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到底有多熱?

How Hot is it Really?

綜合溫度熱指數解釋(WBGT)

在炎熱的條件下訓練或比賽時,預測我們能夠有效降溫是很重要的。雖然讀取溫度計和濕度計很簡單,但這些數據並不總是能提供我們所需的訊息。計算熱指數(結合空氣溫度和相對濕度)能提供更好的視角。而綜合溫度熱指數(WBGT)則提供了對空氣降溫潛力的更相關的衡量標準。

 

這些知識結合CORE感測器,可以幫助運動員更好地降溫並更具策略性地進行比賽。

降溫的關鍵因素

在運動過程中,身體主要透過將更多血液送往皮膚、擴張皮膚的血管以及出汗來降溫。這使得四種熱傳遞方式得以發生。

 

蒸發當汗水蒸發時,它會冷卻皮膚,進而冷卻流經皮膚下方的大量血液。這種蒸發是陸上運動中降溫的主要方式。如果皮膚上的水分無法蒸發,則運動中的身體就很難有效降溫。相對的空氣濕度越高越會抑制汗水蒸發和降溫,因為空氣中的濕度已經飽和,無法再容納更多的水分。

 

對流是指通過鄰近的空氣分子來散失身體熱能。當這些被加熱的分子從身體移開時,會被較冷的分子所取代,這些冷分子又會吸收更多的熱能。強風(或室內的風扇)可以將大量的熱空氣從身體周圍帶走,從而增強降溫效果。戶外騎自行車的高速度產生的對流降溫效果與強風相似——身體始終被冷空氣包圍,熱空氣迅速被吹走。

 

輻射是通過紅外線波進行的熱傳遞。它發生在兩個不同溫度的物體之間。在較涼的環境(低於20°C)中,身體會輕易地將熱輻射散發到空氣中。而在陽光直射下,陽光高懸於空中時,皮膚會吸收大量的熱能。

 

傳導是指兩個直接接觸的物體之間的熱能傳遞(例如,觸摸冰冷的自行車車架)。在空氣中運動時,這種熱損失的量相對較小,但在水中運動(例如游泳)時,則相對較大。這是因為水的密度遠高於空氣,能夠傳導更多熱能。

為什麼溼度很重要?

蒸發是騎自行車和跑步等活動中最重要的降溫方法。然而,蒸發只有在周圍空氣能夠吸收更多水分的情況下才能發生。當空氣已經充滿濕氣時,我們稱之為相對濕度高;當空氣中的水分非常少時,則相對濕度低。

 

在相對濕度低的情況下,汗水和水分會迅速從皮膚蒸發,迅速降低核心體溫。而在高濕度的情況下,汗水和水分從皮膚蒸發得非常慢,因此從蒸發和出汗中獲得的降溫效果也非常有限。

 

我們的經驗告訴我們,「乾熱」的環境會感覺比「濕熱」要涼快得多。這是因為乾燥的空氣能夠促進大量汗水的蒸發。CORE使用者可以通過客觀數據證實這一點,因為他們知道在乾燥的條件下,核心體溫的上升速度較慢。

熱指數

熱指數是一個廣為人知的指標,它將空氣溫度與相對濕度結合,以提供一個「感覺上」的溫度。熱指數描述了空氣的降溫能力。例如,在37.8°C和40%相對濕度的情況下,感覺與30.0°C和95%相對濕度的感覺相同。這兩種情況的熱指數都是109,因為它們的降溫能力相同——在這兩種條件下,汗水的蒸發速度是一樣的。由於濕度對蒸發冷卻的影響,熱指數對運動員來說是一個重要的數字。即使30.0°C的空氣溫度看起來不算太熱,但95%的濕度卻限制了其降溫能力。

 

相對濕度的計算方式是將濕布包裹在溫度計周圍。這樣可以測量空氣通過蒸發所能夠降到的最低溫度,稱為「濕球溫度」。然後,這個數字會與空氣溫度「乾球溫度」進行比較。最後,通過數學公式將這些數字轉換為熱指數。

熱指數的局限性

然而,熱指數並不總是能全面反映運動員的降溫能力。例如,熱指數是在陰影中測量的,這意味著它沒有考慮到陽光造成的輻射熱增益。此外,熱指數假設空氣中有輕微的風。然而,如果空氣停滯,則可用的對流降溫效果會大大減少。而且,熱指數也未能考慮強風的降溫效果。

什麼是綜合溫度熱指數?

