Kilo wody pod stopą

Chmurne oblicze kapitana #4: upał jakby zelżał, czyli co żeglarze mają wiedzieć o temperaturze odczuwalnej?

  • date
  • 13.01.2014 1753
  • φ52.224  λ21.1002 

Zima. Drogi zasypane, śnieg po pas… a my żytem… Do niedawna dosłownie… I kiedy wysokie grudniowe temperatury wywoływały kolejne sensacje, upał jakby zelżał. Owszem jest pięknie, słonecznie ale jednak poniżej zera i kiedy uzbrajasz już psi zaprzęg tak jak obsługa Noorderlichta (fotka powyżej)… No dobra… Jeżeli mówimy o niskich temperaturach to warto się przyjrzeć bardzo niedocenianym w meteorologii żeglarskiej zjawisku odczuwania temperatury i współczynnikowi chłodzenia wiatrem. Są to jedne z tych rzeczy, o których mało kto dowiaduje się podczas kursów na stopnie żeglarskie, a które mogą znacząco wpłynąć na nasze bezpieczeństwo.

Wielu z nas intuicyjnie uznaje, że tylko spektakularne zjawiska meteorologiczne mogą nam zagrażać. Więc jeżeli mówię niebezpieczeństwo – to pewnie w Twojej głowie wyświetli się szalejący sztorm, chmura burzowa, ewentualnie wyładowania elektryczne (i czy ten maszt jest na pewno uziemiony?).

Niewiele osób wyobraża sobie, że w pogodny dzień, z dobrym do żeglowania wiatrem, możemy doprowadzić swój organizm do stanu „zawodowej choroby żeglarzy” – czyli przewlekłego zapalenia zatok. Co więcej możemy doprowadzić się do stanu lekkiej hipotermii tylko dlatego, że zabraknie nam jednej warstwy na grzbiecie przy sterowaniu. I to może zmienić Twój urlop – a także długie tygodnie po nim – w koszmar. Poza tym, na pewno zimą jeździsz na narty albo zastanawiasz się jak się ubrać dziś na drogę do pracy.

Jak to działa?

Temperatura, którą mierzą meteorolodzy to temperatura powietrza w klatce meteo. Czyli po pierwsze w klatce powietrze jest nieruchome, a po drugie pomiar odbywa się w cieniu. Stąd prosty wniosek, że skoro  my jesteśmy wystawieni na te dwa czynniki, to będziemy mieć inną temperaturę otoczenia. Do tego dochodzi wilgotność powietrza, która decyduje o tym, że łatwiej jest wytrzymać siarczyste mrozy na dalekiej Syberii niż u nas. Więc jeżeli w prognozie było jedno, a w rzeczywistości jest drugie – np. chłód jest taki przejmujący – to właśnie ze względu na to, że temperatura odczuwalna jest niższa niż ta, która była w klatce meteorologicznej.

Wyobraź sobie powierzchnię Twojej skóry. To nie jest gorące 37 stopni bo tyle masz w głębi ciała, ale powiedzmy 36. Twoja skóra ogrzewa tę najbliższą warstwę powietrza przylegającego do niej. Jeżeli teraz włączymy do rozważań wiatr, ta najbliższa, ogrzana warstwa powietrza zostanie po prostu zdmuchnięta z okolic Twojej skóry i znowu trzeba będzie powietrze nagrzewać. Tak działa wiatr i współczynnik chłodzenia wiatrem. Jeżeli chodzi o wilgotność to wciąż trwają dyskusje czy ma ona aż takie znaczenie dla odczuwania temperatury (temperatura odczuwalna to wskaźnik wyznaczany eksperymentalnie więc dyskusje jeszcze będą trwały).

