体感温度のソースを表示

{{複数の問題|専門的=2021年7月|出典の明記=2021年7月}}
{{日本語表現|date=2021年7月}}
[[ファイル:Conant Heat Index & Windchill Gauge Weather Station.jpg|サムネイル|温度計と湿度計の針の交点から体感温度を知ることができる測定器具]]
'''体感温度'''（たいかんおんど）とは、人間の肌が感じる[[温度]]の感覚を、定量的に表したものである。人間の温度感覚は、皮膚面の水分（[[汗]]）が蒸発したり、皮膚面の熱が奪われたりすることで生ずるものである{{Sfn|荒川秀俊|1949|p=38}}。こうした体感温度は気温だけでなく、実際には[[湿度]]や[[風速]]等によって影響されやすく{{Sfn|荒川秀俊|1949|pp=38-39}}、たとえば多くの場合は風が強いときほど体感温度は下がる{{Sfn|荒川秀俊|1949|p=39}}。したがって、気温をそれらの数値で補正する。

ただし体感温度は、以下で示す湿度・風速・日照量といった[[気象]]・[[環境]]条件の他に、[[服装]]・[[代謝|代謝量]]・[[年齢]]・[[性別]]・[[健康]]状態等、人体条件の影響も受ける{{Sfn|朝日新聞社 コトバンク|loc=日本大百科全書(ニッポニカ)の解説}}ため、その感覚は千差万別である。また、しばしば簡潔な算出式が使われるため、誤差なく表せる範囲にも限界がある{{Sfn|朝日新聞社 コトバンク|loc=日本大百科全書(ニッポニカ)の解説}}。これらの理由で、目的や適用範囲に違いのある多くの指標がある{{Sfn|朝日新聞社 コトバンク|loc=日本大百科全書(ニッポニカ)の解説}}（たとえば、高温のストレスを表すための指標である[[ヒートインデックス]]を、低温のストレスを判断するために用いることはできない<ref>{{Harvnb|荒川秀俊|1949|p=39}}では気温が10℃以下の低温下では高湿度は、高温下の時と異なる影響を与えるとしている。</ref>）。

以下、気温（[[セルシウス度|℃]]）を ''T''、[[相対湿度]] (%) を ''H''、風速 ([[メートル毎秒|m/s]]) を ''v'' とする。特に断らない限り、風速は[[風速計]]（原則として高さ10メートル）での測定値である。

== 湿度による補正 ==
ミスナール (Missenard, 1937) は、湿度の効果を加えた式

:<math>M=T-\frac{1}{2.3}\times(T-10)\times \left( 0.8-\frac H {100} \right)</math>

を考案した。ただし、低温の場合、湿度が体感温度に与える影響は高温の場合ほど大きくないため、この式の適用範囲は、温暖な温度に限られる<ref name=HKO/>。

不快指数は[[華氏温度]] で表現されるものであるが、上記のミスナールの式同様、定数項、Tの項、Hの項、T*Hの項の4項の多項式による値である。気温と湿度から導出するこの表式は入力が摂氏で出力が華氏なのには注意したい。

