Temperatura punktu rosy jako kryterium odczucia „parności”

Mamy ostatnio parne, duszne dni w mieście. I jak zwykle, towarzyszą temu narzekania warszawiaków. Może jednak powinni się do takich warunków latem przyzwyczajać, bo dni bardzo ciepłe, gorące, a nawet upalne i jednocześnie wilgotne, parne, zdarzają się u nas coraz częściej wraz z postępami ocieplenia klimatu. Warto więc ustalić sobie jakieś kryterium oceny parności.

W polskich (i nie tylko polskich) mediach najczęściej stosuje się pojęcie „temperatury odczuwalnej”. W uproszczeniu chodzi o to, że przy wysokich temperaturach większa wilgotność powietrza utrudnia organizmowi człowieka schładzanie ciała (oddawanie nadmiaru ciepła otoczeniu) przez wydalanie wody (czyli pocenie się), co powoduje, że nasze odczucie gorąca nasila się przy niezmienionej temperaturze, ale większej wilgotności. Gdy pary wodnej w powietrzu już jest dużo, to mniej pozostaje miejsca by pomieścić jej więcej (np. z wydalania przez ciało człowieka). Innymi słowy, przy stosunkowo wysokiej wilgotności daną temperaturę powietrza odczuwamy tak, jakby była ona wyższa od wskazania samego termometru. Każdy wie, że upał znosi się lepiej, gdy powietrze jest suche. Istnieją odpowiednie skale przeliczania temperatury z termometru na taką, jaką nasze ciało odczuwa. Słyszymy więc w mediach, że np. temperatura powietrza wynosi 30 stopni, ale odczuwalna jest wyższa, z powodu dużej wilgotności.

Jednak dla mnie takie przeliczniki nie są pożyteczne. Gdy badam pogodę i klimat Warszawy oraz ich ewolucję w czasie, to ważna jest dla mnie rzeczywista temperatura powietrza, a nie temperatura jaką „odczuwam”. Dla mnie informacja że temperatura wynosi 30 stopni, a odczuwalna np. przekracza 40, jest raczej abstrakcyjna. Poza tym, jak wspomniałem, chciałbym jakoś oceniać parność. Choćby dlatego, żeby na bazie prostego, porównywalnego kryterium móc badać ewolucję liczby dni parnych w Warszawie. Z upływem lat ubywa ich, czy przybywa? Na jakiej podstawie to określać? „Temperatura odczuwalna” się do tego nie nadaje, przyjąłem więc inne kryterium: tzw. temperaturę punktu rosy (TPR). Co to jest?

Każdy wie, że powietrze na naszej planecie zawsze zawiera mniejszą lub większą ilość pary wodnej; a więc powietrze bywa mniej lub bardziej wilgotne. Podstawowym w meteorologii kryterium wilgotności powietrza jest tzw. wilgotność względna. Wilgotność względna to stosunek procentowy ilości pary wodnej znajdującej się w powietrzu w danej chwili przy danej temperaturze, do tej ilości pary, jaka przy tejże temperaturze byłaby konieczna dla pełnego, 100% nasycenia powietrza parą, umożliwiając jej kondensację, czyli skroplenie (w postaci rosy, mgły lub opadu atmosferycznego).

Fizyka atmosfery mówi nam, że im powietrze jest cieplejsze, tym więcej pary wodnej może pomieścić. Mówiąc inaczej: im powietrze jest cieplejsze, tym więcej pary wodnej potrzeba, aby je w pełni (w 100%) parą nasycić. Co oznacza, że ten sam procent wilgotności względnej, ale przy wyższej temperaturze, wskazuje że w powietrzu jest więcej pary wodnej, niż przy temperaturze niższej. Jak już wiemy, im więcej jest wilgoci (pary wodnej) w powietrzu, tym niższy jest próg wytrzymałości ludzkiego organizmu na wysokie temperatury. Jak więc można określić kolejne progi niebezpiecznych dla ludzkiego organizmu poziomów ciepłej wilgotności, odczuwanej jako parność powietrza?

