체감 온도

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1. 개요
2. 기상 요소와 체감 온도
3. 체감 온도 계산식
- 3.1. 대한민국 기상청 체감온도식
- 3.2. 다른 체감온도식
4. 실효온도
참조

1. 개요

체감 온도는 기온 외에 습도, 풍속, 일사량 등 기상 요소가 인체에 미치는 영향을 종합하여 나타낸 온도이다. 기온은 체감 온도의 가장 기본적인 요소이며, 습도가 높으면 땀 증발이 억제되어 더 덥게, 낮으면 더 시원하게 느껴진다. 풍속은 피부 표면의 열을 빠르게 제거하여 시원하게 느끼게 하지만, 강해질수록 효과가 감소하는 비선형성을 보인다. 일사량은 복사열을 통해 체감 온도를 높인다. 체감 온도는 다양한 계산식을 통해 산출되며, 각 기상청 및 기관에서 사용하는 공식이 다르다. 또한, 실효온도와 같은 다른 체감 온도 지표도 존재하며, 위생학, 건축학 등 다양한 분야에서 활용된다.

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체감 온도
개요
이름	체감 온도
다른 이름	겉보기 온도 느껴지는 온도
정의
정의	인간이 느끼는 온도를 나타내는 지수
영향 요인	기온 습도 바람 일사
계산 방법
주요 계산식	다양한 계산식 존재 (자세한 내용은 본문 참고)
활용	더위 체감 지수 추위 체감 지수
종류
더위 관련 지수	열 지수 (Heat Index) 습구 흑구 온도 (WBGT)
추위 관련 지수	풍냉 지수 (Wind Chill) Humidex
활용
활용	기상 예보 보건 산업
참고
참고	기온 습도 바람

2. 기상 요소와 체감 온도

인간은 기상 환경과의 열 교환을 통해 쾌적함을 느낀다. 체감 온도에 영향을 미치는 주요 기상 요소는 다음과 같다.

기온: 체감 온도를 결정하는 가장 기본적인 요소이다.
습도: 땀의 증발에 영향을 주어 체감 온도를 변화시킨다.
풍속: 피부 표면의 열을 빠르게 제거하여 대류에 의한 열전달에 영향을 미치므로 더 시원하게 느껴진다.
일사: 햇빛은 복사열을 통해 인체에 열을 전달하여 체감 온도를 높인다.

이러한 기상 요소들을 종합적으로 고려하여 체감 온도를 나타내는 다양한 공식들이 개발되었다. 미스나르(Missenard)는 습도를 고려한 공식을^[17], 린케는 풍속을 고려한 공식을 제시했다. 미국의 국립기상청(NWS)은 열 지수(HI)를 사용하며, 오스트레일리아 기상청(BOM)은 일사량까지 고려한 체감 온도(AT)를 사용한다.^[11]

아래는 기온과 습도에 따른 열지수(HI)를 나타낸 표이다.^[20]

열지수 (HI)
		27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40	41	42	43
		기온 (℃)
상대 습도 (%)
	40	27	28	29	30	31	32	34	35	37	39	41	43	46	48	51	54	57
	45	27	28	29	30	32	33	35	37	39	41	43	46	49	51	54	57
	50	27	28	30	31	33	34	36	38	41	43	46	49	52	55	58
	55	28	29	30	32	34	36	38	40	43	46	48	52	55	59
	60	28	29	31	33	35	37	40	42	45	48	51	55	59
	65	28	30	32	34	36	39	41	44	48	51	55	59
	70	29	31	33	35	38	40	43	47	50	54	58
	75	29	31	34	36	39	42	46	49	53	58
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	100	32	36	40	44	49	54	style="background: Red"

2. 1. 기온

기온은 체감 온도를 결정하는 가장 기본적인 요소이다. 기온이 너무 낮으면 몸에서 열을 빼앗겨 추위를 느끼게 되고, 반대로 기온이 너무 높으면 몸에서 열을 밖으로 내보내기 어려워 더위를 느끼게 된다.

