臺 灣 體 感 溫 度 初 步 分 析 中 央 氣 象 局 04 年 天 氣 分 析 與 預 報 研 討 會 許 玉 金 氣 象 預 報 中 心 中 央 氣 象 局 2 張 博 雄 2 氣 象 預 報 中 心 摘 要 在 臺 灣 夏 季 平 均 相 對 濕 度 可 達 到 70%, 民 眾 的 悶 熱 感 受 明 顯 高 於 觀 測 的 氣 溫, 而 冬 季 即 便 是 大 陸 冷 氣 團 來 襲, 在 強 風 環 境 下 也 可 能 有 寒 流 的 感 覺 有 鑑 於 民 眾 從 事 戶 外 活 動, 對 於 體 感 溫 度 預 報 的 需 求 日 益 增 加, 各 國 亦 有 提 供 相 關 的 熱 指 數 (Heat index) 風 寒 指 數 (Wind chill) 等 資 訊 給 民 眾 參 考 的 趨 勢, 氣 象 局 也 將 提 供 體 感 溫 度 資 訊 來 服 務 民 眾, 因 而 進 行 台 灣 地 區 之 體 感 溫 度 的 初 步 分 析 與 探 討 參 考 各 國 溫 度 指 數 的 計 算 方 式, 整 合 發 現 澳 洲 之 Apparent temperature 同 時 考 慮 了 氣 溫 相 對 濕 度 及 風 速 的 效 應, 最 適 合 作 為 本 局 發 布 體 感 溫 度 之 依 據 雖 然, 綜 合 溫 度 熱 指 數 (WBGT) 亦 同 時 考 慮 了 輻 射 效 應, 但 其 輻 射 對 人 體 直 接 感 受 會 與 所 處 環 境 的 遮 蔽 有 更 多 的 相 關 性, 且 其 計 算 後 的 數 值 比 實 際 氣 溫 要 小, 對 於 體 感 溫 度 的 發 布 有 使 民 眾 有 混 淆 之 虞, 其 指 數 較 適 合 特 定 民 眾 使 用 之 此 外, 利 用 體 感 溫 度 來 取 代 現 有 官 方 只 考 慮 氣 溫 及 相 對 濕 度 關 係 性 的 舒 適 度, 會 是 更 適 切 的 作 法 關 鍵 字 : 體 感 溫 度 綜 合 溫 度 熱 指 數 (WBGT) 熱 指 數 (Heat index) 風 寒 指 數 (Wind chill) 一. 前 言 二. 各 國 參 考 之 溫 度 指 數 由 於 極 端 高 溫 及 低 溫 對 民 眾 的 不 適 感 影 響 甚 大, 同 時 對 於 特 定 族 群 如 勞 工 老 弱 婦 孺 或 心 血 管 疾 病 者 都 可 能 需 要 更 多 的 防 護 措 施 本 局 目 前 只 針 對 平 地 氣 溫 低 於 攝 氏 0 度 以 下 發 布 低 溫 特 報, 而 夏 季 高 溫 則 是 針 對 短 時 間 內 觀 測 高 溫 上 升 達 到 35 度 以 上 或 觀 測 氣 溫 高 於 36 度 以 上 時, 發 布 即 時 天 氣 訊 息 來 提 醒 民 眾 而 在 臺 灣, 夏 季 平 均 相 對 濕 度 可 能 達 到 70%, 民 眾 的 悶 熱 感 受 明 顯 高 於 觀 測 的 氣 溫, 而 冬 季 就 算 是 大 陸 冷 氣 團 來 襲, 在 強 風 環 境 下 也 有 溫 度 更 低 的 寒 流 感 覺 有 鑑 於 民 眾 從 事 戶 外 活 動 對 於 體 感 溫 度 預 報 的 需 求 日 益 增 加, 各 國 亦 有 提 供 相 關 的 熱 指 數 風 寒 指 數 等 資 訊 的 情 況, 氣 象 局 也 將 提 供 體 感 溫 度 的 資 訊 更 民 眾 參 考 對 於 體 感 溫 度 的 定 義 目 前 國 際 並 無 標 準 計 算 方 法, 概 述 而 言 是 指 民 眾 感 受 上 的 溫 度, 本 節 為 各 國 相 關 指 數 的 計 算 方 式 及 比 較 中 緯 度 內 陸 國 家 夏 季 常 有 熱 浪 冬 季 又 有 酷 冷 的 天 氣, 除 了 在 氣 溫 資 訊 呈 現 上, 相 關 氣 象 單 位 大 多 有 相 對 應 的 作 為, 如 :. 