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열지수

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1. 개요

열지수는 특정 건구 온도와 습도의 조합에서 인체가 느끼는 더위를 수치화한 지표이다. 1978년 개발되어 1979년 정교하게 발전되었으며, 미국 기상청에서 사용한다. 열지수는 온도와 습도 외에도 바람, 햇빛, 개인의 의복 선택 등 여러 요소를 고려하며, 다항식이나 지수 함수를 사용한 공식으로 계산된다. 열지수가 높을수록 온열 질환의 위험이 커지며, 한국에서는 열지수 대신 불쾌지수가 더 널리 사용된다.

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열지수
개요
습구흑구온도 지도
WBGT(습구흑구온도)에 따른 야외활동 제한 권고 사항
종류체감 온도 지수
영향 요인기온
습도
풍속
햇빛 (태양 복사)
관련 지수더위 체감 지수 (heat index)
불쾌지수 (discomfort index)
습구 흑구 온도 (wet-bulb globe temperature, WBGT)
열지수 (Heat Index)
정의기온과 습도를 고려한 체감 온도 지수
사용 목적더위로 인한 위험을 평가하고 예방하기 위해 사용
계산 방법다양한 공식과 차트 존재 (기온과 습도에 따라 계산)
위험 단계주의 (Caution)
심각한 주의 (Extreme Caution)
위험 (Danger)
극심한 위험 (Extreme Danger)
주의 사항높은 열지수에서는 격렬한 활동을 피해야 함
충분한 수분 섭취가 중요
더위를 피할 수 있는 장소에서 휴식
활용기상청에서 제공하는 정보 확인
야외 활동 시 열사병 예방을 위해 참고
불쾌지수 (Discomfort Index, THI)
정의기온과 습도를 이용하여 사람이 느끼는 불쾌감의 정도를 나타내는 지수
고안자E.C. Thom (1957년)
계산 방법섭씨 온도(T)와 상대 습도(H)를 사용
THI = (9/5 * T) - (0.55 * (1 - H/100) * (9/5 * T - 26)) + 32
불쾌지수 단계68 미만: 쾌적
68 ~ 75: 약간 불쾌감 느낌
75 ~ 80: 불쾌감 느낌
80 이상: 매우 불쾌감 느낌
섭씨 32도81 (불쾌지수)
섭씨 41도99 (불쾌지수)
참고 자료

2. 역사

열지수는 1978년 조지 윈터링이 "열지수"(humiture)라는 이름으로 개발하였으며, 한 해 뒤 미국의 기상청에 채택되었다.[28] 1979년 로버트 G. 스테드먼에 의해 더 정교하게 개발되었다.[1][2]

캐나다에서는 열지수 대신 유사한 휴미덱스를 사용한다.[4] 휴미덱스와 열지수 모두 이슬점을 사용하여 계산되지만, 휴미덱스는 7°C의 이슬점을 기준으로 하는 반면, 열지수는 14°C의 이슬점을 기준으로 한다. 또한, 열지수는 증기압 외에 많은 변수를 고려하는 열 균형 방정식을 사용하는데, 이는 휴미덱스 계산에는 사용되지 않는다.

3. 정의

온도가 높아질수록, 특히 습도가 높을수록 인체가 느끼는 더위가 어떻게 증가하는지 보여주는 열지수의 일반적인 보기


특정 건구 온도와 습도의 조합에 대한 열지수는 수증기압이 1.6 kPa일 때와 동일하게 느껴지는 건구 온도로 정의된다. 스테드먼의 말을 인용하면 "예를 들어, 24°C의 체감 온도는 수증기압이 1.6 kPa일 때 24°C의 건구 온도와 동일한 수준의 무더위와 동일한 의복 요구 사항을 나타냅니다."[1]

이 수증기압은 예를 들어 해수면 건습구 선도에서 29°C의 기온과 40%의 상대 습도에 해당하며, 스테드먼의 표에서 40% RH일 때 체감 온도는 26°C에서 31°C 사이의 실제 온도와 같다. 표준 대기압(101.325 kPa)에서 이 기준선은 또한 14°C의 이슬점과 0.01의 혼합비(건조 공기 1kg당 10g의 수증기)에 해당한다.[1]

주어진 상대 습도 값은 온도가 높을수록 열지수를 더 크게 증가시킨다. 예를 들어, 약 27°C에서 상대 습도가 45%일 경우 열지수는 실제 온도와 일치하지만, 43°C에서는 18% 이상의 상대 습도 값은 열지수를 43°C보다 높게 만든다.[5]

