作者 溫嘉玉
那英曾唱過「白天不懂夜的黑」，但在氣象觀測的項目中，「黑球溫度計」卻是白天裡，相當了解「黑」的儀器！
今（101）年7月10日，台北市出現高溫38.3℃，且截至7月15日止，創下台北市連續7天高溫均超過37℃的紀錄。當時大家都在問：「37℃有多熱？」「我們真正感受到的熱，與量測得到的氣溫相關性又是如何？」是否能有什麼觀測值可以表達我們對熱的感受呢？
溫度與熱
大氣的熱量收支會因時、因地而異，使得大氣中的溫度分布不均勻，因而產生大氣流動。由此可知，溫度高低是決定兩個物體間淨熱流方向的條件，當某一物體失去的熱能傳到另一物體，則稱前者溫度較高，因此，溫度也是表示物體冷熱程度的物理量。
一般氣象上量測的氣溫，是指室外自然環境中的大氣溫度，因此，觀測場所的選定，必須考慮對當地地區氣溫是否具有代表性；此外，架設儀器的週遭環境必須通風良好，並應不直接受到日射（短波輻射）、或來自地表（長波輻射）、建築物周圍等的反射及輻射影響。而關於使用的儀器，不論是酒精或水銀溫度計，外殼都是玻璃管製，其穿透率高的特性可避免輻射熱的影響。但人對溫度的感覺，無法避免受到輻射熱的影響，也就是對溫度的感受與一般溫度計不一樣，因為我們所感知的是——熱！
人體正常體溫為36~37℃，通常比週遭環境的溫度高，因此，我們會向四周以輻射方式釋放熱，但我們身體也會同時吸收環境輻射所產生的熱，也就自然無法避免輻射熱的影響，熱輻射便成為主要影響人體熱量變化的因素之一。若我們要避免因「熱」造成對身心的傷害，就必須適當地釋放熱，但熱量的釋放多受環境因素影響，如溫度、溼度及風。舉例來說，當周遭溫度越高，我們就愈難透過輻射方式驅散熱能；當大氣的水分子含量越高（即相對溼度高），就會抑制汗水的蒸發，如果汗水不易排出，自然而然熱就儲存於體內，人就會覺得悶熱而不舒適，甚至會發生中暑的狀況；另外，風會將皮膚表面的熱空氣帶走，且有助汗水蒸發，所以，風速的大小也會影響人體對於熱的感受。
黑球溫度計
既然一般溫度計無法全然反映人對熱的感覺，為了模擬人體對於當時環境「熱」的感受，可以利用「黑球溫度計」（圖一）的觀測以了解：當下的溫度，若全然吸收其所產生的輻射熱，則對應的溫度有多高？
甚麼是「黑球溫度計」？為什麼它可以模擬「熱」的感覺？其實主要是利用「黑體輻射」概念。所謂黑體，指當熱輻射吸收體，在任何溫度下都能完全吸收外來的輻射能而不反射。而「黑球溫度計」係指一定規格之中空黑色不反光銅球（模擬黑體），中央插入溫度計，其所量得之溫度稱為「黑球溫度」，代表輻射熱之效應。透過「黑球溫度計」所測量的溫度，與一般大氣溫度相較，即可獲得當時大氣輻射的熱所造成的溫度有多高！而與黑色相對的「白色」則幾乎反射所有的輻射熱，本身也不對外產生熱輻射，所以，百葉箱會塗上白色，以避免輻射熱對於溫度的影響，若此理論應用於生活上，就是夏天服飾的色彩選擇都較為淡色，反之，冬天的色彩就明顯偏深色。
「溼黑球溫度」與「酷熱指數」
然如前所述，「熱」的釋放難易與當時自然的大氣環境有關，以台灣為例，相對溼度平均為74~89％間，就易造成人對熱的承受壓力。因此，當人的身體受熱而不能及時散發時，體溫亦會隨之上升，熱負荷也同步增加，就會開始感覺不適，進而可能產生中暑或熱衰竭等狀況，嚴重者甚至會造成生命威脅。有鑑於此，為反映及評估「熱」的危害，就必須將大氣之溫度、相對溼度及風速等氣象因素納入全面考量，目前許多國家使用綜合指數「溼黑球溫度（Wet Bulb Globe Temperature）」或「酷熱指數（Heat Index）」，來模擬在熱環境中進行體力勞動時，身體受熱的危害程度。所謂「溼黑球溫度」（圖二）並不是單一氣象觀測因子，而是結合了影響熱感覺的氣溫、溼度、風及太陽輻射等氣象因子，其計算方法簡單介紹如下：
一、室內或戶外無日曬時：0.7×溼球溫度＋0.3×黑球溫度
二、戶外有日曬時：0.7×溼球溫度＋0.2×黑球溫度＋0.1×乾球溫度
以上公式中的「溼球溫度」是指溫度計外包著溼紗布，且未遮蔽外界氣流所得之溫度，代表溫度、溼度及風速等之綜合效應；「黑球溫度」是指由黑球溫度計量測的溫度，代表輻射熱之效應；「乾球溫度」是指溫度計直接所量得的空氣溫度，主要代表單純空氣溫度之效應。綜上所言，可見得「溼黑球溫度」比氣溫所顯示的數字更能反映人類對熱的感受。
酷熱指數則是一種綜合大氣溫度和相對溼度來模擬體感溫度的指數，但每個國家會因應氣候的特性，而研發不同的計算公式，只是不論酷熱指數是如何統計得出，重點是，它只能作為參考！因為每個人對熱的反應程度不同，且涉及當時環境場的氣象因子、勞動程度、水份是否適時供給、個人體質或健康狀況及暴露時間等，均會影響我們的耐熱程度。
其實目前若台灣地區觀測溫度達到35℃時，中央氣象局便會透過簡訊發出〈即時天氣訊息〉：「今日各地高溫炎熱，台北市已有38.3度高溫發生，請注意補充水分並預防中暑。（氣象局）」希冀藉此管道提醒民眾當時天氣可能會影響健康，並注意所處週遭或工作環境，提高警覺以防中暑。（本文圖片由作者提供）
溫嘉玉：任職中央氣象局第一科（測政管理科）
原文發表於科學月刊第四十三卷第九期
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