為什麼極端高溫時容易產生熱傷害?多喝水也會中暑?

2022/08/22閱讀時間約 4 分鐘
圖片來源:NASA Earth Observatory
近期北半球極端高溫頻傳,連原本夏季不怎麼開空調的歐洲人,家用冷氣的安裝率也在幾波要命的熱浪過後暴增。為什麼讓熱浪發生時,熱傷害這麼容易發生?正常的排汗沒有用嗎?
這就要說到熱浪發生時,最可怕的往往不是溫度高,而是濕球溫度高。所謂的濕球溫度 (Wet-bulb Temperature),簡單來說,就是空氣靠蒸發來降溫所能達到的最低溫度,當濕球溫度過高時,就會導致人體無法靠排汗來降低體表溫度,此時就算待在陰涼處、補充水分,仍然容易熱衰竭。

濕球溫度是什麼?

我們其實可想像下列的情境來理解濕球溫度的意義:
簡單來說,我們可以想像我們把一盆巨大的臉盆,裝滿水放在密閉的房間裡。這盆水在蒸發的過程中,因為水滴需要向外界吸熱(也就是向房間的空氣索取熱),才能讓自己蒸發成水蒸氣。因此我們如果假想這盆水完全蒸發到不能再蒸發了,也就是房間的空氣已經達到飽和,此時房間的溫度會比原來實際的溫度還要低。
這個比較低的溫度就是濕球溫度。
濕球溫度一定會比真實的溫度還要低,但他如果離真實的溫度越近,代表這盆水能夠蒸發的量越少,也就代表原來房間的空氣本來就很濕。最極端的狀況是,如果房間內的空氣本來就是飽和的(相對濕度100%),此時房間的空氣完全無法容納任何一滴水盆內的水蒸發,此 時濕球溫度就會和真實溫度完全一樣。
簡而言之,濕球溫度就是指,在氣壓不變的情況下,藉由水氣蒸發冷卻,使空氣的溫度降低並達到飽和時,空氣所具有的溫度。這是一種假想的溫度,並不是大氣的真實溫度。

濕球溫度和中暑有什麼關係?

現在我們把水盆的水換成人體流出來、在皮膚表面的汗水。人體就是靠這些汗水蒸發,帶走身體表面的熱,進而達到冷卻身體的效果。當濕球溫度超過人體的正常體溫時,就代表即便這些汗水都蒸發乾了,你的皮膚表面附近還是會超過正常體溫。所以你不管怎麼排汗,體溫都還是過高,自然而然就容易中暑。

濕球溫度其實就是反應環境的相對濕度

當相對濕度高,濕球溫度也會高、越接近環境的真實溫度,因此濕球溫度其實就是反應環境 相對濕度的簡單指標。相信某些人應該有看過以前的「濕球溫度計」,就是在原本溫度計底部的玻璃泡上包覆一層濕綿花,運作原理和上述的舉例的臉盆相同,是藉由棉花中水的蒸發,來測量環境的濕球溫度。也因為相對濕度的高低決定了濕球溫度的數值,因此溫度計量到實際溫度和濕球溫度後,可以藉由查表得知當時環境對應的相對濕度。這個就是濕球溫度拿來衡量濕度的實際應用之一,這在以前溫度計還需要「讀刻度」、電子式溼度計還沒有普及時相當普遍。

相對濕度決定了人體能靠排汗來散熱的效率

人的體溫大約是 36 至 37 度。在大多數環境下,體溫都比環境溫度來得高,因此人體相對於環境來說是一個「熱源」。相信大家在國小或國中都學過,熱的傳遞方式有三種:傳導對流輻射。而人體散熱的方式也脫離不了這三種。
而輻射散熱的效率,和兩個物體間溫差的四次方成正比,也就是說,人體與環境的溫差越大,人體透過輻射來散熱的效率越快。因此一般來說,冬天時氣溫較低,環境的溫度和體溫差距較大,人體主要透過「輻射」散熱。
但當進入夏季時,環境氣溫逐漸接近人體溫度。此時透過輻射所能散熱的效果就變差了。因此人類還會透過「流汗」來散熱。這是透過「傳導」的方式散熱。如前述例子,汗水在流至體表時,可以透過吸取周圍的熱來蒸發,進而帶走皮膚表面的熱,進而降低體表溫度。一個明顯的生活例子,就是洗完澡身體還是濕的時候,吹風會覺得很冷,就是水在蒸發時帶走體表的熱所致。
而極端高溫發生時,人體本來大部分就只能靠「排汗」來散熱,此時環境的相對濕度如果太高,就會導致汗水不容易蒸發,導致排汗所能造成的散熱有限,熱傷害就容易發生,而濕球溫度正是反應了這個過程的效率。

當濕球溫度接近體溫,熱傷害就難以避免

一般來說當濕球溫度高於攝氏 32 度,人體正常的散熱機制就會無法正常運作,熱傷害就容易發生,即便在靜態活動下;當濕球溫度高於 35 度,就會有致命危險,在此情況下,人體的排汗機制會完全失能,可能在六小時內引發死亡。
今年三月後發生在印度的熱浪,就是屬於容易造成人體健康影響的濕熱浪(Humid Heat Waves)。顧名思義,不只熱,而且濕。此次熱浪不只打破了歷史紀錄,成為1901 年以來最熱的三月,濕球溫度普遍都在 30 度以上,客拉拉邦(Kerala)的厄納庫蘭姆地區(Ernakulam)甚至出現濕球溫度 34.6 度的歷史新高,簡直逼近了致死邊緣。在這種情況下,只要待在戶外,隨時都可能有生命危險。
因此,當極端高溫發生時,除了注意水分補充,儘量在陰涼處外,也必須留意環境條件是否適合戶外活動。高溫、高濕的環境下,單純的待在室外也可能熱出事來。

天氣筆記
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一個喜歡天氣的大學生,希望利用自己在大學的專業科目所學,把大氣科學裡生澀難懂的物理和數學,轉譯成平易近人的科普知識,讓更多人理解氣象預報的困難與科學極限,判斷正確的天氣資訊、做正確的解讀。
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