인간은 몸 안팎으로 열을 주고받으며 쾌적함을 느낀다. 기온이 10°C, 18°C, 28°C일 때(각각 겨울옷, 봄가을옷, 여름옷을 입는 시기) 몸에서는 1분마다 2.01, 1.44, 0.64칼로리의 열이 방출된다. 기온이 32°C, 33°C가 되면 1분간 방출되는 열은 0.6칼로리를 넘지 못한다. 기온이 45°C처럼 매우 높은 환경에서는 오히려 외부에서 열이 몸 안으로 들어오게 된다.^[17]

1g의 물이 증발하려면 580칼로리 이상의 열이 필요하다. 즉, 몸에서 수분이 증발하면서 열을 빼앗아 간다. 보통 옷을 입은 상태에서는 18°C부터 몸 표면에서 수분 증발이 일어난다. 옷을 벗은 사람은 23°C부터 피부 표면과 폐에서 수증기 분비량이 증가하고, 기온이 높아질수록 수분 분비는 더욱 많아진다. 그러나 기온이 너무 높거나 습도가 높으면 수분 증발이 멈추고, 땀이 증발하지 못해 피부에 젖어 남게 된다.^[17]

육체 노동을 할 때는 땀 분비가 더 복잡해진다. 10°C~18°C에서는 노동을 시작하자마자 수증기 분비가 1분당 3g~3.5g까지 증가한다. 노동을 중지하면 분비량은 줄어들지만, 35°C~45°C의 고온 환경에서는 노동을 멈춰도 수증기 분비가 계속된다. 노동 후 10~15분 동안 몸무게를 재보면, 노동할 때와 같은 정도로 몸무게가 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 몸이 일시적으로 냉각되는 현상이다.^[17]

이처럼 수분 증발은 몸의 열을 조절하는 중요한 역할을 한다.

2. 2. 습도

습도는 땀의 증발에 영향을 주어 체감 온도를 변화시킨다. 습도가 높으면 땀 증발이 억제되어 더 덥게 느껴지고, 습도가 낮으면 땀 증발이 활발해져 더 시원하게 느껴진다. 미스나르(Missenard, 1937)는 습도의 영향을 고려한 체감 온도식을 제시하였다.^[17]

:

M=T-\frac{1}{2.3}\times(T-10)\times \left( 0.8-\frac H {100} \right)

이 식은 저온에서 습도가 체감 온도에 미치는 영향이 고온에서만큼 크지 않기 때문에, 온난한 온도에 한정하여 적용된다.^[17]

조지 윈터링(George Winterling, 1978)이 고안한 휴미처(humiture)는 현재 열 지수(heat index, HI)라고 불리며, 미국의 국립 기상청(NWS)이 채택하고 있다. 대한민국에서는 불쾌지수(DI)를 통해 습도와 기온에 따른 불쾌감을 나타낸다. 불쾌 지수는 아래 표와 같이 기온과 상대 습도에 따라 달라지며, 값이 높을수록 불쾌감을 느낄 가능성이 커진다.

열지수 (HI)^[20]
		27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40	41	42	43
		기온 (℃)
상대 습도 (%)
	40	27	28	29	30	31	32	34	35	37	39	41	43	46	48	51	54	57
	45	27	28	29	30	32	33	35	37	39	41	43	46	49	51	54	57	style="background: Red" \|
	50	27	28	30	31	33	34	36	38	41	43	46	49	52	55	58	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|
	55	28	29	30	32	34	36	38	40	43	46	48	52	55	59	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|
	60	28	29	31	33	35	37	40	42	45	48	51	55	59	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|
	65	28	30	32	34	36	39	41	44	48	51	55	59	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|
	70	29	31	33	35	38	40	43	47	50	54	58	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|
	75	29	31	34	36	39	42	46	49	53	58	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|
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	85	30	33	36	39	43	47	51	55	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|
	90	31	34	37	41	45	49	54	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|
	95	31	35	38	42	47	51	57	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|
	100	32	36	40	44	49	54	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|	style="background: Red" \|

2. 3. 풍속

바람이 불면 피부 표면의 열이 빠르게 제거되어 대류에 의한 열 전달에 영향을 미치므로 더 시원하게 느껴진다.^[13]^[14] 린케는 풍속의 영향을 고려하여 다음과 같은 체감 온도식을 제시하였다.

:

L=T-4\times\sqrt{v}

이 식은 풍속 변화의 비선형성은 고려되었지만, 기온에 따른 체감 온도의 변화는 고려되지 않았다.

대한민국 기상청에서 사용하는 체감온도식은 풍속의 영향을 포함한다.