夏 季 美 國 提 供 了 熱 指 數 (Heat index) 加 拿 大 則 提 供 溫 濕 指 數 (Humidex), 冷 季 美 國 及 加 拿 大 則 均 提 供 風 寒 指 數 (Wind Chill) 的 資 訊 給 民 眾 參 考 ; 2. 澳 洲 則 是 不 分 季 節, 提 供 體 感 溫 度 (Apparent temperature) 作 為 常 規 性 氣 溫 以 外 的 溫 度 指 數 給 民 眾 參 考 ; 3. 香 港 則 是 自 訂 在 地 居 民 的 可 容 忍 總 有 效 溫 度
來 發 布 寒 冷 及 酷 熱 警 告 ; 4. 日 本 氣 象 廳 與 本 局 則 是 以 氣 溫 高 於 35 度 發 布 高 溫 警 告 來 警 示 民 眾 雖 然 各 國 作 法 不 同, 但 目 的 都 是 為 了 提 醒 民 眾, 暴 露 在 酷 熱 及 寒 冷 的 天 氣 下, 應 有 相 對 應 的 防 護 措 施 另 外, 有 些 國 家 針 對 高 溫 作 業 環 境 另 有 建 立 警 示 指 標, 作 為 熱 危 害 的 評 估 標 準 例 如, 日 本 勞 動 部 及 中 國 大 陸 是 以 綜 合 溫 度 熱 指 數 WBGT( 黑 濕 球 溫 度 ) 來 制 定 高 風 險 勞 工 熱 危 害 的 指 標, 同 樣 的 我 國 勞 動 部 在 勞 工 安 全 衛 生 標 準 熱 危 害 部 分, 也 是 使 用 WBGT 做 為 指 標 綜 合 以 上 各 溫 度 指 標, 其 不 外 乎 和 氣 溫 相 對 濕 度 風 速 及 輻 射 有 相 關, 其 相 關 計 算 公 式 如 下 : 熱 指 數 (Heat Index): -42.379+2.0490523*T+0.433327*RH-0.2247554*T* RH-0.00683783*T*T-0.054877*RH*RH+0.0022874*T *T*RH+0.00085282*T*RH*RH-0.0000099*T*T*RH*R H 溫 濕 指 數 (Humidex): T + (3.39556)exp[9.8336-547.75/(Td+273.5)] - 5.5556 風 寒 指 數 (Wind Chill): 美 國 35.74+0.625*T-35.75*V 0.6 +0.3965*T*V 0.6,V>5km/h T+((-.59+0.345*T)/5)*V, 0km/h<V<5km/h 加 拿 大 3.2+0.625*T-.37*V 0.6 +0.4275*T*V 0.6 體 感 溫 度 (Apparent temperature): T+0.33*e-0.7*V-4 e=rh/00*6.05*exp(7.27*t/(237.7+t)) 綜 合 溫 度 熱 指 數 (WBGT): 0.7Tw+0.2Tg+0.T Tw( 濕 球 溫 度 ) = T - (T - Td)*(0.2 + 0.008*T) Tg( 黑 球 溫 度 )=T-0.07*Q-0.8V 上 述 相 關 參 數 T 為 氣 溫 RH 為 相 對 溼 度 Td 為 露 點 溫 度 V 為 風 速 而 本 局 所 發 布 的 舒 適 度 計 算 方 式 如 下 : 舒 適 度 :T-0.55*(-RH/00)*(T-4) 其 只 考 慮 了 溫 度 與 濕 度 的 相 關 性, 對 於 體 感 溫 度 的 適 用 性 仍 有 改 善 的 空 間 三. 