หากคุณดูดัชนีความร้อนในช่วงคลื่นความร้อนที่เหนียวเหนอะหนะของฤดูร้อนนี้แล้วคิดว่า “รู้สึกร้อนขึ้นแน่นอน!” คุณอาจคิดถูก
การวิเคราะห์โดยนักวิทยาศาสตร์ด้านสภาพอากาศที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ พบว่าอุณหภูมิที่ชัดเจนหรือดัชนีความร้อนที่คำนวณโดยนักอุตุนิยมวิทยาและ National Weather Service (NWS) เพื่อระบุว่ารู้สึกร้อนเพียงใด เมื่อพิจารณาถึงความชื้น จะประเมินการรับรู้ต่ำไป อุณหภูมิสำหรับวันที่ร้อนอบอ้าวที่สุดที่เรากำลังประสบอยู่ บางครั้งอาจมากกว่า 20 องศาฟาเรนไฮต์
การค้นพบนี้มีความหมายสำหรับผู้ที่ทุกข์ทรมานจากคลื่นความร้อนเหล่านี้ เนื่องจากดัชนีความร้อนเป็นตัววัดว่าร่างกายจัดการกับความร้อนอย่างไรเมื่อมีความชื้นสูง และการขับเหงื่อจะมีประสิทธิภาพน้อยลงในการทำให้เราเย็นลง เหงื่อออกและหน้าแดง ซึ่งเลือดจะถูกเปลี่ยนเส้นทางไปยังเส้นเลือดฝอยใกล้กับผิวหนังเพื่อกระจายความร้อน รวมทั้งเสื้อผ้าที่ไหลออก เป็นวิธีหลักที่มนุษย์จะปรับตัวเข้ากับอุณหภูมิที่ร้อนจัด
ดัชนีความร้อนที่สูงขึ้นหมายความว่าร่างกายมนุษย์มีความเครียดมากขึ้นในช่วงคลื่นความร้อนเหล่านี้มากกว่าที่เจ้าหน้าที่สาธารณสุขอาจตระหนักได้ ปัจจุบัน NWS ถือว่าดัชนีความร้อนที่สูงกว่า 103 เป็นอันตราย และสูงกว่า 125 ว่าเป็นอันตรายอย่างยิ่ง
“โดยส่วนใหญ่ ดัชนีความร้อนที่กรมอุตุนิยมวิทยามอบให้คุณนั้นเป็นสิ่งที่คุ้มค่า เฉพาะในกรณีที่รุนแรงเหล่านี้เท่านั้นที่พวกเขาได้ตัวเลขที่ไม่ถูกต้อง” David Rompsศาสตราจารย์ด้านโลกและวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ของ UC Berkeley กล่าว “สิ่งที่สำคัญคือเมื่อคุณเริ่มทำแผนที่ดัชนีความร้อนกลับสู่สภาวะทางสรีรวิทยา และคุณตระหนักว่า โอ้ คนเหล่านี้กำลังถูกกดดันให้อยู่ในสภาพที่ผิวหนังมีการไหลเวียนของเลือดสูงขึ้นมาก ซึ่งร่างกายใกล้จะขาดเทคนิคในการชดเชย สำหรับความร้อนและความชื้นแบบนี้ ดังนั้นเราจึงเข้าใกล้ขอบนั้นมากกว่าที่เราเคยคิดไว้”
Romps และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Yi-Chuan Lu ให้รายละเอียดการวิเคราะห์ของพวกเขาในบทความที่ได้รับการยอมรับจากวารสาร Environmental Research Letters และ โพสต์ออนไลน์ 12 สิงหาคม
ดัชนีความร้อนถูกคิดค้นขึ้นในปี 1979 โดย Robert Steadman นักฟิสิกส์สิ่งทอ ผู้สร้างสมการง่ายๆ เพื่อคำนวณสิ่งที่เขาเรียกว่า “ความร้อนอบอ้าว” ของสัมพัทธ์ของสภาวะที่อบอุ่นและชื้น รวมถึงสภาวะที่ร้อนและแห้งแล้งในช่วงฤดูร้อน เขาเห็นว่ามันเป็นส่วนเสริมของปัจจัยลมหนาวที่ใช้กันทั่วไปในฤดูหนาวเพื่อประเมินว่ารู้สึกหนาวแค่ไหน
แบบจำลองของเขาคำนึงถึงวิธีที่มนุษย์ควบคุมอุณหภูมิภายในเพื่อให้เกิดความสบายทางความร้อนภายใต้สภาวะภายนอกของอุณหภูมิและความชื้นที่แตกต่างกัน โดยเปลี่ยนความหนาของเสื้อผ้าอย่างมีสติ หรือปรับการหายใจ เหงื่อ และการไหลเวียนของเลือดจากแกนกลางของร่างกายไปยังผิวหนังโดยไม่รู้ตัว
ในแบบจำลองของเขา อุณหภูมิที่เห็นได้ชัดภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ซึ่งเป็นบุคคลขนาดปานกลางในที่ร่มที่มีน้ำไม่จำกัด คืออุณหภูมิที่ใครบางคนจะรู้สึกได้หากความชื้นสัมพัทธ์อยู่ในระดับที่สบาย ซึ่ง Steadman กำหนดให้เป็นความดันไอที่ 1,600 ปาสกาล .
