湿球温度结合了空气温度和相对湿度,用于衡量空气通过汗液蒸发冷却人体的能力。35°C的湿球温度被认为是理论上的绝对生存极限:即使是一个健康的人,在静止且处于阴凉处的情况下,也无法再调节自身体温。这一临界值可能出现在35°C且湿度100%的条件下,或45°C且湿度70%的条件下。气候变化正使这种致命情况更加频繁,到2100年可能威胁多达12亿人。
湿球温度是一种结合了空气温度和相对湿度的物理指标。与我们通常在温度计上读到的干球温度不同,湿球温度反映了空气通过蒸发作用吸收和散发人体热量的实际能力。
这一测量对于理解人体的生理极限至关重要。 我们的机体通过出汗维持约37°C的内部温度:当汗液从皮肤蒸发时,会带走热能,从而为我们降温。 但这种蒸发机制仅在周围空气尚未被水蒸气饱和时才能生效。
注意:只有当环境空气湿度低于皮肤表面湿度时,汗液蒸发才能有效为身体降温。当空气中水蒸气饱和(接近100%湿度)时,水分子无法再从皮肤逸散到大气中。汗液会以液态形式停留在皮肤表面无法蒸发,阻碍身体热量散发。这就是为什么35°C且100%湿度的环境是致命的,而50°C的干燥空气(20-30%湿度)仍可存活:在后者情况下,蒸发作用依然有效。
湿球温度的概念在19世纪随着干湿球湿度计的发明而正式确立,该仪器由两支温度计组成:一支为干球,另一支为湿球(包裹着浸水纱布)。通过两支温度计的温差可测定空气的相对湿度,并推导出湿球温度——这一评估热应激的关键指标。
科学研究已证实,35°C的湿球温度是人类存活的绝对理论极限。达到这一临界值时,即使完全健康的人处于静止状态、阴凉环境中且拥有无限水源,也无法再散发基础代谢产生的热量。该极限可通过干球温度与相对湿度的不同组合达到。在湿度较高的情况下,远未达到极端温度时,高温便已具有致命性。
| 温度(摄氏度) | 相对湿度(%) | 容忍持续时间 | 如何 |
|---|---|---|---|
| 35°C | 100% | 最长6-8小时 | 绝对理论生存极限 |
| 35°C | 70% | 数小时至1天 | 轻度不适,需休息和补充水分。 |
| 40°C | 90% | 1-2小时 | 立即危险,中暑风险极高 |
| 40°C | 60% | 3-4小时 | 严重热应激,有中暑风险 |
| 40°C | 30% | 6-8小时 | 静息状态下,适当补水即可耐受 |
| 45°C | 70% | 1-2小时 | 立即危险 |
| 45°C | 40% | 2小时 | 即使对已适应环境的人也有极限 |
| 45°C | 20% | 2-3小时 | 极端沙漠条件,快速脱水 |
| 50°C | 50% | 30-60分钟 | 严重热应激,需紧急疏散。 |
| 50°C | 30% | 1-2小时 | 即使静止不动也存在致命危险,可能导致意识丧失 |
| 50°C | 10% | 2-3小时 | 极度干旱、呼吸道灼伤、严重脱水 |
气候变化正危险地加剧极端湿热天气的频率和强度。热带和亚热带沿海地区尤为脆弱,这些地区高温与高大气湿度并存,对人体而言是尤为致命的组合。
气候预测指出,若温室气体排放维持当前水平,到本世纪末,多个关键区域可能频繁突破35摄氏度的湿球温度阈值。波斯湾地区高居这一令人担忧的榜单之首:阿拉伯联合酋长国、卡塔尔、科威特以及伊朗部分沿海地区已出现零星逼近这一致命阈值的峰值。印度次大陆是另一个主要关注区域,巴基斯坦、印度和孟加拉国正经历日益强烈的热浪。人口稠密的恒河三角洲在季风季前同时面临极端湿度和酷热高温。
东南亚地区,包括泰国、越南、菲律宾和印度尼西亚,也显示出日益加剧的脆弱性,红海地区和非洲之角同样如此。澳大利亚北部、中美洲和加勒比地区部分沿海区域,以及美国南部,共同构成了这一风险地理版图。
最新数据证实,这一现象正在加剧。 2021年,巴基斯坦雅各布阿巴德市记录的湿球温度达34°C,逼近人类生存阈值。同年,袭击太平洋西北地区的热穹顶导致加拿大和美国数百人死亡,尤其在不列颠哥伦比亚省的利顿,干球温度超过49°C。尽管湿球温度略低于35°C,但大规模死亡事件凸显了此类事件的致命性——即便未达到绝对理论极限。
气候模型预测,本世纪极端湿热事件将惊人增加。根据IPCC,在相比工业化前升温+2°C的情景下,数十亿人可能频繁暴露于超过31°C的湿球温度中。
当升温达到或超过+3°C时,部分人口稠密地区可能出现湿球温度达到或超过35°C的情况,持续时间可达数小时甚至连续数日。若无持续运行的空调设备,此类区域将完全不宜居住。
《自然》杂志2023年发表的一项研究估计,到2100年,在最坏情景(升温4°C)下,每年可能有多达12亿人生活在至少遭遇一次致命湿热事件的地区。这些预测未考虑技术适应能力,但凸显了危机的潜在规模。
来源:《科学进展》——人类无法耐受的极端高温高湿天气的出现(Colin Raymond 等,2020年) NCBI——评估35°C湿球温度适应性阈值(PSU HEAT项目) NCBI——基于经验确定的较低湿热耐受阈值导致人类风险显著增加 NCBI——基于温度与湿度的全球热应激暴露快速上升预测 IPCC——气候变化相关报告 《自然·科学数据》——日最高简化湿球温度数据集(1940-2022年) NOAA气候.gov——危险湿热天气短暂出现时间提前数十年
干球温度是标准温度计读取的温度,它不考虑湿度。湿球温度结合了温度和相对湿度,反映了空气通过汗液蒸发冷却人体的实际能力。沙漠中(干燥空气)50°C的干球温度可能比35°C且湿度100%(无法蒸发)的情况更易忍受。
当湿球温度达到35°C时,空气中的水蒸气完全饱和。汗液无法从皮肤蒸发,人体主要的散热机制被阻断。即使是一个完全健康的人,静止在阴凉处且充分补水,其体内温度也会不可逆转地升高,数小时内便会引发致命性热射病。
最脆弱的地区是热带和亚热带沿海区域,这些地方本就高温高湿。包括波斯湾(阿联酋、卡塔尔、科威特、伊朗)、印度次大陆(印度、巴基斯坦、孟加拉国)、东南亚(泰国、越南、菲律宾)、红海、非洲之角、澳大利亚北部以及美国部分地区。致命事件已经发生:2021年巴基斯坦雅各布阿巴德的湿球温度达到了34°C。