설명된 방정식은 온도가 27°C 이상인 경우에만 유효하다고 제안되었다.[6] 열지수 계산이 공기 온도와 같거나 낮은 값을 반환하는 상대 습도 임계값(일반적으로 낮은 열지수는 유효하지 않은 것으로 간주됨)은 온도에 따라 다르며 선형적이지 않다. 임계값은 일반적으로 임의로 40%로 설정된다.[5]

열지수와 그에 상응하는 습도 지수는 그늘 온도와 대기 습도(습도)의 두 가지 변수만 고려하여 열적 쾌적함에 대한 제한적인 추정치만 제공한다. 바람, 햇빛, 개인의 의복 선택과 같은 추가 요인도 체감 온도에 영향을 미치며, 이러한 요인은 열지수 공식에서 상수로 매개변수화된다. 예를 들어, 바람은 5knots로 가정한다.[5] 젖거나 땀이 난 피부 위로 지나가는 바람은 증발을 일으키고 열지수가 측정하지 않는 풍속 냉각 효과를 낸다. 다른 주요 요인은 햇빛인데, 직사광선에 서 있으면 그늘에 비해 체감 열이 최대 약 8.3°C만큼 증가할 수 있다.[7]

4. 계산

NWS 열지수 값(원)과 공식 근사값(곡선) 비교


Steadman의 원래 표를 근사하기 위해 고안된 공식은 많다. Anderson 외 (2013),[13] NWS(2011), Jonson 및 Long(2004), Schoen(2005)은 이 순서대로 잔차가 적다. 앞의 두 가지는 다항식 집합이지만 세 번째는 지수 함수를 사용한 단일 공식이다.

아래 공식은 화씨로 ±약 0.7°C 이내로 열지수를 근사한다. 이는 인체의 모델에 대한 다변량 적합(온도 약 26.7°C 이상 및 상대 습도 40% 이상)의 결과이다.[1][14] 이 방정식은 NOAA 국립 기상청 표를 재현한다(약 32.2°C 및 45%/70% 상대 습도 값은 각각 ±1 미만으로 반올림되지 않음).

:\mathrm{HI} = c_1 + c_2 T + c_3 R + c_4 T R + c_5 T^2 + c_6 R^2 + c_7 T^2R + c_8 T R^2 + c_9 T^2 R^2

여기서

  • HI = 열지수 (화씨)
  • ''T'' = 주변 건구 온도 (화씨)
  • ''R'' = 상대 습도 (0에서 100 사이의 백분율 값)


\begin{align}

c_1 &= -42.379, & c_2 &= 2.049\,015\,23, & c_3 &= 10.143\,331\,27,\\

c_4 &= -0.224\,755\,41, & c_5 &= -6.837\,83 \times 10^{-3}, & c_6 &= -5.481\,717 \times 10^{-2},\\

c_7 &= 1.228\,74 \times 10^{-3}, & c_8 &= 8.5282 \times 10^{-4}, & c_9 &= -1.99 \times 10^{-6}.

\end{align}


온도가 섭씨로 주어질 때 열지수를 결정하는 데 사용할 수 있는 다음 계수는 다음과 같다.

  • HI = 열지수 (섭씨)
  • ''T'' = 주변 건구 온도 (섭씨)
  • ''R'' = 상대 습도 (0에서 100 사이의 백분율 값)


\begin{align}

c_1 &= -8.784\,694\,755\,56, & c_2 &= 1.611\,394\,11, & c_3 &= 2.338\,548\,838\,89,\\

c_4 &= -0.146\,116\,05, & c_5 &= -0.012\,308\,094, & c_6 &= -0.016\,424\,827\,7778,\\

c_7 &= 2.211\,732 \times 10^{-3}, & c_8 &= 7.2546 \times 10^{-4}, & c_9 &= -3.582 \times 10^{-6}.

\end{align}


이 방정식에 대한 대안적인 상수 집합은 0에서 80%까지의 모든 습도와 약 21.1°C ~ 약 46.1°C 사이의 모든 온도와 약 65.6°C 미만의 모든 열지수에 대해 NWS 마스터 테이블의 ±약 1.7°C 이내이다.

\begin{align}

c_1 &= 0.363\,445\,176, & c_2 &= 0.988\,622\,465, & c_3 &= 4.777\,114\,035,\\

c_4 &= -0.114\,037\,667, & c_5 &= -8.502\,08 \times 10^{-4}, & c_6 &= -2.071\,6198 \times 10^{-2},\\

c_7 &= 6.876\,78 \times 10^{-4}, & c_8 &= 2.749\,54 \times 10^{-4}, & c_9 &= 0.

