de febrero de 2008 .
  7. ↑ "Riesgos de primavera y verano". Medio ambiente y cambio climático. Gobierno de Canadá. Consultado el 22 de septiembre de 2016.
  8. 1 2 3 Calculadora del índice de calor y tabla de conversión de iWeatherNet
  9. ↑ Índice de calor Campbell Scientific Inc. Archivado el 25/05/2010 en Wayback Machine (archivo PDF), CampbellSci.com.
  10. ↑ Índice de calor del Servicio Meteorológico Nacional. "La exposición directa al sol puede aumentar los valores del índice de calor hasta en 15 °F."
  11. ↑ "Esta ciudad saudí pronto podría enfrentar niveles de calor sin precedentes e inhabitables" . Business Insider . Consultado el 20 de julio de 2017 .
  12. ↑ Oficina del Golfo de bne (29 de agosto de 2024), Posible índice de calor récord de 82,2 °C reportado en el sur de Irán
  13. ↑ Sherwood, SC; Huber, M. (25 de mayo de 2010). "Un límite de adaptabilidad al cambio climático debido al estrés térmico" . Proc . Natl. Acad. Sci. USA . 107 (21): 9552– 5. Bibcode : 2010PNAS..107.9552S . doi : 10.1073/pnas.0913352107 . PMC 2906879. PMID 20439769 .  
  14. ↑ Dunne, John P.; Stouffer, Ronald J.; John, Jasmin G. (2013). "El estrés térmico reduce la capacidad laboral bajo el calentamiento climático" . Nature Climate Change . 3 (6): 563. Bibcode : 2013NatCC...3..563D . doi : 10.1038/nclimate1827 .
  15. ↑ "Índice de calor" . Pueblo, Colorado: Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos.
  16. ↑ Anderson, G. Brooke; Bell, Michelle L.; Peng, Roger D. (2013). "Métodos para calcular el índice de calor como métrica de exposición en la investigación de la salud ambiental" . Environmental Health Perspectives . 121 (10): 1111– 1119. doi : 10.1289/ehp.1206273 . PMC 3801457. PMID 23934704 .  
  17. ↑ Lans P. Rothfusz. "La 'ecuación' del índice de calor (o, Más de lo que jamás quisiste saber sobre el índice de calor)", División de Servicios Científicos (Sede de la Región Sur del NWS), 1 de julio de 1990
  18. ↑ Stull, Richard (2000). Meteorología para científicos e ingenieros, segunda edición . Brooks/Cole. pág. 60. ISBN  9780534372149.
  19. ↑ Romps, David; Lu, Yi-Chuan (29 de agosto de 2022). "Subestimadas crónicamente: una reevaluación de las olas de calor en EE. UU. utilizando el índice de calor extendido" . Environmental Research Letters . 17 (9). Bibcode : 2022ERL....17i4017R . doi : 10.1088/1748-9326/ac8945 . Recuperado el 31 de marzo de 2024 .
  20. ↑ Barber, Gregory. "Estados Unidos está midiendo mal el calor extremo" . Wired . Consultado el 21 de septiembre de 2022 .
  • Descripción de la sensación térmica y la temperatura aparente. Fórmulas en unidades métricas.
  • Calculadora del índice de calor: calcula tanto °F como °C.
  • Mapa actual de los valores del índice de calor global