No i teraz wracamy do unikania skutków czyli hipotermii albo hipertermii. I tu jest pies pogrzebany – bo mało kto odbiera pod żaglem prognozę pogody, gdzie podana jest temperatura odczuwalna. Mało kto liczy współczynnik chłodzenia wiatrem przed wyjściem do pracy – czyli tak naprawdę to jak szybko ciepło jest odbierane z powierzchni naszej skóry. I nie chodzi tu o to, żeby wszędzie chodzić z kalkulatorem ale żeby mieć przybliżony ogląd na to jak ciepło/zimno będzie Ci podczas przebywania na świeżym powietrzu.

Przyjęte modele

Powyżej użyłem dwóch pojęć i już pojawiła się nieścisłość. Temperatura odczuwalna może być rozumiana jako szerokie pojęcie określające jak będziesz odczuwać dane warunki meteorologiczne na nagiej skórze. Aby określić temperaturę odczuwalną możesz użyć  temperatury powietrza nieruchomego i prędkości wiatru – w ten sposób uzyskując współczynnik chłodzenia wiatrem. Jednakże na pewno zauważysz, szczególnie żeglując na śródlądziu przed burzą, jak męczące jest uczucie upału wynikające z dużej wilgotności – istnieje więc także model, uwzględniający wilgotność powietrza. Jeżeli słyszysz w prognozie pogody „temperatura odczuwalna” najprawdopodobniej użyto pierwszego wzoru (wiatr i temperatura), ze względu na to, że jak pokazują badania NOAA wilgotność ma mniejsze znaczenie niż temperatura (no chyba, że masz mokre ciuchy, ale wtedy działa inny mechanizm). Kiedy jest gorąco i wilgotno używa się równania uwzględniającego wilgotność (np. humindex), ponieważ w trakcie upału dużą wilgotność znosimy gorzej. A to z kolei dlatego, że nasze ciało utrzymuje stałą temperaturą podczas upałów poprzez otwarcie porów i produkcję potu, który parując nas chłodzi. Jeżeli nie ma takiej możliwości (bo powietrze jest wysycone wilgocią) nadmiar ciepła gromadzi się w naszym ciele i następuje przegrzanie.

Założenia modeli temperatury odczuwalnej

Każdy szanujący się model ma założenia: w naszych rozważaniach badamy odczucie zimna na nagiej skórze człowieka idącego prosto pod wiatr z prędkością 5 km/h w nocy. Wniosek z tego taki, że uzyskana wartość jest orientacyjna i oczywiście zależy od tego, jak się ubierzesz i czy nagie części skóry wystawisz do słońca czy nie.
Wzorów (przyjętych modeli) do obliczania temperatury odczuwalnej jest wiele. Wiele firm eksperymentalnie wyznacza także własne wzory – na przykład AccuWeather ma formułę RealFeel, Kanadyjczycy mają Humindex na lato i Wind Chill dla zimy itd. Co więcej przytoczony tu pierwszy model nie będzie działał dla temperatur wyższych niż 25 stopni Celsjusza dając zawyżone wyniki. Dlatego właśnie dla Zimy stosuje się wzór pierwszy, a dla lata, gdy większym zagrożeniem jest przegrzanie ten uwzględniający wilgotność.

Model 1 (temperatura + wiatr)
[pmath size=15]{T_wc} = 13,12 + 0.6215{T_a} – 11,37V^{0,16} + 0,3965{T_a}V^{0,16}[/pmath]
Gdzie:
Twc – Temperatura odczuwalna (po korekcie tylko ze względu na wiatr)
V – Prędkość wiatru w km/h
Ta – Temperatura w powietrzu nieruchomym (w klatce meteorologicznej)

Model 2 (temperatura + wiatr + wilgotność)
[pmath size=17]{T_ch} = (37 – {37 – {T_a}}/{{0,68 – 0,0014W} + {1}/{1,76 + 1,4V^{0,75}}}) – 0,29{T_a} * (1 – {W}/{100}) [/pmath]
Gdzie:
Tch – Temperatura odczuwalna (po korekcie ze względu na wiatr i wilgotność)
V – Prędkość wiatru w m/s
Ta – Temperatura w powietrzu nieruchomym (w klatce meteorologicznej)
W – Wilgotność względna

Czyli ten cały współczynnik chłodzenia wiatrem, czy też temperatura odczuwalna, to wróżenie z fusów?

