Nie jest sporną kwestią to, że podczas wietrznej pogody jest nam zimniej niż wynikałoby to ze wskazań termometrów. Pod względem mikroskopowym, temperatura zależy od ruchu cząsteczek, z których złożone jest ciało. Temperatura rośnie, kiedy wzrasta energia tych ruchów. Skoro więc wzrasta prędkość wiatru czyli cząsteczek powietrza, to dlaczego pojawia się efekt chłodzenia? Odpowiedź jest bardzo prosta, będzie można ją znaleźć na fejsbukowej stronie „Pogoda z Bajką”.
Pierwsze badania dotyczące tempa chłodzenia wiatrem ciała ludzkiego podjęli dwaj amerykańscy polarnicy Paul Siple i Charles Passel podczas naukowej ekspedycji na Antarktydę w 1940 roku. Ich badania dotyczyły szybkości utraty ciepła, później wykorzystanych przez armię USA do opracowania cieplejszej odzieży dla żołnierzy. Naukowcy wierzyli, że odsłonięte ludzkie ciało jest dobrze naśladowane zawieszoną na słupie, wypełnioną wodą, plastikową butelką. Ich badanie wykazało, że tempo, w jakim woda zamarza, zależy od początkowej temperatury wody oraz temperatury powietrza i prędkości wiatru na zewnątrz. Setki odczytów czasu zamarzania wody w zależności od prędkości wiatru zaowocowało formułą matematyczną znaną jako równanie Siple-Passel.
Po wielu latach zdano sobie sprawę, że polowe doświadczenia z Antarktydy nie odwzorowują strat ciepła z organizmu człowieka, który generuje własne ciepło. Ponadto butelki były zawieszone na wysokości wiatromierzy, a więc 10 metrach, gdzie wartości prędkości wiatru są wyższe niż przy ziemi. W nowej formule został wprowadzony współczynnik korekcyjny obliczający prędkość wiatru na wysokości 1,5 m i uwzględniający poruszanie się człowieka ze spacerową prędkością 4,8 km/h.
Matematyka została wystawiona na próbę w laboratoriach badawczych Departamentu Obrony w Kanadzie, w 2001 roku, kiedy to grupa 12 wolontariuszy, sześciu mężczyzn i sześć kobiet, przeszła badania kliniczne na bieżni w chłodzonym tunelu aerodynamicznym. Ochotnicy byli ubrani w odzież zimową. Bezpośrednio wystawionymi na zmieniające się warunki temperaturowo-wiatrowe otoczenia były ich twarze zaopatrzone w czujniki temperatury skóry. Powstała formuła na temperaturę odczuwalną (ang. wind chill).
Kanada, USA i niektóre inne kraje przyjęły wind chill jako narzędzie ochrony zdrowia publicznego, przydatne dla ludzi przebywających, pracujących w surowych, wietrznych warunkach pogodowych, w których mogą pojawiać się takie zagrożenia dla organizmu ludzkiego jak hipotermia i odmrożenia.
Hipotermia jest spowodowana zbyt szybkim ochładzaniem organizmu w stosunku do jego zdolności wytwarzania ciepła, rozpoczyna się gdy temperatura ciała spada poniżej 35°C. Spadek temperatury ciała poniżej 24°C oznacza najczęściej zgon.
Niska temperatura powietrza, połączona z silnym wiatrem to sytuacja krytyczna dla systemu termoregulacji organizmu. który w takich warunkach pogodowych ogranicza się do „ochrony” najważniejszych organów wewnętrznych i głowy, ograniczając dopływ krwi do nadmiernie ochładzanych kończyn. Tak powstają odmrożenia, których początkowe fazy dotyczą zwykle nosa, uszu oraz palców nóg i rąk.
Index wind chill nie jest w rzeczywistości prawdziwą temperaturą. Wartości wind chill są dostarczane w formacie temperatury dla społeczeństwa, ponieważ wcześniejsze jednostki wyrażające utratę ciepła w postaci dżuli czy watów na metr kwadratowy były niezrozumiałe.
Znajomość czasu pobytu dla odpowiednich zakresów tego współczynnika, pozwala podjąć świadome działania zapobiegające obrażeniom z tytułu mroźno-wietrzej pogody pracującym ludziom czy przebywającym na świeżym powietrzu dzieciom.
02.01.2017
Barbara Jakubowska
Autorka bloga „Pogoda z Bajką” jest naukowcem, meteorologiem Centralnego Biura Prognoz Meteorologicznych Zespołu w Białymstoku. Często możemy ją usłyszeć w Polskim Radiu Białystok. Ma także profil na Facebooku, gdzie opisuje zjawiska pogodowe.