氣 象 站 觀 測 分 析 結 果 初 步 由 4 年 臺 北 氣 象 站 的 觀 測 結 果 來 看,6-9 月 的 最 高 溫 出 現 34 度 以 上 達 62 天,35 度 以 上 達 34 天,36 度 以 上 達 天 且 其 中 有 3 天 連 續 發 生, 而 同 年 6-9 月 台 北 氣 象 站 的 平 均 相 對 濕 度 為 70%, 悶 熱 程 度 可 想 而 見 若 時 間 拉 長 至 0-4 年 來 看 台 北 高 溫 特 性, 如 圖 反 映 了 台 北 普 遍 高 溫 可 從 5 月 延 伸 至 9 月, 且 7 8 月 大 於 35 度 的 高 溫 大 約 為 一 半 以 上 的 日 數, 顯 示 夏 季 高 溫 已 是 常 態, 甚 至 在 4 年 9 月 份 還 有 6 天 高 於 35 度 的 高 溫 因 此, 為 因 應 民 眾 需 求 與 各 國 趨 勢, 體 感 溫 度 資 訊 有 提 供 的 必 要 性 以 下 初 步 分 析 的 作 法 是, 針 對 4 年 的 觀 測 資 料 作 不 同 指 數 的 分 析, 透 過 分 析 結 果 選 擇 其 中 一 種 較 適 合 全 體 民 眾 參 考 的 指 標, 來 做 為 氣 象 局 發 布 體 感 溫 度 的 計 算 法 則 圖 : 台 北 氣 象 站 0-4 年 高 於 35 度 之 天 數 25 高 溫 >=35 度 天 數 0 2 2 2 8 7 6 5 5 5 3 2 0 9 9 5 4 4 4 3 3 3 3 2 2 2 0 0 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月
先 前 說 明 了 各 國 溫 度 指 數 不 同, 考 慮 的 氣 象 條 件 也 不 同, 熱 指 數 (Heat index) 溫 濕 指 數 (Humidex) 與 本 局 的 舒 適 度 是 考 慮 了 溫 度 和 濕 度 的 關 係 性, 且 適 用 夏 季 風 寒 指 數 (Wind chill) 則 考 慮 了 氣 溫 和 風 速 的 關 係 性, 其 適 用 於 冷 季 或 攝 氏 0 度 以 下 的 氣 溫 澳 洲 之 體 感 溫 度 (Apparent temperature) 則 是 全 年 通 用, 考 慮 了 溫 度 濕 度 和 風 速 的 相 關 性 綜 合 溫 度 熱 指 數 (WBGT) 也 是 以 夏 季 為 主, 考 慮 了 氣 溫 濕 度 風 速 和 輻 射 等 參 數 本 局 考 量 體 感 溫 度 全 年 的 通 用 性 及 多 數 民 眾 的 適 用 性, 將 針 對 本 局 現 有 舒 適 度 Apparent temperature 來 分 析 探 討 其 變 化 特 性, 夏 季 佐 以 WBGT Heat index 及 Humidex 做 比 較, 冷 季 則 加 入 Wind chill 探 討 圖 3 為 臺 北 氣 象 站 6-9 月 各 溫 度 指 數 的 日 最 高 溫 變 化, 各 指 數 變 化 趨 勢 雷 同, 溫 濕 指 數 (Humidex) 熱 指 數 (Heat index) 和 澳 洲 之 體 感 溫 度 (Apparent temperature) 則 有 高 於 最 高 氣 溫 的 特 徵, 但 本 局 的 舒 適 度 和 WBGT 指 數 的 結 果 會 低 於 最 高 氣 溫, 此 部 分 和 民 眾 直 觀 的 夏 季 體 感 溫 度 不 