Służy temu właśnie określanie temperatury punktu rosy (w stopniach Celsjusza). TPR jest wartością teoretyczną; ukazuje ile termometr powinien wskazywać stopni w danym momencie rzeczywistym, aby obecna w tymże momencie w powietrzu para wodna nasyciła powietrze w 100%, powodując skraplanie tejże pary. Czyli: jeżeli wilgotność względna jest niższa od 100% (tak jest najczęściej, rzecz jasna), to TPR musi być niższa od temperatury, jaka faktycznie w danym momencie panuje. Wiemy już, że aby obliczyć TPR, nie wystarczy znać procent wilgotności względnej, skoro ten sam jej procent przy różnych (faktycznych) temperaturach, daje różną ilość pary w powietrzu. Trzeba więc uwzględniać w obliczeniu także realną, panującą w interesującej nas chwili temperaturę powietrza. Te dwa parametry wystarczyły do stworzenia wzoru do obliczania TPR. Jest on raczej skomplikowany, ale jak ktoś nie chce się nim przejmować, to nie musi, ponieważ w sieci jest łatwo dostępna automatyczna konwersja temperatury+wilgotnośąci na TPR. Poniżej omówienie przykładowej sytuacji, która ilustruje zależność tych trzech parametrów.

Gdy TPR w danym momencie (przy określonej rzeczywistej temperaturze i wilgotności względnej) wynosi na przykład 15°C, to oznacza to, że w tymże momencie obecna w powietrzu rzeczywista ilość pary wodnej doprowadziłaby do pełnego nasycenia powietrza wilgocią przy tej właśnie temperaturze powietrza. Przykładowo: gdy temperatura powietrza wynosi 20°C, to wspomnianą TPR uzyskamy gdy wilgotność względna wyniesie 72%.

A jeśli za chwilę ilość pary wodnej wzrośnie przy niezmienionej temperaturze, to wzrośnie także wskaźnik wilgotności względnej, a razem z nim – także TPR (gdy wilgotność względna dojdzie do 100%, wówczas wartości rzeczywistej temperatury powietrza i TPR wyrównują się). Przykładowo: temperatura trzyma się na (uprzednim) poziomie 20°C, ale wilgotność wzrosła do 80%; wtedy TPR wyniesie 16,5°C.

To oczywiste, że jeżeli wzrośnie temperatura, a ilość pary wodnej pozostanie bez zmiany, to spadnie wskaźnik wilgotności względnej, a co za tym idzie, spadnie także TPR. Gdy temperatura powietrza rośnie, a ilość pary spada, to TPR spada jeszcze bardziej. Nie ma wtedy zagrożenia nasileniem duchoty i parności, mimo, że jest coraz goręcej.

Wiemy już, że jeśli temperatura powietrza rośnie, a wilgotność względna nie zmienia się, to oznacza to wzrost rzeczywistej ilości pary wodnej. Jest więc czymś oczywistym, że gdy podnosi się zarówno temperatura powietrza jak i wilgotność względna, to oznacza to zdwojony wzrost tak ilości pary wodnej, jak i wartości TPR. Przykładowo: temperatura wzrosła do 25°C, a wilgotność pozostała na poziomie 80%. TPR wynosi wtedy 21°C, robi się więc bardzo parno (wg poniższej klasyfikacji).

Wniosek: im wyższa jest wartość TPR, tym silniejsze jest odczucie parności przez organizm ludzki, oczywiście powyżej pewnej dolnej granicy temperatury powietrza (o niej poniżej), bo nie odczuwamy parności, gdy jest zimno. Jeżeli panuje upał a pary wodnej jest mało, to wskaźnikTPR może być nawet ujemny.

Jak się dowiedzieć, czy podawana wartość TPR oznacza ciepłą/parną wilgoć powodującą że zaczynamy się pocić (zwłaszcza w nieklimatyzowanych pomieszczeniach), nawet przy braku wysiłku fizycznego?

W sieci odpowiednie tabele (klasyfikacje) TPR znajdują się na wielu stronach. Po ich przeanalizowaniu stworzyłem sobie taką, co pasuje do moich osobistych odczuć. Według niej, poszczególne poziomy TPR odbierane są przez organizm przeciętnego człowieka (np. mój) następująco (temperatury punktu rosy °C i odczucia):

TPR do 13° (nieodczuwalnie lub przyjemnie); 13°-15° (neutralnie); 16°-18° (pojawia się poczucie lepkości); 19°-21° (uciążliwa parność); 22°-24° (męcząca parność); TPR 24° i więcej (przytłaczająca parność). Od tej granicy duchota może nawet zagrażać życiu, z powodu przegrzania organizmu. Nie znalazłem w annałach przypadku, aby ten poziom został osiągnięty w Warszawie, na szczęście. Tak wysokiego poziomu więc nie doświadczyłem. Jak dotąd.

