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廣東首創反映人體舒適度生物測量儀

中國儀表網 2013-11-04

  提起氣象監測,人們常以為就是觀風測雨,而廣東氣象部門首創的一項科研項目,把人體的“舒適度”也納入了探測范圍。
  
  受氣候變化、城市熱島效應等因素影響,區域間的天氣狀況差異趨于明顯,“東邊日出西邊雨”的情況常常出現,將來,市民可望隨時隨地查詢到省內各地的天氣舒適度情況,出行之前就心中有數。
  
  這種能反映人體舒適度指數的“生物舒適度測量儀”,為廣東省氣象局科研團隊的全國首創,一年來已經在廣州、深圳開始試點布局。作為廣東推進氣象現代化試點省建設和民生氣象服務的亮點,省氣象部門計劃在明年把這種測量儀布設在全省各市縣的觀測場,初步形成有80到90個站點,覆蓋全省的舒適度的監測網絡,之后將進一步細化布局到更多市民關注的熱點地區。
  
  舒適度被細化成十二等級儀器可測量
  
  “舒適度”到底如何測出來?近日,記者來到省氣象局大氣探測中心一探究竟。在該中心樓頂,一個接近常人身高的細長儀器特別引人注目。與氣溫、濕度、能見度等只有一個探頭的監測儀器相比,它的“頭頂”垂直伸出有四個探頭。
  
  廣東省大氣探測技術中心主任敖振浪興奮地表示,這就是其團隊研發多年的創新成果生物舒適度測量儀。
  
  舒適度是一個因人而異的相對主觀概念。而該測量儀不光可以模擬人體的感受,通過調節計算公式,對其它動物也適用,所以冠以“測量生物舒適度”的功能,不過目前氣象部門主要還是先為人的舒適度測量服務。
  
  敖振浪介紹,該舒適度測量儀由傳感器、數字采集器、全自動供水系統、電源系統等裝置組成。
  
  其中傳感器中最有奧妙用一條濕潤的細繩通往一個盒子內的探頭的,是測自然濕球溫度;被黑色球體包裹的探頭,是測黑球溫度;被柱型百葉扇包裹的,是測干球溫度,此外還有不斷旋轉的小風標,是用來測風速。上述四個探頭的中央,是一個玻璃的小半球體,它是用于測量太陽輻射。
  
  通俗來說,干球溫度比較接近現實的溫度,黑球溫度測的是指接受所有波長的光線照射時的溫度,而濕球溫度則是模擬人們在出汗情況下溫度的感知情況。
  
  這樣,上述五種要素的實測數據源源不斷地進入數字采集器,然后計算機根據人體經驗非線性方程計算而獲得生物舒適度指數,并結合影響舒適度的主要要素,將指數轉換成各種等級以及相應的對應說明,最終顯示在電腦屏幕上。
  
  “這些轉換都是通過機器自動完成”,敖振浪說,目前該測量儀把舒適度分為十二個級別,例如僅“熱”的感覺,就有較熱、很熱、酷熱等,當指數達到“酷熱”標準時,系統就會提醒“感覺很不舒適,嚴防中暑”,在溫度較低的時候,系統甚至會根據舒適度提醒人們怎樣穿衣服。
  
  風速增加感覺像降溫濕度超過會80%加劇悶熱
  
  “進行舒適度測量,其實是摸著石頭過河。”舒適度的指標其實在國內外也沒有公認的標準。在此之前,氣象部門研究人體舒適度,大多參考1998年我國頒布的關于熱負荷的評價標準,以及1995年國際馬術聯會制定的馬術比賽參考標準。
  
  “上述標準只強調溫度和濕度,但對于風速和太陽輻射的影響,沒有考慮到。”敖振浪舉例,如夏天同樣的溫度,有風吹著就比無風舒服,冬天相同低溫的情況下,如果有太陽照著就比陰暗的地方舒適。
  
  對此,廣東省大氣探測中心的團隊分析吸收了國內外經驗,并創新地為生物舒適度指數增加了風速和太陽輻射兩個氣象因素,“我們的科研人員用自己的人體感受做很多實驗,并將相同氣溫下濕度大小的影響做了細化。”
  
  敖振浪說,氣溫適中時(大概15.5℃),濕度對人體的影響并不顯著。由于濕度主要影響人體的熱代謝和水鹽代謝。當氣溫較高或較低時,濕度的波動對人體的熱平衡和溫熱感就變得非常重要。
  