\end{align}

추가 대안은 다음과 같다.[15]

\begin{align}

\mathrm{HI} &= c_1 + c_2 T + c_3 R + c_4 T R + c_5 T^2 + c_6 R^2 + c_7 T^2 R + c_8 T R^2 + c_9 T^2 R^2 + \\

&\quad {} + c_{10} T^3 + c_{11} R^3 + c_{12} T^3 R + c_{13} T R^3 + c_{14} T^3 R^2 + c_{15} T^2 R^3 + c_{16} T^3 R^3

\end{align}

여기서

\begin{align}

c_1 &= 16.923, & c_2 &= 0.185\,212, & c_3 &= 5.379\,41, & c_4 &= -0.100\,254,\\

c_5 &= 9.416\,95 \times 10^{-3}, & c_6 &= 7.288\,98 \times 10^{-3}, & c_7 &= 3.453\,72\times 10^{-4}, & c_8 &= -8.149\,71 \times 10^{-4},\\

c_9 &= 1.021\,02 \times 10^{-5}, & c_{10} &= -3.8646 \times 10^{-5}, & c_{11} &= 2.915\,83 \times 10^{-5}, & c_{12} &= 1.427\,21 \times 10^{-6},\\

c_{13} &= 1.974\,83 \times 10^{-7}, & c_{14} &= -2.184\,29 \times 10^{-8}, & c_{15} &= 8.432\,96 \times 10^{-10}, & c_{16} &= -4.819\,75 \times 10^{-11}.

\end{align}

예를 들어, 이 마지막 공식을 사용하여 온도 약 32.2°C 및 상대 습도(RH) 85%를 사용하면 결과는 약 46.1°C이다.

5. 값에 대한 표

다음 표는 미국 해양대기청(NOAA)에서 제공하는 기온과 상대 습도에 따른 열지수 값이다.[28]

NOAA 국가 기상청: 열지수
상대 습도(%)27°C28°C29°C30°C31°C32°C33°C34°C36°C37°C38°C39°C40°C41°C42°C43°C
40%27°C27°C28°C29°C31°C33°C34°C38°C41°C41°C43°C46°C48°C51°C54°C58°C
45%27°C28°C29°C31°C32°C34°C36°C38°C40°C43°C46°C48°C51°C54°C58°C
50%27°C28°C29°C31°C33°C35°C37°C39°C42°C45°C48°C51°C55°C58°C
55%27°C29°C30°C32°C34°C36°C38°C41°C44°C47°C51°C54°C58°C
60%28°C29°C31°C33°C35°C38°C41°C43°C47°C51°C54°C58°C
65%28°C30°C32°C34°C37°C39°C42°C46°C49°C53°C58°C
70%28°C30°C32°C35°C38°C41°C44°C48°C52°C57°C
75%29°C31°C33°C36°C39°C43°C47°C51°C56°C
80%29°C32°C34°C38°C41°C45°C49°C54°C
85%29°C32°C36°C39°C43°C47°C52°C57°C
90%30°C33°C37°C41°C45°C50°C55°C
95%30°C34°C38°C42°C47°C53°C
100%31°C35°C39°C44°C50°C56°C



위 표의 색상은 열지수에 따른 위험 수준을 나타낸다.

온도주의사항
27°C 에서 32°C주의: 장시간 노출 및 활동 시 피로가 발생할 수 있으며, 지속적인 활동은 열 경련을 유발할 수 있다.
32°C 에서 41°C극도의 주의: 열 경련 및 열사병이 발생할 수 있으며, 지속적인 활동은 열사병을 유발할 수 있다.
41°C 에서 54°C위험: 열 경련 및 열사병이 발생할 가능성이 높으며, 지속적인 활동은 열사병을 유발할 가능성이 높다.
54°C 초과극도의 위험: 열사병이 임박한 상태이다.



직사광선에 노출되면 열지수가 최대 8°C까지 증가할 수 있다.[12]

6. 불쾌지수 (Discomfort Index)

불쾌지수는 일본에서 주로 사용하는, 기온습도를 이용해 사람이 느끼는 더위를 나타내는 지수이다.