Jest wiele świadectw, że „duchota” staje się tematem medialnym, gdy TPR osiąga i przekracza 18 stopni. Przykładowo: w roku 2010 jeden z obserwatorów napisał: „W sierpniu, kiedy noce powinny być już zdecydowanie chłodne, kilka z nich było nieznośnie gorących i parnych.”[1] Faktycznie, na przykład w nocy z 14 na 15 sierpnia TPR wahała się w okolicach 20 stopni (całodobowo w tych dniach dochodząc do 23°C, czyli wartości określonej jako „męcząca parność”, której nie powstydziłyby się wilgotne strefy tropikalne). 15 sierpnia najniższa temperatura nad ranem wyniosła 20 stopni (o północy 23°), najwyższa dniem 33 stopnie. Wilgotność względna nocą długo sięgała 90%, w dzień nie spadła poniżej 50%. Nie jest przesadą nazwanie tego dnia „tropikiem”. W warunkach warszawskich, taka pogoda jest niebezpieczna szczególnie dla osób starszych i/lub cierpiących na różne schorzenia.

Jak powiedziałem, powyższa klasyfikacja odpowiada moim osobistym odczuciom. Rzeczywiście ciepła wilgotność staje się dla mnie odczuwalna i zaczynam się pocić (nawet, gdy nie wykonuję żadnego wysiłku fizycznego) gdy TPR przekracza 16 stopni; nawet, gdy na dworze nie ma upału. Tak było na przykład 10 czerwca br., mimo, że najwyższa temperatura powietrza tego dnia sięgnęła zaledwie 23 stopni.

Przyjąłem więc średnią dobową wartość temperatury punktu rosy 16,0°C, jako dolną granicę „dnia parnego”. Zaznaczyć trzeba, że klasyfikacja TPR to nie jedyne kryterium parności, istnieją też inne. Np. kanadyjski Humidex albo amerykański Heat Index (HI). Każdy może sobie wybrać, co mu odpowiada.

Intensywną parność zawsze odczuwano w Warszawie dotkliwie. Przykładowo, 27 maja 1821 roku. Jak pisał warszawski obserwator, Antoni Magier: „Dnia 27 maia po dniach chłodnych i wilgotnych nagle ciepło do 21 stopni [26°C] doszło; uważano, że tego dnia w szpitalach tuteyszych [warszawskich] więcey iak zwyczaynie ludzi umarło”[2]. Wydawałoby się, że 26-27 stopni to nie jest aż tak dramatyczne gorąco, które by istotnie zwiększyło liczbę zgonów w mieście, nawet w szpitalach. Jaka była więc tego przyczyna?

Zagadka zostaje rozwiązana, gdy się spojrzy na najniższą wilgotność względną zmierzoną przez tegoż Magiera w najcieplejszej, popołudniowej porze dnia: 81%, co daje wtedy TPR w wysokości 22,5°C, czyli bardzo wysoką, zbliżoną do wartości z 14-15 sierpnia 2010. Było bardzo parno i duszno, a pamiętajmy, że w roku 1821 nigdzie nie było nie tylko klimatyzacji, ale nawet porządnych systemów czy urządzeń wentylacyjnych. Przy braku wiatru, w szpitalach panowała „sauna”, fatalna dla pacjentów zwłaszcza starszych, z chorobami np. układu krążenia.

Przyjęta klasyfikacja umożliwia badanie historycznej ewolucji liczby dni parnych w Warszawie. Aby to robić, wystarczy znać temperaturę powietrza i wilgotność względną, i korzystać z automatycznej konwersji temperatury/wilgotności na TPR. Poza tym, coraz częściej TPR jest na bieżąco uwzględniana na stronach pogodowo-klimatycznych obok innych podstawowych parametrów pogody.

VarsoviaKlimat.pl

[1] T. Ulanowski, Do diabła z taką pogodą!, w: Gazeta Wyborcza z 08/09/2010.

[2] Gazeta Korrespondenta Warszawskiego i Zagranicznego 34/1822.