2. 4. 일사

햇빛은 복사열을 통해 인체에 열을 전달하여 체감 온도를 높인다. 오스트레일리아 기상청(BOM)은 일사량을 고려한 체감 온도(AT, apparent temperature)를 사용한다.^[11]

3. 체감 온도 계산식

대한민국 기상청은 2001년 캐나다 토론토에서 열린 Joint Action Group for Temperature Indices (JAG/TI) 회의에서 발표된 체감온도식을 사용한다.^[4]

미스나르(Missenard, 1937)는 습도의 영향을 더한 다음 식을 고안했다.^[17]

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

단, 저온에서 습도가 체감 온도에 미치는 영향은 고온에서 만큼 크지 않으므로, 이 식은 온난한 온도에 한정된다.

불쾌 지수는 화씨 온도로 표현되지만, 미스나르의 식과 마찬가지로 상수항, T항, H항, T*H항의 4항 다항식으로 이루어진 값이다. 기온과 습도로부터 도출하는 이 표식은 입력이 섭씨이고 출력이 화씨라는 점에 주의해야 한다.

조지 윈터링(George Winterling, 1978)이 고안한 휴미처(humiture)는 현재 열 지수(heat index, HI)라고 불리며, 미국의 국립 기상청(NWS)이 채택하고 있다.

습구 흑구 온도(WBGT)는 ISO 7243 등으로 표준화되어 있으며, 다음과 같이 표시된다.

: $WBGT = \begin{cases}0.7 \times T_\mathrm W + 0.2 \times T_\mathrm G + 0.1 \times T \\0.7 \times T_\mathrm W + 0.3 \times T_\mathrm G\end{cases}$

''T''는 습구 온도, ''T''는 흑구 온도이다(이에 대비되는 ''T''는 건구 온도가 된다). 제1식은 일사가 있는 옥외, 제2식은 옥내 또는 일사가 없는 경우에 사용된다.

3. 1. 대한민국 기상청 체감온도식

대한민국 기상청에서는 2001년 8월 캐나다 토론토에서 열린 Joint Action Group for Temperature Indices(JAG/TI) 회의에서 새로 발표되어 현재 미국과 캐나다 등 북아메리카 국가들을 중심으로 가장 최근에 널리 사용되고 있는 체감온도식을 사용하고 있다. 그 식은 다음과 같다.^[4]

:

T_{wc}=13.12 + 0.6215 T_a-11.37 V^{0.16} + 0.3965 T_a V^{0.16}\,\!

단, T는 섭씨온도, V는 풍속(km/h)이다.^[4]

체감 온도는 주로 실제 온도가 10°C 이하, 풍속이 4.8km 이상인 경우에만 쓰인다.^[4]

3. 2. 다른 체감온도식

미국 등 화씨 온도를 사용하는 곳에서는 다음과 같은 체감온도식을 사용한다.^[15]

:

T_{wc}=35.74+0.6215 T_a-35.75 V^{0.16}+0.4275 T_a V^{0.16}\,\!

(단, T는 화씨 온도, V는 풍속(mph)이다.)

이 외에도 미스나르(Missenard) 식^[17], 린케(Linke) 식, 휴미덱스(Humidex), 열 지수(HI) 등 다양한 체감온도 계산식이 존재한다.

조지 윈터링이 고안하고 미국 국립 기상청(NWS)이 채택한 열지수(HI)는 로버트 스테드먼이 정의하였으며, 수식을 반복적으로 사용한다. NWS 알고리즘은 네 개의 식을 채택하고 있으며, 저온에서는 스테드먼의 결과에 맞는 일차항을 가진 세 번째 식을 사용하고, 고온(평균 80°F 초과)일 때는 두 종류의 조정을 동반하는 나머지 세 식(Lans P. Rothfusz의 근사식)을 사용한다.^[7]^[8]^[9]^[10]

J.M. Masterton and F.A. Richardson (1979)에 의한 휴미덱스는 캐나다 기상청(MSC)이 채택하고 있으며, 다음과 같이 표현된다.^[12]

:

humidex = T + 0.5555 \times ( P_\mathrm{aq} - 10)

(단, ''P''는 수증기압(hPa)이며, 이슬점 ''T'' (℃)를 사용하여 계산된다.)

오스트레일리아 기상청(BOM)은 상대 습도, 풍속, 일광의 복사 조도를 고려한 AT를 사용한다.^[18]

:

AT = T + 0.348 \times P_\mathrm{aq} - 0.70 \times v + 0.70 \times \frac Q {v + 10} - 4.25

(단, ''Q''는 일광의 복사 조도 (W/m), ''P''는 수증기압(hPa)이다.)