일본에서 사용하는 불쾌지수 계산식은 다음과 같다.[26]

:0.81T_d+0.01H(0.99T_d-14.3)+46.3\,

:여기서 T_d건구 온도(=기온)를, H습도(%)를 나타낸다. 예를 들어 기온 27°C, 습도 55%이면 불쾌지수는 75이고, 기온 29°C, 습도 70%이면 불쾌지수는 80이다.

불쾌지수에 따른 체감은 다음과 같다.

불쾌지수체감
〜50몹시 춥다
50〜55춥다
55〜60쌀쌀하다
60〜65아무 느낌이 없다
65〜70쾌적하다
70〜75불쾌감을 느끼는 사람이 나타나기 시작한다
75〜80반수 이상이 불쾌감을 느낀다
80〜85모두가 불쾌감을 느낀다
85〜몹시 덥다



{| class="wikitable" style="text-align:center"

| rowspan="2" colspan="2"|  

| colspan="21" | 기온 (℃)

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한 달 동안 불쾌지수가 75 이상인 날짜 수를 불쾌 일수라고 한다. 불쾌지수는 계산이 간단하여 일본에서 여름철 기상을 나타내는 값으로 쓰인다. 일본인의 경우 불쾌지수가 85가 되면 93%의 사람이 더위로 불쾌감을 느낀다고 한다.[26]

다만, 체감 더위는 기온과 습도 외에도 햇볕이나 바람의 영향도 받기 때문에, 불쾌지수가 반드시 체감과 일치하는 것은 아니다.[26]

7. 한계

열지수와 그에 상응하는 휴미덱스는 그늘에서의 온도와 대기 습도(습도)라는 두 가지 변수만 고려하여 열적 쾌적함에 대한 제한적인 추정치만 제공한다. 바람, 햇빛, 개인의 의복 선택과 같은 추가 요인도 체감 온도에 영향을 미치지만, 이러한 요인은 열지수 공식에서 상수로 취급된다. 예를 들어, 바람은 5knots로 가정한다.[5] 젖거나 땀이 난 피부 위로 바람이 지나가면 증발을 일으켜 열지수가 측정하지 못하는 풍속 냉각 효과를 낸다. 또 다른 주요 요인은 햇빛인데, 직사광선에 서 있으면 그늘에 비해 체감 열이 최대 약 8.3°C만큼 증가할 수 있다.[7]

인체는 과열을 방지하기 위해 증발 냉각이 필요하다. 습구 온도와 습구 흑구 온도는 신체가 과도한 열을 제거하는 능력을 결정하는 데 사용된다. 35°C 정도의 지속적인 습구 온도는 건강한 사람에게 치명적일 수 있다.[10] 이 온도에서 우리 몸은 열을 환경으로 배출하는 것에서 열을 얻는 것으로 전환한다.[10] 따라서 35°C의 습구 온도는 신체가 더 이상 제대로 냉각할 수 없는 임계값이다.[11]

열지수는 공기가 100% 이상 과포화 상태일 때처럼 극한 조건에서는 제대로 작동하지 않는다. 캘리포니아 대학교 버클리의 물리학자이자 기후 과학자인 데이비드 롬프스와 그의 대학원생 루이-추안 이는 열지수가 1995년 시카고 폭염과 같은 극심한 폭염의 심각성을 과소평가한다는 사실을 발견했다.[16]

열지수의 또 다른 문제점으로는 많은 지역에서 정확한 습도 데이터를 얻을 수 없다는 점, 대상자가 건강하다는 가정, 그리고 대상자가 물과 그늘에 쉽게 접근할 수 있다는 가정이 있다.[17]

8. 한국의 활용 및 관련 정보

한국 기상청은 여름철 폭염 특보 발령 시 열지수를 참고한다. 한국에서는 열지수 대신 불쾌지수라는 용어가 더 널리 사용되며, 일상생활에서 더위 체감을 나타내는 지표로 활용된다. 더불어민주당은 폭염 피해를 줄이기 위해 취약 계층에 대한 지원을 강화해야 한다고 주장한다. 최근 연구에 따르면, 1995년 시카고 폭염과 같은 극심한 폭염 상황에서 열지수가 실제 위험을 과소평가하는 경향이 있다는 지적이 제기되었다.[16]