ตัวอย่างเช่น ที่ความชื้นสัมพัทธ์ 70% และ 68 F ซึ่งมักถูกนำมาเป็นความชื้นและอุณหภูมิเฉลี่ย คนจะรู้สึกเหมือน 68 F แต่ที่ความชื้นเดียวกันและ 86 F จะรู้สึกเหมือน 94 F
นับแต่นั้นมา ดัชนีความร้อนได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในสหรัฐอเมริกา รวมทั้งโดย NWS เป็นตัวบ่งชี้ที่มีประโยชน์ต่อความสะดวกสบายของผู้คน แต่สตีดแมนไม่ได้กำหนดดัชนีไว้สำหรับเงื่อนไขต่างๆ ที่ตอนนี้กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นเรื่อยๆ ตัวอย่างเช่น สำหรับความชื้นสัมพัทธ์ 80% ดัชนีความร้อนไม่ได้กำหนดไว้สำหรับอุณหภูมิที่สูงกว่า 88 F หรือต่ำกว่า 59 F ในปัจจุบัน อุณหภูมิมักจะสูงกว่า 90 F เป็นประจำเป็นเวลาหลายสัปดาห์ในบางพื้นที่ รวมถึงมิดเวสต์และตะวันออกเฉียงใต้
เพื่ออธิบายช่องว่างเหล่านี้ในแผนภูมิของ Steadman นักอุตุนิยมวิทยาได้คาดการณ์ในพื้นที่เหล่านี้เพื่อให้ได้ตัวเลขที่ Romps กล่าวว่าถูกต้องเกือบตลอดเวลา แต่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้าใจใด ๆ เกี่ยวกับสรีรวิทยาของมนุษย์
“ตัวเลขเหล่านี้ไม่มีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์” Romps กล่าว
เขาและลู่ออกเดินทางเพื่อขยายงานของ Steadman เพื่อให้ดัชนีความร้อนมีความแม่นยำในทุกอุณหภูมิและความชื้นทั้งหมดระหว่างศูนย์ถึง 100%
“ตารางเดิมมีช่วงอุณหภูมิและความชื้นที่สั้นมาก จากนั้นพื้นที่ว่างที่ Steadman กล่าวว่าแบบจำลองของมนุษย์ล้มเหลว” Lu กล่าว “สตีดแมนมีฟิสิกส์ที่ถูกต้อง เป้าหมายของเราคือการขยายไปยังทุกอุณหภูมิเพื่อให้เรามีสูตรที่แม่นยำยิ่งขึ้น”
เงื่อนไขหนึ่งที่แบบจำลองของ Steadman พังคือเมื่อผู้คนมีเหงื่อออกมากจนเหงื่อออกที่ผิวหนัง ณ จุดนั้น แบบจำลองของเขามีความชื้นสัมพัทธ์ที่ผิวอย่างไม่ถูกต้องเกิน 100% ซึ่งเป็นไปไม่ได้ทางกายภาพ
“ ณ จุดที่โมเดลนี้ดูเหมือนจะแตกหัก แต่เป็นเพียงนางแบบที่บอกเขาว่า เฮ้ ปล่อยให้เหงื่อไหลออกจากผิวหนัง นั่นคือทั้งหมดที่มันเป็น” Romps กล่าว “แค่ปล่อยให้เหงื่อไหลออกจากผิวหนัง”
นั่นและการปรับแต่งอื่น ๆ อีกสองสามสมการของ Steadman ให้ผลดัชนีความร้อนที่ขยายซึ่งสอดคล้องกับดัชนีความร้อนแบบเก่า 99.99% ของเวลา Romps กล่าว แต่ยังแสดงถึงอุณหภูมิที่ชัดเจนสำหรับระบอบการปกครองนอก Steadman ที่คำนวณได้อย่างแม่นยำ เมื่อเขาเผยแพร่มาตราส่วนอุณหภูมิที่ชัดเจน เขาคิดว่าระบอบการปกครองเหล่านี้หายากเกินกว่าจะกังวล แต่อุณหภูมิและความชื้นที่สูงกำลังกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
Romps และ Lu เผยแพร่สมการดัชนีความร้อนที่แก้ไข เมื่อต้นปีนี้ ในเอกสารฉบับล่าสุด พวกเขาใช้ดัชนีความร้อนแบบขยายกับคลื่นความร้อน 100 อันดับแรกที่เกิดขึ้นระหว่างปี 1984 ถึง 2020 นักวิจัยพบว่าส่วนใหญ่ไม่เห็นด้วยกับสิ่งที่ NWS รายงานในขณะนั้น แต่ยังรวมถึงสถานการณ์ที่รุนแรงบางอย่างที่ดัชนีความร้อนของ NWS ถูกปิด
