專利名稱：一種基于黃金分割法構(gòu)建人體舒適度計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療氣象保健技術(shù)領(lǐng)域，首次提出了“人體最佳舒適溫度”的概念及其確定的科學(xué)依據(jù)，尤其涉及一種黃金分割法的巧妙引入而構(gòu)建了一整套更科學(xué)合理的人體舒適度計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
在全球氣候變化的大背景下，極端天氣氣候事件發(fā)生頻率增加，例如高溫?zé)崂恕⒌蜏乩浜Φ葰庀鬄?zāi)害已威脅到相關(guān)人群的健康，于是便有學(xué)者提出了“候鳥式養(yǎng)生”的概念。在此需求之下，合理地評(píng)價(jià)城市氣候舒適度成為氣候變化的研究熱點(diǎn)之一，旨在及時(shí)、準(zhǔn)確的做好天氣預(yù)報(bào)和醫(yī)療氣象預(yù)報(bào)工作，為相關(guān)人群提供指導(dǎo)服務(wù)。近年來，衛(wèi)生部部長(zhǎng)陳竺在不同的場(chǎng)合反復(fù)強(qiáng)調(diào):“對(duì)一個(gè)13億人口的大國(guó)而言，我國(guó)群眾的健康問題不能光靠打針吃藥來解決，必須強(qiáng)調(diào)預(yù)防為主”，“我國(guó)的衛(wèi)生事業(yè)模式應(yīng)從晚期治療向預(yù)防為主轉(zhuǎn)變”。如何適應(yīng)由治療為主向預(yù)防為主的重心前移？怎么預(yù)防？前提就是要有預(yù)報(bào)。基于此，隨著人們生活水平的日益提高，對(duì)健康關(guān)注程度和“未病先防”意識(shí)的日趨增強(qiáng)，醫(yī)療氣象預(yù)報(bào)便應(yīng)運(yùn)而生，其中科學(xué)合理的人體舒適度計(jì)算方法是重要基礎(chǔ)。關(guān)于人體舒適度的研究，國(guó)內(nèi)外已有先例。各省市(區(qū))氣象臺(tái)站也有用于當(dāng)?shù)氐娜梭w舒適度和體感溫度的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，各地計(jì)算體感溫度和人體舒適度指數(shù)的方法尚未統(tǒng)一，計(jì)算方法形式各異，結(jié)果也互不相同，甚至相差較大。并且不同的計(jì)算方法對(duì)應(yīng)的人體舒適度指數(shù)的劃分標(biāo)準(zhǔn)也不同(國(guó)家氣象局規(guī)定為9級(jí)，還有7級(jí)、10級(jí)、12級(jí)、17級(jí)等)。在醫(yī)療氣象領(lǐng)域主要是以舒適度的預(yù)報(bào)為目的，其基礎(chǔ)和關(guān)鍵是體感溫度的計(jì)算方法。北京市氣象局自1997年已開始發(fā)布人體舒適度預(yù)報(bào)；還有較多開展體感溫度預(yù)報(bào)的臺(tái)站，如德令哈(張?jiān)鑫牡龋?006)、蘭州(賈海源等，2010)、酒泉(沈福等，2001)、武漢(李源等，2000)、日照(王繁強(qiáng)等，2003)、南昌(雷桂蓮等，1999)、廣州(王欣睿，景元書，2005)、南寧(董蕙青等，1999)、鄭州(鄭敬剛等，2005)及上海(王遠(yuǎn)飛，沈愈，1998)等，均采取經(jīng)驗(yàn)公式的方法進(jìn)行體感溫度的研究及應(yīng)用。目前應(yīng)用較為廣泛的模型主要有北京和上海兩種(田志會(huì)等，2008 ;劉梅等，2001)。(I)現(xiàn)有主要技術(shù)方案的特點(diǎn):①應(yīng)用普遍的舒適度指數(shù)形式類似，大多數(shù)都考慮了氣溫、濕度和風(fēng)速的綜合效應(yīng):Kl = 1.88T-0.55(1.8T-26) (1-U) -3.2V°_5+32 (張書余，2002)K2 = 1.8T-0.55(1.8T-26) (1-U) -3.2V°_5+32 (雷桂蓮等，1999)CIHB= (1.8T+32)-0.55(1-U) (1.8T-26)-3.2V°.5(于庚康等，2011)Kssd = 1.8T-0.55(1.8T-26) (1-U) -3.2V1/2+32 (許東蓓，等 2003 ;賈海源等，2010)，其中，K(或CIHB, Kssd)、T、U、V分別代表舒適度指數(shù)、溫度(°C )、相對(duì)濕度(用小數(shù)表示)、風(fēng)速(m.S-1)。其相應(yīng)的舒適度等級(jí)劃分如下所示:
表I舒適度指數(shù)Kssd級(jí)別表
權(quán)利要求