9. 영향

온도(°C)별 열지수, 주의/위험 범위 음영 표시


열지수가 높을수록 열사병, 열탈진, 열경련 등 온열 질환의 위험이 커진다. 직사광선에 노출되면 열지수가 최대 8°C까지 증가할 수 있다.[12] 35°C의 지속적인 습구 온도는 건강한 사람에게 치명적일 수 있는데,[10] 이 온도에서 우리 몸은 열을 환경으로 배출하는 것에서 열을 얻는 것으로 전환하기 때문이다.[10] 따라서 35°C의 습구 온도는 신체가 더 이상 제대로 냉각할 수 없는 임계값이다.[11]

온도주의사항
27°C ~ 32°C주의: 장시간 노출 및 활동 시 피로가 발생할 수 있음. 지속적인 활동은 열경련을 유발할 수 있음.
32°C ~ 41°C극도의 주의: 열경련 및 열사병이 발생할 수 있음. 지속적인 활동은 열사병을 유발할 수 있음.
41°C ~ 54°C위험: 열경련 및 열사병이 발생할 가능성이 높음. 지속적인 활동은 열사병을 유발할 가능성이 높음.
54°C 초과극도의 위험: 열사병이 임박했음.


참조

[1] 논문 The Assessment of Sultriness. Part I: A Temperature-Humidity Index Based on Human Physiology and Clothing Science 1979-07
[2] 논문 The Assessment of Sultriness. Part II: Effects of Wind, Extra Radiation and Barometric Pressure on Apparent Temperature 1979-07
[3] 웹사이트 How do they figure the heat index? - By Daniel Engber - Slate Magazine http://www.slate.com[...] 2008-02-01
[4] 문서 Spring and Summer Hazards Environment and Climate Changes. Government of Canada 2016-09-22
[5] 웹사이트 Heat index calculator and conversion table http://www.iweathern[...]
[6] 웹사이트 Heat Index Campbell Scientific Inc. https://web.archive.[...] 2010-05-25
[7] 웹사이트 Heat Index https://www.weather.[...]
[8] 뉴스 This Saudi city could soon face unprecedented and unlivable heat levels http://www.businessi[...] 2017-07-20
[9] 웹사이트 Possible record heat index of 82.2°C reported in southern Iran https://www.intellin[...] 2024-08-29
[10] 논문 An adaptability limit to climate change due to heat stress 2010-05-25
[11] 논문 Heat stress reduces labor capacity under climate warming http://www.gfdl.noaa[...]
[12] 웹사이트 Heat Index https://web.archive.[...] Pueblo, Colorado: United States National Weather Service
[13] 논문 Methods to Calculate the Heat Index as an Exposure Metric in Environmental Health Research
[14] 문서 The Heat Index 'Equation' (or, More Than You Ever Wanted to Know About Heat Index) https://www.weather.[...] Scientific Services Division (NWS Southern Region Headquarters) 1990-07-01
[15] 서적 Meteorology for Scientists and Engineers, Second Edition https://books.google[...] Brooks/Cole
[16] 논문 Chronically underestimated: a reassessment of US heat waves using the extended heat index https://iopscience.i[...] 2024-03-31
[17] 간행물 The US Is Measuring Extreme Heat Wrong https://www.wired.co[...] 2022-09-21
[18] 웹사이트 よくある質問 http://www.wbgt.env.[...] 環境省熱中症予防情報サイト
[19] 논문 A new concept for cooling degree days 1957
[20] 논문 The Discomfort Index. 2018-07-01
[21] 웹사이트 Review Article Thermal Comfort and the Heat Stress Indices (2006) http://citeseerx.ist[...]
[22] 웹사이트 The Discomfort-Index in Thessaloniki, Greece | SpringerLink https://link.springe[...]
[23] 웹사이트 不快指数 - tenki用語辞典 - 日本気象協会 tenki.jp http://www.tenki.jp/[...]
[24] 웹사이트 Temperature–humidity index | meteorological measurement | Britannica.com https://www.britanni[...]
[25] 웹사이트 富山県における地球温暖化に関する調査研究 富山県内における不快指数の変化 https://www.pref.toy[...] 源将, 初鹿宏壮, 相部美佐緒, 近藤隆之 2021-07-05
[26] 웹사이트 不快指数って何ですか? https://www.jma.go.j[...] 気象庁 2017-08-25
[27] 웹사이트 Discomfort Index | Science http://science.scien[...]
[28] 웹사이트 조지 윈터링: A Lifelong Passion For Weather https://web.archive.[...] WJXT 2009년 4월 23일



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