[[ジョージ・ウィンターリング]] ({{interlang|en|George Winterling}}, 1978) が考案したヒューミチャー ({{en|humiture}}) は、現在は[[ヒートインデックス]]  ({{interlang|en|heat index}}, HI) と呼ばれ、[[アメリカ合衆国]]の[[アメリカ国立気象局|国立気象局]] (NWS) が採用している。ロバート・ステッドマン(Robert G. Steadman)によるHI (彼自身は apparent temperature と呼称) の定義は数式を反復利用するもので、これまでに数多くの近似方法が考案されている<ref>{{Cite web|url=https://ehp.niehs.nih.gov/wp-content/uploads/121/10/ehp.1206273.pdf|title="Methods to Calculate the Heat Index as an Exposure Metric in Environmental Health Research": Table 1. Heat index algorithms that have been used in environmental research.|accessdate=2018-07-31|publisher=}}</ref>。その21種類の中で最も残差の小さくなる<ref>{{Cite web|url=https://ehp.niehs.nih.gov/wp-content/uploads/121/10/ehp.1206273.pdf|title="Methods to Calculate the Heat Index as an Exposure Metric in Environmental Health Research" Table 2. Metrics (°C) describing how well different heat index algorithms cohere with the original concepts of Steadman’s apparent temperature.|accessdate=2018-07-31|publisher=}}</ref>のはNWSのアルゴリズムで、以下の四式を採用している<ref>{{Cite web|url=https://www.wpc.ncep.noaa.gov/html/heatindex_equation.shtml|title=Heat Index Equation|accessdate=2018-07-31|website=www.wpc.ncep.noaa.gov}}</ref>。この中でNWSは、低温でSteadmanの結果に合う(1.1 * ''T''{{sub|F}} )という一次の項を持つ第三式の値と''T''{{sub|F}} それ自身の平均が80 °Fを越える高温の時は、二種のadjustmentを伴う残りの三式(Lans P. Rothfuszの近似式)を使うことを提案している。なお、上記の残差最小の判定には、より低温でHI = ''T''{{sub|F}}  (''T''{{sub|F}}  < 40 °F)のステップが加わる、また別のアルゴリズムが使われている<ref>{{Cite web|url=https://ehp.niehs.nih.gov/wp-content/uploads/121/10/ehp.1206273.pdf|title=Figure 3. Algorithm used by the NWS online heat index (HI) calculator (NWS 2011) to determine heat index based on air temperature in degrees Fahrenheit (T) and relative humidity in percent (H).|accessdate=2018-07-31|publisher=}}</ref>。なお、場合分けを伴わない式としては、下記のカナダ気象局 (MSC) 採用のhumidexやオーストラリア気象局 (BOM) 採用のAT (apparent temperature)の定義式と同じく指数関数(exp)を用いたものが最も残差が少ない<ref>{{Cite journal|last=Schoen|first=Carl|date=2005-09|title=A New Empirical Model of the Temperature–Humidity Index|url=https://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/JAM2285.1|journal=Journal of Applied Meteorology|volume=44|issue=9|pages=1413–1420|language=en|doi=10.1175/jam2285.1|issn=0894-8763}}</ref>。

:<math>HI = \begin{cases}
HI_\mathrm{unadjusted} - \frac{ 13 - H } 4 \sqrt{ \frac{ 17 - | T_\mathrm F - 95 | }{ 17 } } &  \mbox{when } H < 13 \mbox{ and } 80 \le T_\mathrm F \le 112 \\
HI_\mathrm{unadjusted} +  \frac{ H - 85 }{ 10 } \times \frac{ 87 - T_\mathrm F } 5  &  \mbox{when } H > 85 \mbox{ and } 80 \le T_\mathrm F \le 87 \\
0.5 \times ( T_\mathrm F + 61.0 ) + 0.6 \times (T_\mathrm F - 68.0) + 0.047 \times H  & \mbox{when } T_\mathrm F < 80 \\
HI_\mathrm{unadjusted} & \mbox{Otherwise}
\end{cases}</math>

なおここで、気温 ''T''{{sub|F}} は[[華氏温度]] (°F)
: <math>T_\mathrm F = \tfrac 9 5 T + 32</math>
であり、''HI''<sub>unadjusted</sub>は以下の式から算出される。
<!--×を使ったバージョン。横に大きくなりすぎているので下の×なしVerを使用: <math>HI_\mathrm{unadjusted} = -42.379 + 2.04901523 \times T_\mathrm F + 10.14333127 \times H - 0.22475541 \times T_\mathrm F H - 0.00683783 \times {T_\mathrm F}^2 - 0.05481717 \times H^2 + 0.00122874 \times {T_\mathrm F}^2 H + 0.00085282 \times T_\mathrm F H^2 - 0.00000199 \times {T_\mathrm F} ^2 H^2 </math>-->
: <math>HI_\mathrm{unadjusted} = -42.379 + 2.04901523 T_\mathrm F + 10.14333127 H - 0.22475541 T_\mathrm F H - 0.00683783 {T_\mathrm F}^2 - 0.05481717 H^2 + 0.00122874  {T_\mathrm F}^2 H + 0.00085282 T_\mathrm F H^2 - 0.00000199 {T_\mathrm F} ^2 H^2 </math>


J.M. Masterton and F.A. Richardson (1979) による「[[ヒューミデックス]] {{interlang|en|humidex}}」は、[[カナダ気象局]] (MSC) が採用していて、
:<math>humidex = T + 0.5555 \times ( P_\mathrm{aq} - 10)</math>