Wydawało by się więc, że jeżeli zaczynamy badać za pomocą fizyki „odczucia” to być może należało by zmienić lekarza. Nie tak szybko – choć jest to koncepcja wciąż dyskutowana (właśnie dlatego jest kilka modeli) pozwala dobrze się zorientować odnośnie warunków w terenie. Jak to działa? Wszystko zaczęło się w 1940 roku na Antarktydzie, gdzie dwóch polarników Paul Siple i Charles Passel zaczęli systematyczne badania w tym temacie. Polegały one na wieszaniu na zewnątrz chaty butelek z wodą i badaniu jak szybko w różnych warunkach wiatrowych i termicznych woda zamarznie. Efektem setek pomiarów było opracowanie wielkości obrazującej utratę energii czyli W/m2. Oczywiście potem przeliczono to na współczynnik wyskalowany w stopniach Celsjusza, opracowano lepsze modele, po to by łatwiej było rozsiewać sensacyjną aurę podczas referowania prognozy pogody. Natomiast ważny dla nas wniosek jest następujący: obrazujemy rzeczywiste tempo utraty energii. Czyli jeżeli temperatura odczuwalna jest niska to Twoje ciało szybciej traci energię.

Czujesz to?

I teraz wracamy do odczuwania. Ludzkie ciało jest tak skonstruowane, że odczuwa zmiany temperatur na poziomie 3 stopni Celsjusza. I tu ważny wniosek – drobna zmiana temperatury odczuwalnej może ujść twojej uwadze a energię tracisz. I tak właśnie jest w słoneczny dzień, przy dobrym do żeglowania wietrze. Zapalenie zatok trzyma się cichutko za rogiem – może nie w tym roku, może nie za rok, ale szybciej niż myślisz ściśnie Twoją głowę imadłem. Dlatego noszenie czapki na żaglach to nie jest jakaś tam moda tylko sposób na ochronę wrażliwych części ciała. Dlatego też schładzanie w upalny dzień głowy wodą jest tylko do połowy ok. Wiatr zrobi swoje i zanim wysuszy Ci włosy odbierze też masę energii z okolic głowy.

Ponieważ jest zima i jakoś musisz dotrwać do sezonu to musimy pogadać i o hipotermii i o odmrożeniach. Norwegowie (a w zasadzie cała Skandynawia) ma takie powiedzenie: nie ma złej pogody, są tylko źle ubrani ludzie. Święte słowa! Pamiętaj, że rozpatrując współczynnik chłodzenia wiatrem czy też temperaturę odczuwalną mamy na myśli odczucie obserwowane na nagiej skórze. Wydatnie swoje szanse zwiększasz ubierając się odpowiednio. Swoje szanse zwiększysz też dbając o swoje krążenie – większość, żeglarzy w końcu kwalifikuje się do grupy o „dużej wyporności”. Ważne jest też żeby nie nosić zimą zbyt ciasnych butów, bo hamując krążenie powodujesz, że jest Ci zimniej – łatwiej o utratę energii w niezasilanych ciepłem z krwi kończynach.

Gdzie mróz kąsa najbardziej?

Ważne jest też, które części ciała chłodzą się najszybciej. W Nowym Jorku zrobili nawet statystykę chorób związanych z mrozem. Otwiera ją… Odmrożenie prącia. Jeżeli się zastanowisz, to jest to miejsce wystające, w sytuacji przemieszczania się po mieście słabo ukrwione – no chyba, że bardzo się cieszysz, że idziesz do pracy – i zwykle słabo izolowane – już widzisz tych panów pędzących w garniturach do biurowca… I to jest ogólny wniosek dotyczący najbardziej narażonych na utratę ciepła części ciała – wszystko, co wystaje i jest słabo ukrwione – a więc palce, nos, uszy i…

