今天的热浪比热指数显示的要热得多

这一发现对那些饱受热浪折磨的人具有重要意义，因为热量指数是衡量人体在湿度高时如何处理热量的指标，出汗降低体温的效果会降低。出汗和脸红(血液被转移到靠近皮肤的毛细血管来散热)，以及脱衣服，是人类适应高温的主要方式。

研究人员说，较高的热量指数意味着人体在这些热浪中承受的压力比公共卫生官员可能意识到的要大。美国国家气象局目前认为，高温指数超过103为危险，超过125为极端危险。

“大多数时候，国家气象局给你的热指数是正确的值。只有在这些极端的情况下，他们才会得到错误的数字，”加州大学伯克利分校地球与行星科学教授大卫·龙普斯说。“重要的是，当你开始将热量指数映射到生理状态时，你会意识到，哦，这些人的皮肤血液流量非常高，身体几乎没有办法补偿这种热量和湿度。所以，我们比以前认为的更接近这一边缘。”

Romps和研究生陆一川在一篇被该杂志接受的论文中详细介绍了他们的分析环境研究通讯并于8月12日发布在网上。

1979年，纺织物理学家罗伯特·斯蒂德曼(Robert Steadman)设计了热量指数，他创建了简单的方程来计算夏季温暖和潮湿以及炎热和干旱的相对“闷热”程度。他认为这是对冬季常用的风寒因子的补充，用来估计感觉有多冷。

他的模型考虑了人类如何在不同的外部温度和湿度条件下调节内部温度以达到热舒适——通过有意识地改变衣服的厚度或无意识地调节呼吸、排汗和血液从身体核心流向皮肤。

在他的模型中，理想条件下的表观温度——一个中等身材的人在阴凉处，有无限的水——是在相对湿度处于舒适水平时，一个人会感到的温度，斯蒂德曼将其定义为1600帕斯卡的蒸汽压。

例如，在70%的相对湿度和68华氏度(通常被认为是平均湿度和温度)下，一个人会感觉是68华氏度。但在同样的湿度和86华氏度下，感觉就像94华氏度。

从那以后，热指数在美国被广泛采用，包括国家气象局，作为衡量人们舒适程度的有用指标。但斯蒂德曼没有定义现在越来越普遍的许多情况的指数。例如，对于80%的相对湿度，对于高于88华氏度或低于59华氏度的温度不定义热指数。今天，在一些地区，包括中西部和东南部，气温通常会连续几周上升到华氏90度以上。

为了解释斯蒂德曼图表中的这些差距，气象学家推断出这些区域的数据，Romps说，这些数据在大多数时候是正确的，但不是基于对人类生理学的任何理解。

Romps说:“这些数字没有科学依据。”

他和卢开始扩展斯蒂德曼的工作，以便在0到100%之间的所有温度和所有湿度下，热量指数都是准确的。

“原始表的温度和湿度范围很短，然后是一个空白区域，斯蒂德曼说人体模型失败了，”卢说。“斯蒂德曼有正确的物理学。我们的目标是将其扩展到所有温度，这样我们就有了一个更准确的公式。”

斯蒂德曼模型失效的一种情况是，当人们出汗过多，汗液会在皮肤上聚集。在这一点上，他的模型错误地让皮肤表面的相对湿度超过100%，这在物理上是不可能的。

“就在这个时候，这个模型似乎要崩溃了，但这只是模型告诉他，嘿，让汗水从皮肤上流下来。就是这样，”Romps说。“让汗水从皮肤上流下来。”

Romps说，对Steadman的方程进行了一些调整，得到了一个扩展的热指数，在99.99%的时间里与旧的热指数一致，但也准确地代表了Steadman最初计算之外的地区的表观温度。当他最初发表他的表观温标时，他认为这种情况太罕见了，不必担心，但由于气候变化，高温和高湿度正变得越来越普遍。

Romps和Lu在今年早些时候发表了修正后的热量指数方程。在最近的论文中，他们将扩展的热量指数应用于1984年至2020年期间发生的前100次热浪。研究人员发现，这些数据大多与美国国家气象局当时报告的数据存在微小差异，但也有一些极端情况下，美国国家气象局的热指数存在偏差。

令人惊讶的是，在这段时间内，对生理压力最大的10次热浪中，有7次发生在中西部——主要是伊利诺伊州、爱荷华州和密苏里州——而不是气象学家假设的东南部。从五大湖以南到路易斯安那州，NWS热指数和扩展热指数之间的最大差异出现在一大片区域。

例如，1995年7月芝加哥的热浪造成至少465人死亡，国家气象局报告的最高高温指数为135华氏度，而实际感觉为154华氏度。中途机场的修订热指数为141华氏度，这意味着在阴凉处的人会经历皮肤血液流量比正常情况高出170%。当时报道的热指数为124华氏度，这意味着皮肤血流量只增加了90%。在热浪期间的某些地方，扩大的热指数表明，人们的皮肤血流量比正常情况下增加了820%。

Romps说:“我不是生理学家，但当天气真的很热时，身体会发生很多事情。”“将血液输送到皮肤会给系统带来压力，因为你正在将原本会输送到内脏器官的血液输送到皮肤，以试图提高皮肤的温度。国家气象局使用并被广泛采用的近似计算，无意中淡化了严重热浪的健康风险。”

从生理上讲，当皮肤温度上升到与身体核心温度(通常为98.6华氏度)相当时，身体就会开始失控。在那之后，核心温度开始升高。可持续的最高核心温度被认为是107华氏度——热死的阈值。对于最健康的人来说，这一阈值是在200华氏度的热指数下达到的。

幸运的是，湿度会随着温度的升高而降低，所以地球在未来几十年内不太可能达到这样的条件。虽然不那么极端，但仍然致命，但这种情况在全球范围内越来越普遍。

Romps说:“200华氏度的高温指数是生存能力的上限。”“但现在我们已经有了这种在这些条件下有效的人类体温调节模型，它对美国和整个星球的未来宜居性实际上意味着什么?”我们正在关注一些可怕的事情。”

这项工作得到了美国能源部大气系统研究项目的支持，通过科学办公室的生物和环境研究项目(DE-AC02-05CH11231)。

图片:图片来源:由加州大学伯克利分校的David Romps和Yi-Chuan Lu创建