で表される。この式は、湿度の代わりに[[水蒸気圧]] ''P''{{sub|aq}} ([[ヘクトパスカル|hPa]]) を使い、その値は[[露点]] ''T''{{sub|dew}} (℃) を使って
:<math>P_\mathrm{aq} = 6.11 \times \exp \left\{ 5417.7530 \times \left( \frac 1 {273.16} - \frac 1 {T_\mathrm {dew} + 273.16} \right) \right\}</math>

で求められる<ref>{{Cite web|url=http://climate.weather.gc.ca/glossary_e.html#humidex|title=Glossary - Climate - Environment and Climate Change Canada|accessdate=2018-08-01|last=Canada|first=Environment and Climate Change|website=climate.weather.gc.ca|language=en}}</ref>。''P''{{sub|aq}} を湿度と気温から求める式は、下記オーストラリア気象局 (BOM) のAT (apparent temperature)の項にある。




[[湿球黒球温度]] (WBGT) は[[ISO]] 7243 などで標準化されており、
:<math>WBGT = \begin{cases}
0.7 \times T_\mathrm W + 0.2 \times T_\mathrm G + 0.1 \times T \\
0.7 \times T_\mathrm W + 0.3 \times T_\mathrm G
\end{cases}</math>
で表される。''T''{{sub|W}} は[[湿球温度]]、''T''{{sub|G}} は[[黒球温度]]である（これらに対比するなら ''T'' は[[乾球温度]]となる）。第1式は日照のある屋外、第2式は屋内または日照のない場合に使われる。

== 風による補正 ==
日本では俗に、風速が1m/s増すごとに体感温度は約1℃ずつ低くなると言われている{{Sfn|荒川秀俊|1949|p=39}}<ref>{{Cite web|和書|title= 同じ気温でも寒さ変わる「体感温度」の秘密|author= 伊藤みゆき|url= https://www.nikkei.com/article/DGXNASFK1100T_R11C12A2000000/|date= 2012-12-12|accessdate= 2015-03-22|newspaper= [[日本経済新聞]]|publisher= [[日本経済新聞社]]}}</ref><ref>{{Cite web|和書|title= 不快感なくても危険な場合も　熱中症予防の注意点 体感温度に個人差、実際とズレ|author= 賀川雅人|url= https://www.nikkei.com/article/DGXDZO44863820R10C12A8MZ4001/|date= 2012-08-14|accessdate= 2015-03-28|newspaper= [[日本経済新聞]] 朝刊|publisher= [[日経新聞社]]}}</ref>{{Sfn|朝日新聞社 コトバンク|loc=ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説}}が、実際は風が強くなるほど体感温度の低下効果が逓減する非線形性があり、また気温によっても差がある{{Sfn|荒川秀俊|1949|p=39}}（暑いと風があっても体感温度はあまり下がらないが、寒いと急激に下がる）。

リンケは、風速の効果を加えた式
: <math>L=T-4\times\sqrt{v}</math>
を考案した。この式では風速変化の非線形性が取り入れられているものの、気温の高低による体感気温の変化は考慮されていない。


米NWSは、{{en|windchill temperature}}（{{en|wind chill equivalent temperature}}、{{en|wind chill index}} などとも）
:<math>WC = \begin{cases}
35.74 + 0.6215 \times T_\mathrm F - 35.75 \times {v_\mathrm{mi/h}}^{0.16} + 0.4275 \times T_\mathrm F {v_{\mathrm{mi/h}}}^{0.16} & \mbox{when } v_\mathrm{mi/h} \ge 3 \\
T_\mathrm F & \mbox{when } v_\mathrm{mi/h} < 3
\end{cases} </math>
を使っている<ref>[http://www.nws.noaa.gov/os/windchill/index.shtml NWS Wind Chill Index]</ref>。''T''{{sub|F}} は華氏温度、''v''{{sub|mi/h}} は[[マイル毎時]]での風速である。冪の指数が0.16になっていることから、非線形性はリンケの式より強い。また、気温による差が取り入れられている。


