一种基于黄金分割法构建人体舒适度计算方法.pdf

本发明公开了一种基于黄金分割法构建人体舒适度计算的方法，其中，首次揭示了以往国内外同类研究的症结所在，提出了人体最佳舒适度的概念；并首次将黄金分割法引入医疗气象科学领域，采用人体正常体温与黄金分割法的乘积获得热带盛夏季节人体全暴露时的最佳舒适体感温度值；然后进行了纬度效应、季节和海拔高度影响的合理订正；最后构建出新型的适用于全国范围内的人体最佳舒适温度计算公式。本方法为合理评价气候及其变化的健康效应提供了重要技术手段；为日常生活、健康出行、防病养生提供较为准确的参考依据，并为进一步研究气象环境变化与人体健康的关系，开展健康气象预报服务，推动预防医学的快速发展提供了科技支撑。

权利要求书一种基于黄金分割法构建人体舒适度计算的方法，其特征在于，该方法的最佳舒适温度数学表达式为：

Ts为“最佳舒适温度”，为纬度，M为月份，H为海拔高度；
修正项是为了订正地理纬度对最佳舒适温度的影响，即纬度越高，地表接收的太阳辐射就越少，人体生理长期适应的结果，导致感觉的最佳舒适温度也相应降低，因此需要根据纬度加以适当订正；其中，北回归线(23.5°N)以南和南回归线(23.5°S)以北的热带地区不需要订正；
修正项|0.3cos[15°×(M‑1)]|订正了季节对人体最佳舒适温度的影响，以适应不同季节的差异，通常在暖季人体感觉舒适的最佳温度要略微高于冷季；
修正项2.0×tan(H/100)订正了海拔高度大于和等于500米的地区由于随着海拔高度升高，人体生理长期适应所表现出的最佳舒适体感温度降低的现象；
以上述人体最佳舒适温度计算公式为基础，具体体感温度计算数学表达式为：
当Ta≥Ts时
Tg＝Ta+A{exp[0.05(Ta‑Ts)(RH‑RHs)]‑1}‑0.03(Ta‑Ts)V       (2)
当Ta＜Ts时
Tg＝Ta‑A{exp[0.013(Ts‑Ta)(RH‑RHs)]‑1}‑0.01(Ts‑Ta)V       (3)
系数A＝36.75×(1‑0.618)≈14
以上两式中，Tg为体感温度，Ta为平均气温，Ts为最佳舒适温度(见公式(1))；V为平均风速；RH为相对湿度，RHs为最适相对湿度，其中，无降水时，RHs＝0.5；有降水时，RHs＝0.618；
人体舒适度等级划分依据：首先根据上述三式计算所得的全国各地逐日平均体感温度为基础，将全年划分成11个舒适度等级；然后按照计算出的全国各气象台站的逐日平均体感温度值，查出相应的舒适度等级即可；其中表5中Dt＝22.7‑Ts表示某地的实际最佳体感舒适温度与理论最佳体感舒适温度值的偏差。
如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法确定出健康裸露人体感觉最舒适的环境温度值为22.7＝36.75×0.618，并根据当地的实际地理纬度和海拔以及所处的季节进行适当订正。
如权利要求1所述的方法，其特征在于，公式(2)以最佳体感舒适温度值为分界线，当环境温度高于当地最佳舒适温度时，体感温度Tg与平均气温Ta成正比，且湿度的增效作用随温度的升高呈指数增加，exp[0.05(Ta‑Ts)(RH‑RHs)]表示气温越高，当实际湿度高于最舒适湿度时它对体感温度所起的增效作用就越大，这与人体的真实感觉非常吻合；‑(Ta‑Ts)V表示风速的降温作用不仅与风速大小相关，也与温度高低有关，在温度较高时，风速降温效应就越明显。
如权利要求1所述的方法，其特征在于，公式(3)以最佳体感舒适温度值为分界线，当气温低于当地最佳舒适温度时，虽然体感温度Tg仍然与气温Ta成正比，但是，湿度的作用却是降温效应，且随温度的降低其降温效应呈指数增加，‑exp[0.013(Ts‑Ta)(RH‑RHs)]表示气温越低，当实际湿度高于最舒适湿度时它对体感温度所起的降温作用就越大；‑(Ts‑Ta)V表示风速的降温作用不仅与风速大小相关，也随温度的降低。