符, 若 訂 為 指 標 易 造 成 民 眾 混 淆, 且 WBGT 考 慮 的 輻 射 效 果 對 於 民 眾 感 受 變 化 很 大, 計 算 參 數 是 以 晴 朗 無 雲 的 條 件 下 去 評 估, 會 有 放 大 輻 射 的 影 響 另 外, 氣 象 局 現 有 舒 適 度 是 依 據 舒 適 度 指 數 來 劃 分, 而 舒 適 度 指 數 有 比 氣 溫 要 低 的 特 性, 反 映 在 預 報 描 述 上 經 常 有 民 眾 反 映 與 感 受 上 的 落 差, 若 改 由 體 感 溫 度 來 取 代 其 描 述, 預 期 會 更 貼 近 更 多 民 眾 感 受 的 舒 適 度 圖 3:4 年 6-9 月 臺 北 氣 象 站 各 溫 度 指 數 計 算 結 果 及 澳 洲 之 體 感 溫 度 (Apparent temperature) 來 比 較, 可 發 現 Apparent temperature 因 為 有 考 慮 風 速, 有 調 節 夏 季 高 溫 的 作 用, 此 作 用 在 風 速 明 顯 時 會 更 貼 近 人 體 感 受 上 的 氣 溫, 會 比 熱 指 數 (Heat index) 及 溫 濕 指 數 (Humidex) 更 適 合 最 為 本 局 參 考 的 依 據 圖 4:4 年 6-9 月 梧 棲 氣 象 站 之 最 高 溫 與 圖 5:4 年 6-9 月 恆 春 氣 象 站 之 最 高 溫 與 圖 6:4 年 6-9 月 花 蓮 氣 象 站 之 最 高 溫 與 若 將 熱 指 數 (Heat index) 溫 濕 指 數 (Humidex)
圖 7:4 年 6-9 月 澎 湖 氣 象 站 之 最 高 溫 與 圖 9:4 年 -3 月 及 2 月 臺 北 梧 棲 氣 象 站 之 日 最 低 氣 溫 及 圖 4 至 圖 7 則 為 梧 棲 恆 春 花 蓮 及 澎 湖 氣 象 站 的 Apparent temperature 分 析 結 果, 皆 可 發 現 普 遍 夏 季 的 Apparent temperature 各 氣 象 站 皆 會 有 明 顯 高 於 氣 溫 的 特 徵, 由 圖 8 梧 棲 站 的 溫 度 差 值 與 風 速 的 相 關 性 可 看 出, 風 速 越 大,Apparent temperature 和 日 高 溫 的 差 值 越 小, 顯 示 沿 海 一 代 的 強 風 區 會 有 調 節 溫 度 的 特 性, 相 對 之 體 感 溫 度 也 會 小 一 些 若 進 一 步 來 看 冷 季 低 溫 的 特 徵, 圖 9 是 以 梧 棲 站 跟 臺 北 站 4 年 在 -3 月 以 及 2 月 的 最 低 溫 和 Apparent temperature 分 布, 整 體 來 看 氣 溫 差 異 不 大, 但 梧 棲 站 在 Apparent temperature 上 與 臺 北 站 是 有 明 顯 落 差, 透 過 圖 0 來 看 台 北 站 梧 棲 站 Apparent temperature 和 風 速 的 關 係 性, 正 好 反 映 在 冬 季 冷 氣 團 南 下 時, 強 風 下 感 受 更 為 偏 冷 感 受 的 特 性 圖 8:4 年 6-9 月 梧 棲 氣 象 站 之 最 高 溫 與 Apparent temperature 差 值 和 風 速 的 關 係 趨 勢 圖 圖 0:4 年 -3 月 及 2 月 台 北 梧 棲 之 Apparent temperature 及 風 速 趨 勢 圖 另 外, 我 們 希 望 能 看 出 極 端 低 溫 時 的 特 徵, 因 此 以 玉 山 站 來 做 