Zimno przetrwasz ubierając się na cebulę i dbając o to, żeby ciało było zawsze suche. To jest zresztą warunek utrzymania załogi w dobrym zdrowiu podczas wypraw w wysokie szerokości geograficzne. Bielizna termalna jest bardzo dobrym rozwiązaniem, bo przy wszystkich wątpliwościach dotyczących jej cen, ma kilka ważnych zalet: oddycha, odprowadza wilgoć od ciała, dobrze izoluje. Ta izolacja jest oparta o naśladowanie natury. Po prostu Twoje ciało ogrzewa kieszenie powietrzne, które tworzy splot tkaniny. Ja nie mam absolutnie żadnych problemów z założeniem jakiegoś fajnego „base layera” do biura (najlepiej z naturalnych włókien – bo taki ze sztucznych jak trzyma ciepło, to śmierdzi niemiłosiernie). Pamiętaj jednak, że jeżeli decydujesz się na oddychające ciuchy to muszą one oddychać w każdej warstwie. Jeden bawełniany t-shirt może zabić wszystkie korzyści.

Kolejne pytanie to, o ile trzeba schłodzić się i przez jak długo, żeby chłód dał nam się we znaki? Przy temperaturze 15 stopni Celsjusza i wietrze 4 stopnie B wychłodzisz się bez odpowiedniego ubrania już w nieco ponad godzinę. Jeżeli zaś temperatura odczuwalna wynosi -30 stopni Celsjusza, to odkryta skóra zamarznie po około 30 minutach. Pamiętaj, że w przypadku temperatury odczuwalnej mówimy o nocy, o skórze twarzy przeciętnego człowieka (jeśli nosisz brodę to jesteś przeciwpancerny?) idącego z prędkością 5 km/h prosto pod wiatr. Jeżeli zaś chodzi o odmrożenia, rozpatrujemy najgorszy scenariusz (czyli najbardziej podatne 5% populacji). Możesz więc łatwo zwiększyć swoje szanse na komfortowe przetrwanie zimy jeżeli: ubierzesz się odpowiednio, jesteś aktywny, dbasz o to by się nie spocić, dostarczasz sobie odpowiednio dużo kalorii i płynów, zakrywasz peryferyjne części ciała (dłonie, głowę) odpowiednimi  akcesoriami.

Nie za zimno, nie za ciepło, nie za szybko…

No dobrze, ale co wtedy gdy jest za gorąco? Nasz organizm traci energię na kilka sposobów: przewodnictwo (wtedy kiedy dotykasz czegoś, co jest chłodniejsze), konwekcję (kiedy ogrzane od Twojej skóry powietrze unosi się nad Tobą i zastępuje je powietrze chłodniejsze), wypromieniowanie (promieniowanie podczerwone opuszcza Twoją skórę), transpirację (kiedy się pocisz – to najskuteczniejszy sposób chłodzenia). Jeżeli jest Ci za ciepło wystarczy wspomóc któryś ze sposobów utraty energii. O sposobach na letnie przegrzanie napiszę Ci jeszcze w jednym z kolejnych wpisów. Ważne jest natomiast to, żeby nie schładzać się ani nie ogrzewać się zbyt gwałtownie. Im większą zmianę temperatury spowodujemy i w im krótszym czasie, tym bardziej odczujemy to jako dyskomfort. W skrajnych przypadkach może dojść do szoku termicznego. Dlatego w sezonie chłodnym nie możesz dopuścić do spocenia się, bo w tym czasie, jest to zbyt skuteczna metoda tracenia ciepła. Tak, to oznacza, że podczas wysiłku masz rozpiętą kurtkę albo nawet zdejmujesz jedną lub kilka warstw (jak na przykład w warszawskich autobusach, które mają dwa ustawienia klimatyzacji +10 w lecie i +40 w zimie).

W taką pogodę jak dziś…

Najedz się, pij często ciepłe płyny, ubierz się odpowiednio – i bez kompleksów, że w oddychającej kurtce to nie do miasta… Czapka, rękawiczki przewodzące do smartfona… i trzymaj się ciepło…

Bear