1.一種基于黃金分割法構(gòu)建人體舒適度計(jì)算的方法，其特征在于，該方法的最佳舒適溫度數(shù)學(xué)表達(dá)式為:Ts=22.7x[l.0-0.3s in (φ-2 3.5)]-1 0.3cos [15°χ (M-1) ] 1-2.0xtan (H/100) (I) Ts為“最佳舒適溫度”，φ為緯度，M為月份，H為海拔高度； 修正項(xiàng)[1.0-0.3sin((p-23.5)]是為了訂正地理緯度對(duì)最佳舒適溫度的影響，即緯度越高，地表接收的太陽輻射就越少，人體生理長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果，導(dǎo)致感覺的最佳舒適溫度也相應(yīng)降低，因此需要根據(jù)緯度加以適當(dāng)訂正；其中，北回歸線(23.5° N)以南和南回歸線(23.5° S)以北的熱帶地區(qū)不需要訂正； 修正項(xiàng)|0.3cos[15° X (M-1)] I訂正了季節(jié)對(duì)人體最佳舒適溫度的影響，以適應(yīng)不同季節(jié)的差異，通常在暖季人體感覺舒適的最佳溫度要略微高于冷季； 修正項(xiàng)2.0Xtan(H/100)訂正了海拔高度大于和等于500米的地區(qū)由于隨著海拔高度升高，人體生理長(zhǎng)期適應(yīng)所表現(xiàn)出的最佳舒適體感溫度降低的現(xiàn)象； 以上述人體最佳舒適溫度計(jì)算公式為基礎(chǔ)，具體體感溫度計(jì)算數(shù)學(xué)表達(dá)式為: 當(dāng)Ta彡Ts時(shí)Tg = Ta+A{exp
-1}-0.03(Ta-Ts) V(2) 當(dāng)Ta < Ts時(shí)Tg = Ta-A{exp
-1}-0.0l(Ts-Ta) V(3)系數(shù) A = 36.75 X (1-0.618) ^ 14` 以上兩式中，Tg為體感溫度，Ta為平均氣溫，Ts為最佳舒適溫度(見公式(I)) ;\為平均風(fēng)速；RH為相對(duì)濕度，RHs為最適相對(duì)濕度，其中，無降水時(shí)，RHs = 0.5 ;有降水時(shí)，RHs=0.618 ； 人體舒適度等級(jí)劃分依據(jù):首先根據(jù)上述三式計(jì)算所得的全國(guó)各地逐日平均體感溫度為基礎(chǔ)，將全年劃分成11個(gè)舒適度等級(jí)；然后按照計(jì)算出的全國(guó)各氣象臺(tái)站的逐日平均體感溫度值，查出相應(yīng)的舒適度等級(jí)即可；其中表5中Dt = 22.7-Ts表示某地的實(shí)際最佳體感舒適溫度與理論最佳體感舒適溫度值的偏差。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法確定出健康裸露人體感覺最舒適的環(huán)境溫度值為22.7 = 36.75X0.618，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地理緯度和海拔以及所處的季節(jié)進(jìn)行適當(dāng)訂正。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，公式(2)以最佳體感舒適溫度值為分界線，當(dāng)環(huán)境溫度高于當(dāng)?shù)刈罴咽孢m溫度時(shí)，體感溫度Tg與平均氣溫Ta成正比，且濕度的增效作用隨溫度的升高呈指數(shù)增加，exp
表示氣溫越高，當(dāng)實(shí)際濕度高于最舒適濕度時(shí)它對(duì)體感溫度所起的增效作用就越大，這與人體的真實(shí)感覺非常吻合；-(Ta-Ts)V表示風(fēng)速的降溫作用不僅與風(fēng)速大小相關(guān)，也與溫度高低有關(guān)，在溫度較高時(shí)，風(fēng)速降溫效應(yīng)就越明顯。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，公式(3)以最佳體感舒適溫度值為分界線，當(dāng)氣溫低于當(dāng)?shù)刈罴咽孢m溫度時(shí)，雖然體感溫度Tg仍然與氣溫Ta成正比，但是，濕度的作用卻是降溫效應(yīng)，且隨溫度的降低其降溫效應(yīng)呈指數(shù)增加，-exp
表示氣溫越低，當(dāng)實(shí)際濕度高于最舒適濕度時(shí)它對(duì)體感溫度所起的降溫作用就越大；-(Ts-Ta) V表示風(fēng)速的降溫作用不僅與風(fēng)速大小相關(guān)，也隨溫度的降低。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于黃金分割法構(gòu)建人體舒適度計(jì)算的方法，其中，首次揭示了以往國(guó)內(nèi)外同類研究的癥結(jié)所在，提出了人體最佳舒適度的概念；并首次將黃金分割法引入醫(yī)療氣象科學(xué)領(lǐng)域，采用人體正常體溫與黃金分割法的乘積獲得熱帶盛夏季節(jié)人體全暴露時(shí)的最佳舒適體感溫度值；然后進(jìn)行了緯度效應(yīng)、季節(jié)和海拔高度影響的合理訂正；最后構(gòu)建出新型的適用于全國(guó)范圍內(nèi)的人體最佳舒適溫度計(jì)算公式。本方法為合理評(píng)價(jià)氣候及其變化的健康效應(yīng)提供了重要技術(shù)手段；為日常生活、健康出行、防病養(yǎng)生提供較為準(zhǔn)確的參考依據(jù)，并為進(jìn)一步研究氣象環(huán)境變化與人體健康的關(guān)系，開展健康氣象預(yù)報(bào)服務(wù)，推動(dòng)預(yù)防醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展提供了科技支撐。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103106336SQ20121059636
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者王式功, 馬盼, 尚可政, 張志薇, 李旭, 程一帆, 王志強(qiáng), 張瑩, 王嘉媛, 黨冰 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)