分 析, 圖 7 是 4 年 -3 月 及 2 月 玉 山 氣 象 站 之 日 最 低 氣 及 和 Wind chill 趨 勢 圖, 很 明 顯 的 冷 季 氣 溫 攝 氏 0 度 以 下, 氣 溫 越 低 Wind chill 和 Apparent temperature 結 果 越 相 近, 顯 示 Apparent Temperature 在 山 區 可 能 出 現 相 對 的 極 端 低 溫 的 情 況 也 是 適 用 的 圖 :4 年 -3 月 及 2 月 玉 山 氣 象 站 日 最 低 氣 及 Apparent Temperature 和 Wind chill 趨 勢 圖
綜 合 上 述 分 析, 本 局 若 使 用 澳 洲 之 Apparent Temperature 計 算 方 式, 來 發 布 體 感 溫 度 之 相 關 預 報 資 訊 應 是 可 行 的 接 下 來 將 探 討 取 代 舒 適 度 描 述 的 可 行 性 舒 適 度 為 考 慮 溫 度 和 濕 度 的 相 關 性 ; 而 Apparent Temperature 則 多 考 慮 了 風 速 影 響 的 效 應, 若 單 純 看 Apparent Temperature 不 考 慮 風 速 的 效 果 和 舒 適 度 的 相 關 性, 如 圖 2 可 看 出 台 北 氣 象 站 之 兩 者 相 關 性 極 高, 表 2 也 指 出 各 氣 象 站 的 兩 者 相 關 係 數 高 達 0.9 以 上 更 增 加 我 們 用 Apparent Temperature 來 計 算 體 感 溫 度 並 取 代 舒 適 度 描 述 的 信 心 度 圖 2: 台 北 氣 象 站 4 年 舒 適 度 及 Apparent Temperature 不 考 慮 風 速 之 比 較 趨 勢 在 暖 季 偏 高 冷 季 偏 低 的 特 性 較 能 反 應 多 數 民 眾 體 感 溫 度 上 的 感 受, 其 適 用 性 較 佳 且 其 不 考 慮 風 速 影 響 下 的 結 果 和 舒 適 度 的 相 關 性 極 高, 未 來 在 本 局 發 布 體 館 溫 度 資 訊 時 並 考 慮 取 代 現 有 舒 適 度 描 述, 將 會 改 善 現 有 舒 適 度 與 民 眾 預 期 不 符 的 缺 失 表 3 表 4 為 不 同 條 件 下 的 體 感 溫 度 結 果, 顯 示 夏 季 體 感 溫 度 義 達 35 度 以 上, 冷 季 在 大 陸 冷 氣 團 來 襲 時, 東 北 風 的 影 響 下 也 有 機 會 達 0 度 以 下 的 體 感 溫 度 表 2: 體 感 溫 度 之 氣 溫 濕 度 對 照 表 ( 風 速 固 定 在 2.5m/s) 表 3: 體 感 溫 度 之 氣 溫 風 速 對 照 表 ( 相 對 溼 度 固 定 在 表 2:4 年 各 氣 象 站 每 日 之 最 高 舒 適 度 指 數 和 Apparent Temperature 不 考 慮 風 速 的 相 關 性 70%) 執 行 面 上, 氣 象 局 計 畫 今 年 夏 季 推 動 鄉 鎮 預 報 之 體 感 溫 度, 將 提 供 每 3 小 時 的 的 體 感 溫 度 預 報 資 訊 給 民 眾 參 考, 並 以 體 感 溫 度 來 取 代 現 有 舒 適 度 的 描 述 四. 結 論 及 展 望 綜 合 上 述 分 析 Apparent temperature 的 計 算 方 式 考 慮 了 氣 溫 濕 度 及 風 速 的 綜 合 結 果, 不 論 是 山 區 或 平 地, 暖 季 或 冷 季 都 能 適 用, 且 其 溫 度 特 性