  實驗表明,當溫度在21℃-27℃時,若相對濕度改變為50%時,人體的散熱量就有明顯差異,相對濕度在30%時,人體的散熱量比相對濕度在80%時為多。“而當相對濕度超過80%時,由于高溫高濕影響人體汗液的蒸發,機體的熱平衡受到破壞,因而人體會感到悶熱不適。隨著溫度的升高,這種情況將更趨明顯。”
  
  當冬季的天氣陰冷潮濕時,由于空氣中相對濕度較高,身體的熱輻射被空氣中的水汽所吸收。加上衣服在潮濕的空氣中吸收水份,導熱性增大,加速了機體的散熱,使人感到寒冷不適。當氣溫低于皮膚溫度時,風能使機體散熱加快。風速每增加1米/秒,會使人感到氣溫下降了2℃-3℃,風越大散熱越快,人就越感到寒冷不適。
  
  廣東秋季最舒適市郊比城中心舒適
  
  人的主觀感覺千差萬別,不同年齡、男女、體質的人,甚至南方和北方人對舒適的感受也有區別,對此,敖振浪表示,未來對舒適度指數的評價還會細化,開發適應不同人群的精細化產品。但從已有點位近一年測出的指數來看,目前的標準還是基本符合人們的主觀感受的。
  
  敖振浪把位于番禺的廣州市氣象局測出的舒適度指數,與位于越秀區的省氣象局的舒適度指數相對比,就會發現前者的數據比后者更“舒適”。“這是因為番禺位于城郊,人流車流都沒有市中心大,各種輻射、反射較少,熱島效應等沒有那么明顯”。此外,監測數據還發現,廣東在濕度不高、溫度比較清涼的秋季較為“舒適”,這也和大多數人的直觀感受相一致。
  
  細心的人們發現,廣州等地電視臺的天氣預報節目中,也會有次日舒適度的預報。那么此次“生物舒適度測量儀”測出的人體舒適度指數,又跟舒適度預報有何不同呢?
  
  敖振浪解釋,舒適度預報的是一個城市等較大范圍區域的人體舒適度指數,而且預報主要是參考溫度和濕度兩個指標。但無法精細到一個較小的特定場所,如:工廠、運動場、重大活動現場等。
  
  “生物舒適度測量儀”測出的人體舒適度指數,可以細化到觀測場、樓頂或者根據關注需要對一些特定的下墊面進行觀測。“實時觀測的范圍可以細化到幾公里,例如亞運會的海心沙會場是否舒適,用整個廣州的舒適度預報就不能完全客觀反映,舒適度觀測就更加人性化和貼近生活,未來隨著觀測時間的積累、數據逐漸完善,也可以為更加精細、準確的舒適度預報打下基礎。”
  
  80到90臺生物舒適度測量儀覆蓋全省
  
  目前,廣東省正加快推進氣象現代化試點省建設,實現公眾認知感覺得到、核心技術有突破的氣象現代化,當中豐富公共氣象服務內容是重點。省氣象局把提供舒適度指數信息,與“回南天”、暑熱的預報服務一起,納入與公眾息息相關的實用、易懂、有趣的民生服務中。
  
  敖振浪表示,無論從設備投入還是標準建設上,廣東都在先行先試,現在廣州和深圳的三個監測點投入業務化使用,并出臺了廣東省生物舒適度探測網的建網指南,計劃從明年開始,在全省各個市縣的觀測場,共布局80到90臺生物舒適度測量儀,初步形成覆蓋全省的舒適度探測網絡,并逐步細化到一些人流密集、公眾關注度較高的敏感地區。
  
  除去研發的成本,僅每臺舒適度觀測儀器就需投入10萬到20萬元,此外還需要進行調試,將監測資料進行聯網,敖振浪說,“明年如果能夠建好,我們將把全省的數據公布到廣東省氣象局的公眾網上,市民隨時可以上網查詢全省各地的舒適度實況。”
  
  因為舒適度測量儀同時測量五種氣象要素,對目前的氣象監測網絡也是一種很好的補充,省氣象局的預報專家表示,這些數據對短時間、小尺度急劇變化的強對流突發天氣的短時預報,也會起到很好的輔助作用。
  
  身兼國家氣象觀測技術委員會委員的敖振浪透露,廣東舒適度探測的經驗有意向申報行業標準、國家標準,未來可以在更多地方推廣,進行標準化規范化建設,“時機成熟的時候,我們還可以將現有的回南天等項目整合進去,形成生物監測的綜合系統。”


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