Disagio da caldo – gli indici di calore bioclimatico

Durante la stagione estiva il caldo è una delle principali fonti di stress, in particolar modo se le alte temperature sono accompagnate da umidità altrettanto alta

La stagione estiva è quella in cui il disagio biometeorologico da caldo è più elevato a causa delle elevate temperature. Bisogna quindi fare prima una distinzione, perché ad alti valori di temperatura si associano differenti tipologie di “caldo”: se avessimo valori di umidità relativi bassi (per convezione si fa riferimento a valori di umidità relativa inferiori al 40%) si parlerebbe di caldo torrido; al contrario con elevati valori di umidità relativa si parlerebbe di caldo afoso, quest’ultimo in particolar modo il più pericoloso per la salute umana… perché?

Il corpo umano si raffredda tramite la sudorazione: con bassi valori di umidità relativa il sudore evapora e il corpo riesce a raffreddarsi; viceversa, con elevati valori di umidità relativa l’evaporazione del sudore è più limitata e il corpo fa più fatica a raffreddarsi.

Diversi sono stati gli indici elaborati nel corso degli anni per valutare lo stress prodotto da questa combinazione temperatura-umidità, è bene precisare però che ogni indice elabora un valore che non può essere inteso come temperatura percepita in gradi centigradi, bensì tale valore va associato ad una scala (diversa per ogni indice) che ci classifica il grado di disagio fisico. Ma andiamo a vedere singolarmente questi indici:

HEAT INDEX (HI)

E’ un indice sviluppato nel 1978 da George Winterling, l’indice è calcolato in °F (gradi fahrenheit, la cui conversione da °C a °F è calcolabile con la seguente formula: “°F=1,8*°C+32”) ed è valido per temperature superiori ai +27°C e per valori di umidità relativa superiori al 40% sebbene per valori di temperature superiori ai +42°c la formula restituirà sempre una condizione di “elevato pericolo” indipendentemente dal valore di umidità relativa. Vediamo ora l’equazione per il calocolo di questo indice:

HI = -42.379 + 2.04901523*T + 10.14333127*RH – 0.22475541*T*RH – 0.00683783*T² – 0.05481717*RH² + 0.00122874*T²*RH + 0.00085282*T*RH² – 0.00000199*T²*RH²

dove T è la temperatura dell’aria in °F e RH è l’umidità relativa in %.

Una volta risolta l’equazione otterremo un valore da confrontare ocn la seguente tabella per determinare il grado del disagio:

HUMIDEX

Humidex è l’abbreviazione di Humidity Index, un’indice che mette in rapporto tra loro umidità relativa e temperatura per determinare quanto una persona media sente caldo. L’indice è stato elaborato da J. M. Masterton and F. A. Richardson nel 1979, ed attualmente è tra i più apprezzati indici esistenti. Il suddetto indice è estremamente legato al dew point (temperatura di rugiada) che come sappiamo è anch’esso un valore strettamente legato a temperatura e umidità. Due sono le equazioni per il calcolo dell’Umidex, una che fa uso della pressione di vapore:

H = Ta + (0.5555 (e – 10))

dove H sta per Humidex, Ta è la temperatura dell’aria in °C e “e” è la pressione di vapore dell’aria in HPa. Oppure la seconda equazione semplificata:

H = Ta + (0.5555 (0.06 * UR * 10^0.03*Ta – 10))

dove H sta per Humidex, Ta per temperatura in °C e UR per umidità relativa dell’aria in %.

Una volta risolte le equazioni otterremo un valore da paragonare alla tabella seguente che ci illustra il grado di disagio percepito dalla popolazione:

SUMMER SIMMER INDEX

E’ un indice elaborato da John W. Pepi nel 1987 e rivisitato nel 2000. E’ anche questo, un indice volto a determinare le condizioni di stress dovute ad un rapporto tra temperatura e umidità, il calcolo dell’indice necessità della temperatura in °F il cui calcolo è stato precedentemente spiegato (nel paragrafo dell’Heat Index).