다음은 열지수(HI)를 나타내는 표이다.^[20]

열지수 (HI)
		27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40	41	42	43
		기온 (℃)
상대 습도 (%)
	40	27	28	29	30	31	32	34	35	37	39	41	43	46	48	51	54	57
	45	27	28	29	30	32	33	35	37	39	41	43	46	49	51	54	57
	50	27	28	30	31	33	34	36	38	41	43	46	49	52	55	58
	55	28	29	30	32	34	36	38	40	43	46	48	52	55	59
	60	28	29	31	33	35	37	40	42	45	48	51	55	59
	65	28	30	32	34	36	39	41	44	48	51	55	59
	70	29	31	33	35	38	40	43	47	50	54	58
	75	29	31	34	36	39	42	46	49	53	58
	80	30	32	35	38	41	44	48	52	57
	85	30	33	36	39	43	47	51	55
	90	31	34	37	41	45	49	54
	95	31	35	38	42	47	51
	100	32	36	40	44	49	54

4. 실효온도

실효온도는 위생학, 건축학 등 여러 분야에서 널리 사용되는 체감온도이다. 이는 습구온도, 온도, 풍속의 값을 종합하여 계산되며, 습도 100%, 풍속 0일 때의 기온을 기준으로 측정한다.^[17] 온도와 습도가 다르더라도 습도 100%일 때의 온도와 같은 온도를 느끼면 실효온도가 같은 것으로 간주한다.

쾌적한 실효온도 범위는 17.2°C에서 21.8°C 사이이다. 이 범위에서는 풍속 1m/sec에 대해 기온이 약 15°C 낮아지는 효과가 있다. 따라서 기온이 낮을수록 풍속의 영향이 커져, 같은 풍속에서도 실효온도는 더 낮아진다.

피부 온도와 실효온도는 직선적인 관계를 가지며, 16.5°C에서 30°C 범위에서 산소 소비량 증가가 가장 적다. 야글루(Yaglou)는 이 결과를 바탕으로 17.2°C에서 21.8°C 범위를 쾌적 실효온도 범위로 정의했다.

미스나르(Missenard, 1937)는 습도의 영향을 고려한 다음 공식을 고안했다.^[17]

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

(단, 저온에서는 습도가 체감 온도에 미치는 영향이 고온만큼 크지 않으므로, 이 공식은 온난한 온도에만 적용된다.)

참조

_[1] 웹사이트 In weather forecasts, what does 'feels like' temperature mean? https://www.smh.com.[...] 2022-12-04
_[2] 웹사이트 BBC Weather - Help and FAQs - BBC Weather https://www.bbc.com/[...] 2022-12-04
_[3] 웹사이트 Online calculator: Apparent temperature https://planetcalc.c[...] 2020-04-07
_[4] 논문 A Universal Scale of Apparent Temperature 1984-12
_[5] 웹사이트 Wet Bulb Globe Temperature is Great for Heat Warnings - Why Don't We Use It? https://www.forbes.c[...]
_[6] 서적 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。 1949
_[7] 웹사이트 "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. https://ehp.niehs.ni[...] 2018-07-31
_[8] 웹사이트 "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. https://ehp.niehs.ni[...] 2018-07-31
_[9] 웹사이트 Heat Index Equation https://www.wpc.ncep[...] 2018-07-31
_[10] 웹사이트 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). https://ehp.niehs.ni[...] 2018-07-31
_[11] 논문 A New Empirical Model of the Temperature–Humidity Index https://journals.ame[...] 2005-09
_[12] 웹사이트 Glossary - Climate - Environment and Climate Change Canada http://climate.weath[...] 2018-08-01
_[13] 웹사이트 同じ気温でも寒さ変わる「体感温度」の秘密 https://www.nikkei.c[...] 日本経済新聞社 2015-03-22
_[14] 웹사이트 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 https://www.nikkei.c[...] 日経新聞社 2015-03-28
_[15] 웹사이트 NWS Wind Chill Index http://www.nws.noaa.[...]
_[16] 웹사이트 Calculation of the 1981 to 2010 Climate Normals for Canada http://climate.weath[...]
_[17] 간행물 Reprint 444: Application of a Weather Stress Index for Alerting the Public to Stressful Weather in Hong Kong http://www.hko.gov.h[...] 香港天文台
_[18] 웹사이트 Thermal Comfort observations http://www.bom.gov.a[...]
_[19] 뉴스 Digiquartz® Dew Point Calculation https://archive.is/2[...] 2018-08-01
_[20] 문서 National Weather Service Heat Safety から℃に換算 http://www.nws.noaa.[...]

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