綜合溫度熱指數(Wet Bulb Globe Temperature,WBGT)旨在克服熱指數的局限性。WBGT 不僅考慮空氣溫度和濕度,還包括雲層覆蓋、陽光角度和風速等因素。這使得它能更準確地反映運動員所受到的輻射加熱程度及可用的對流冷卻量。

 

例如,陽光角度的計算意味著,WBGT 溫度在早晨到午後之間可能會大幅上升,即使熱指數在這段時間內保持相對穩定。而且,由於 WBGT 是在陽光下測量的,它還考慮了微氣候的影響,例如來自炎熱的地面散發出來的熱能。

 

同樣,強風會使 WBGT 下降,而靜止的空氣則會使其上升。這些變化的風況不會影響熱指數。

測量WBGT

許多國家的氣象部門會預測不同時段的 WBGT。這些預測通常是針對較大區域的概括,無法考慮到微氣候的影響,例如防風的體育場管或朝南斜坡。

 

目前市場上有多款消費級的 WBGT 溫度計可供購買,這些設備使運動員或教練能夠在特定地點(如跑道)實時測量 WBGT。然而,這些設備的精確操作可能需要2大量的練習,以確保數據的準確性和意義。 

 

使用個人 WBGT 溫度計可以更好地做出有關訓練條件和安全性的決策,特別是在高熱壓力的環境中。

WBGT 危險指數

使用 WBGT 指導運動訓練的人必須了解,WBGT 的校準方式與熱指數有很大的不同。例如,許多指導方針建議,劇烈運動的危險區域始於熱指數 40 °C。然而,這個熱指數的“危險”值僅相當於 WBGT 31 °C。

 

這一差異強調了理解和清晰傳達所使用的指數和評估熱危險的標準的重要性。確保運動員和教練了解具體的測量方法,有助於更好地管理訓練和比賽中的熱相關風險。

WBGT 對運動員的限制

WBGT 除了考慮溫度和濕度外,還納入風速和陽光照射,這使其能更好地估計現實中的冷卻條件。然而,在某些情況下,WBGT 可能無法提供更精確的“體感溫度”。例如,在騎自行車時,環境風速對於冷卻的影響往往不大,因為騎士可以利用以 時速 35 公里的速度產生的自我對流冷卻。然而,在同一賽道的另一部分,如在陽光下的長且陡峭的上坡(騎士速度較慢時),WBGT 可以提供非常有價值的信息。

 

同樣,任何在炎熱的晴天中騎乘於強風的騎士都知道風向的重要性。例如,時速 35 公里的橫風可能會帶來冷卻效果,但如果是順風,則可能會導致過熱,因為騎士在靜止的空氣中騎乘,失去了對流冷卻。跑者也會遇到類似的情況;即使是時速 10 公里的順風也會導致對流冷卻的喪失,並使“體感溫度”上升。

 

換句話說,現實中的冷卻條件有時會受到微氣候的強烈影響。雖然 WBGT 通常能比熱指數更好地反映這些微氣候,但這些訊息仍需要由教練和運動員的經驗和判斷來補充。

將 WBGT 與 CORE 結合

運動員使用 CORE 訓練的原因之一是練習他們的冷卻策略。這些策略可能根據具體的環境條件而有很大不同。在炎熱乾燥的條件下,噴霧和用水潑灑皮膚非常有效。強烈的陽光輻射可以通過選擇衣物類型和顏色來抵消。高相對濕度則可以通過賽前降溫來減輕。

 

在每次訓練之前了解 WBGT(及其影響因素)使運動員能夠觀察他們的核心體溫在不同情況下的反應。他們可以嘗試某種冷卻策略,並從 CORE 感測器獲得即時反饋,以判斷該策略是否有效。他們將學會在某些條件下哪些策略更有效。

 

在比賽之前,了解預測的 WBGT 使運動員能夠計劃他們的冷卻策略。根據他們在 CORE 的訓練,他們將知道在各種條件下核心體溫會多快上升。如果氣溫高到冷卻效果不佳,他們的 CORE 裝置會告知他們核心體溫接近性能下降區域。這樣,他們可以做出戰略決策,甚至可能包括減慢速度以保持在可持續的核心體溫範圍內。

參考文獻

NCHSAA Heat Guidelines. https://www.lcsnc.org/cms/lib/NC01911169/Centricity/Domain/1695/NCHSAA%20Heat%20Guidelines.pdf