[[カナダ気象局]] (MSC) が使用する{{en|windchill temperature}}は、以下の式を用いて
:<math>WC = \begin{cases}
13.12 + 0.6215 \times T - 11.37 \times {v_\mathrm{km/h}}^{0.16} + 0.3965 \times T {v_{\mathrm{km/h}}}^{0.16} & \mbox{when } T < 0 \mbox{ and } v_\mathrm{km/h} \ge 5 \\
T + \frac {-1.59 + 0.1345 \times T} 5 v_\mathrm{km/h} & \mbox{when } T < 0 \mbox{ and } v_\mathrm{km/h} < 5
\end{cases} </math>
で表される<ref name="MSC">[http://climate.weather.gc.ca/climate_normals/normals_documentation_e.html Calculation of the 1981 to 2010 Climate Normals for Canada]</ref>。ここで''v''{{sub|km/h}} は[[キロメートル毎時]]での風速であり、適用範囲を氷点下に限定している。

== 複数の要因による補正 ==
グレゴルチュク (Gregorczuk, 1972) は、ミスナールの式を改良した「NET ({{en|net effective temperature}})」を考案した。NETは相対湿度と風速を考慮しており、
: <math>NET = 37 - \frac { 37 - T } { 0.68 - 0.0014 \times H + \frac 1 { 1.76 + 1.4 \times v ^ {0.75} } } - 0.29 \times T (1 - \frac H {100} ) </math>
で表される<ref name=HKO>[http://www.hko.gov.hk/publica/reprint/r444.pdf Reprint 444: Application of a Weather Stress Index for Alerting the Public to Stressful Weather in Hong Kong] - [[香港天文台]] P.W. Li & S.T. Chan</ref>。この式は、ミスナールと異なり低温にも適用できる<ref name=HKO/>。


高温下では日照も体感温度に影響をもたらす{{Sfn|荒川秀俊|1949|p=40}}。[[オーストラリア気象局]] (BOM) は、相対湿度・風速に加え[[太陽光|日光]]の[[放射照度]]を考慮したAT ({{en|apparent temperature}})
:<math>AT = T + 0.348 \times P_\mathrm{aq} - 0.70 \times v + 0.70 \times \frac Q {v + 10} - 4.25</math>
を使っている<ref>[http://www.bom.gov.au/info/thermal_stress/ Thermal Comfort observations]</ref>。ここで、''Q'' は日光の放射照度 ([[ワット|W]]/[[平方メートル|m{{sup|2}}]]) 、''P''{{sub|aq}} は[[水蒸気圧]] (hPa) を示し、''P''{{sub|aq}} は湿度と気温から
:<math>P_\mathrm{aq} = 6.105 \times \frac H {100} \times \exp \left( \frac { 17.27 \times T }{ 237.7 + T } \right)</math>

と求められる<ref>{{Cite news|title=Digiquartz® Dew Point Calculation|date=2012-05-26|url=https://archive.is/20120526034637/http://www.paroscientific.com/dewpoint.htm|accessdate=2018-08-01|work=archive.is}}</ref>。{{要出典範囲|この3つのパラメータはいくつかの組がある。また、4つのパラメータで更に精度を上げた式も存在する。|date=2021年7月}}

== 図表 ==
{| class="wikitable" style="text-align: center; width: 200px; height: 200px;"
|+ ヒートインデックス (HI)<ref>[http://www.nws.noaa.gov/os/heat/index.shtml National Weather Service Heat Safety] から℃に換算</ref>
|-
| rowspan=2 colspan=2 | &nbsp;
| colspan=17 | 気温 (℃)
|-
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|-
| rowspan=14 | 相対湿度 (%)
|-
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{{legend|yellow|Caution}}{{legend|Gold|Extreme Caution}}{{legend|Orange|Danger}}{{legend|Red|Extreme Danger}}

== 参考文献 ==
* {{Cite book|和書|title= 氣候と生活|author= [[荒川秀俊]]|date= 1949-07-05|year= 1949|publisher= 山海堂|id= {{NDLJP|1169492}}。{{全国書誌番号|45013161}}|ref= harv}}
* {{Cite web|和書|url= https://kotobank.jp/word/体感温度-155674|title= 体感温度(たいかんおんど)とは - コトバンク|accessdate= 2015-03-28|publisher= 朝日新聞社|ref= {{Sfnref|朝日新聞社 コトバンク}}}}

== 脚注 ==
{{Reflist}}
==関連項目==
*[[不快指数]]

{{気象要素}}

{{DEFAULTSORT:たいかんおんと}}
[[Category:温度]]
[[Category:体温調節]]
[[Category:気象学]]
[[Category:感覚]]
[[Category:指標]]
[[Category:快適技術]]
[[Category:暖房換気空調]]
[[Category:大気熱力学]]
[[Category:建築環境工学]]