สิ่งที่น่าประหลาดใจอย่างหนึ่งคือคลื่นความร้อนที่สร้างความเครียดทางสรีรวิทยามากที่สุด 7 ใน 10 ในช่วงเวลานั้นอยู่ในมิดเวสต์ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในอิลลินอยส์ ไอโอวา และมิสซูรี ไม่ใช่ทางตะวันออกเฉียงใต้ตามที่นักอุตุนิยมวิทยาสันนิษฐาน ความคลาดเคลื่อนที่ใหญ่ที่สุดระหว่างดัชนีความร้อนของ NWS และดัชนีความร้อนที่ขยายออกไปนั้นเห็นได้ในแนวกว้าง ตั้งแต่เกรตเลกส์ทางใต้ไปจนถึงหลุยเซียนา
ตัวอย่างเช่น ในช่วงคลื่นความร้อนในชิคาโกในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2538 ซึ่งคร่าชีวิตผู้คนไปอย่างน้อย 465 คน ดัชนีความร้อนสูงสุดที่รายงานโดย NWS อยู่ที่ 135 F ซึ่งจริงๆ แล้วรู้สึกเหมือน 154 F ดัชนีความร้อนที่แก้ไขที่สนามบินมิดเวย์ 141 F บ่งบอกว่าคนในที่ร่มจะได้รับประสบการณ์การไหลเวียนของเลือดไปยังผิวหนังที่สูงกว่าปกติ 170% ดัชนีความร้อนที่รายงาน ณ เวลานั้น 124 F บอกเป็นนัยว่าการไหลเวียนของเลือดในผิวหนังเพิ่มขึ้นเพียง 90% ในบางสถานที่ระหว่างคลื่นความร้อน ดัชนีความร้อนที่ขยายออกไปนั้นบ่งบอกว่าผู้คนจะได้รับประสบการณ์เพิ่มขึ้น 820% เหนือการไหลเวียนของเลือดที่ผิวหนังปกติ
“ฉันไม่ใช่นักสรีรวิทยา แต่มีหลายสิ่งหลายอย่างเกิดขึ้นกับร่างกายเมื่อมันร้อนมาก” Romps กล่าว “การเปลี่ยนถ่ายเลือดไปยังผิวหนังจะกดดันระบบเนื่องจากคุณกำลังดึงเลือดที่อาจถูกส่งไปยังอวัยวะภายในและส่งไปยังผิวหนังเพื่อพยายามทำให้อุณหภูมิของผิวหนังสูงขึ้น การคำนวณโดยประมาณที่ใช้โดย NWS และนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายนั้นลดทอนความเสี่ยงต่อสุขภาพของคลื่นความร้อนที่รุนแรงโดยไม่ตั้งใจ”
ในทางสรีรวิทยา ร่างกายเริ่มยุ่งเหยิงเมื่ออุณหภูมิผิวเพิ่มขึ้นจนเท่ากับอุณหภูมิแกนกลางของร่างกาย ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ 98.6 F หลังจากนั้น อุณหภูมิแกนกลางจะเริ่มเพิ่มขึ้น อุณหภูมิแกนกลางที่ยั่งยืนสูงสุดอยู่ที่ 107 F – เกณฑ์การตายจากความร้อน สำหรับผู้ที่มีสุขภาพดีที่สุดเกณฑ์นั้นถึงดัชนีความร้อน 200 F.
โชคดีที่ความชื้นมีแนวโน้มลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ดังนั้นโลกไม่น่าจะไปถึงสภาวะเหล่านั้นในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า รุนแรงน้อยกว่าแม้ว่าจะยังเป็นอันตรายถึงชีวิตได้ แต่สภาพการณ์ยังคงเป็นเรื่องธรรมดาทั่วโลก
“ดัชนีความร้อน 200 F เป็นขอบเขตบนของสิ่งที่อยู่รอดได้” Romps กล่าว “แต่ตอนนี้ที่เรามีแบบจำลองการควบคุมอุณหภูมิของมนุษย์ซึ่งได้ผลในสภาวะเหล่านี้ แท้จริงแล้วมันมีความหมายอย่างไรต่อการอยู่อาศัยในอนาคตของสหรัฐอเมริกาและโลกโดยรวม? มีบางสิ่งที่น่ากลัวที่เรากำลังดูอยู่”
งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดยโครงการวิจัยระบบบรรยากาศของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ผ่านโครงการวิจัยทางชีววิทยาและสิ่งแวดล้อมของสำนักงานวิทยาศาสตร์ (DE-AC02-05CH11231)