L’indice è valido per temperature superiori o uguali a 22°C (71,6°F) e inferiori a 53°C (127,4°F) al di sopra del quale l’ambiente viene classificato come “estremamente caldo” indipendentemente dall’umidità relativa.

L’equazione è la seguente:

SSI = 1.98 (Ta – (0.55 – 0.0055 UR) * (Ta – 58)) – 56.83

Dove SSI sta per Summer Simmer Index, UR per umidità relativa in % e Ta per temperatura dell’aria in °F.

Una volta risolta l’equazione otterremo un valore da confrontare  con la tabella seguente per determinare il livello di disagio.

THOM DISCOMFORT INDEX

Il Thom Discomfort Index (THI) è un indice biometeorologico che, anch’esso, in base ad un equazione che mette in rapporto temperatura e umidità ci rilascia una valore con una rispettiva classe di disagio.

Tale indice è utilizzato per temperature comprese tra 21°c e 47°c, indipendentemente dal valore di umidità relative, sotto i 21°c l’indice attribuisce una situazione di “benessere” e sopra i 47°c l’indice attribuisce una situazione di “stato di emergenza medica”.

Il calcolo di tale indice viene effettuato tramite in equazione che tiene conto della temperatura dell’aria e della temperatura di bulbo bagnato (o wet bulb, un valore calcolato o misurato che tiene conto sia della temperatura che dell’umidità relativa). L’equazione per il calcolo è la seguente:

DI = 0,4 (Ta + Tw) + 4,8

dove DI è il Discomfort Index, Ta è la temperatura dell’aria in °C e Tw è la temperatura di bulbo umido in °C.

Il risultato dell’equazione ci da un valore la cui classe di disagio è riportata nella tabella sottostante:

INDICE DI SCHARLAU

Per ultimo, ma non per importanza, abbiamo l’indice di Scharlau, forse il più complesso ed elaborato tra quelli qui citati. Questo indice è composto da due equazioni una per l’inverno e l’altra per l’estate, noi qui andremo ad esaminare quella per la stagione estiva, ovvero per la condizioni di disagio per il caldo-umido.Tale indice può essere definito composto perché, appunto, è composto da una prima parte dove viene calcolata la “temperatura critica” e una seconda parte dove viene elaborata la classe di disagio dell’indice, ma andiamo con ordine:

Per elaborare la classe di disagio di questo indice, come detto, bisogna prima calcolare la temperatura critica, ovvero quel valore di temperatura oltre il quale, ad un determinato valore di umidità relativa, si esce dalla situazione di benessere e si entra in una situazione, definita da K. Scharlau, di “caldo umido”, nella tabella sottostante sono dunque riportate queste temperature in gradi centigradi (T°C) in base al rispettivo valore di umidità relativa (UR %). L’indice è valido solo per valori di umidità relativa superiori al 30% e per temperature comprese tra i 17°c e i 39°c oltre il quale l’indice assegna sempre la massima classe di disagio indipendentemente dall’umidità relativa.

Il valore della temperatura critica (quella riportata nella tabella sopra) può essere calcolato anche tramite la seguente equazione:

Tc = ( – 17.089 x Ln ( UR ) ) + 94.979

dove Tc è la temperatura critica e UR è l’umidità relativa.

Una volta calcolata la temperatura critica possiamo andare a calcolare il grado di disagio, e questo altro non è che la differenza tra la temperatura reale dell’aria misurata in °C e la temperatura critica sopra calcolata, ovvero: “IS= Tc – T” dove IS è l’indice di Scharlau, Tc è la temperatura critica e T è la temperatura dell’aria. Se il risultato dell’equazione ci da un valore positivo significa che siamo in una condizioni di benessere, viceversa, se il risultato è negativo siamo in una condizioni di disagio classificabile in base alla tabella sottostante:

Gabriele Carletti

Classe 1996, meteoappassionato sin dalla più tenera età, amante degli eventi climatici estremi e della neve. Collabora con: Meteone.it ed è gestore di: Meteonerola.it per il monitoraggio meteo-climatico locale. Fortemente attratto da tutte le dinamiche fisiche che regolano l’atmosfera e autodidatta nel settore fisico-matematico di questa scienza.