说明书一种基于黄金分割法构建人体舒适度计算方法
技术领域
本发明属于医疗气象保健技术领域，首次提出了“人体最佳舒适温度”的概念及其确定的科学依据，尤其涉及一种黄金分割法的巧妙引入而构建了一整套更科学合理的人体舒适度计算方法。
背景技术
在全球气候变化的大背景下，极端天气气候事件发生频率增加，例如高温热浪、低温冷害等气象灾害已威胁到相关人群的健康，于是便有学者提出了“候鸟式养生”的概念。在此需求之下，合理地评价城市气候舒适度成为气候变化的研究热点之一，旨在及时、准确的做好天气预报和医疗气象预报工作，为相关人群提供指导服务。
近年来，卫生部部长陈竺在不同的场合反复强调：“对一个13亿人口的大国而言，我国群众的健康问题不能光靠打针吃药来解决，必须强调预防为主”，“我国的卫生事业模式应从晚期治疗向预防为主转变”。如何适应由治疗为主向预防为主的重心前移？怎么预防？前提就是要有预报。基于此，随着人们生活水平的日益提高，对健康关注程度和“未病先防”意识的日趋增强，医疗气象预报便应运而生，其中科学合理的人体舒适度计算方法是重要基础。
关于人体舒适度的研究，国内外已有先例。各省市(区)气象台站也有用于当地的人体舒适度和体感温度的预报经验，各地计算体感温度和人体舒适度指数的方法尚未统一，计算方法形式各异，结果也互不相同，甚至相差较大。并且不同的计算方法对应的人体舒适度指数的划分标准也不同(国家气象局规定为9级，还有7级、10级、12级、17级等)。在医疗气象领域主要是以舒适度的预报为目的，其基础和关键是体感温度的计算方法。北京市气象局自1997年已开始发布人体舒适度预报；还有较多开展体感温度预报的台站，如德令哈(张增文等，2006)、兰州(贾海源等，2010)、酒泉(沈福等，2001)、武汉(李源等，2000)、日照(王繁强等，2003)、南昌(雷桂莲等，1999)、广州(王欣睿，景元书，2005)、南宁(董蕙青等，1999)、郑州(郑敬刚等，2005)及上海(王远飞，沈愈，1998)等，均采取经验公式的方法进行体感温度的研究及应用。目前应用较为广泛的模型主要有北京和上海两种(田志会等，2008；刘梅等，2001)。
(1)现有主要技术方案的特点：
①应用普遍的舒适度指数形式类似，大多数都考虑了气温、湿度和风速的综合效应：
K1＝1.88T‑0.55(1.8T‑26)(1‑U)‑3.2V0.5+32(张书余，2002)
K2＝1.8T‑0.55(1.8T‑26)(1‑U)‑3.2V0.5+32(雷桂莲等，1999)
CIHB＝(1.8T+32)‑0.55(1‑U)(1.8T‑26)‑3.2V0.5(于庚康等，2011)
Kssd＝1.8T‑0.55(1.8T‑26)(1‑U)‑3.2V1/2+32(许东蓓，等2003；贾海源等，2010)，其中，K(或CIHB，Kssd)、T、U、V分别代表舒适度指数、温度(℃)、相对湿度(用小数表示)、风速(m.s‑1)。其相应的舒适度等级划分如下所示：
表1舒适度指数Kssd级别表

表2中国气象局规定舒适度九级划分法


②酒泉市采用如下体感温度计算公式(沈福等，2000)：
T≥30.0℃         Tt＝T+(U‑50)/15‑(V‑2.0)/2+15.0/(TM‑Tm)
10.1≤T≤29.9℃   Tt＝T+(U‑50)/15‑(V‑2.0)/2
T≤10.0℃         Tt＝T‑(U‑50)/15‑(V‑2.0)/2
上式中Tt为体感温度、T为实时气温、TM为日最高气温、Tm为日最低气温、U为相对湿度、V为日平均风速。
表3体感温度级别表

③湖北气象人员模拟得到体感温度的计算公式如下(李源等，2000)：