熱指数

暑さ指数（HI ）は、日陰の気温と相対湿度を組み合わせた指数で、日陰の湿度が他の値であった場合に人が感じる暑さを表すものです。例えば、気温が32℃（90℉）、相対湿度が70%の場合、暑さ指数は41℃（106℉）となります（下表参照）。暑さ指数は日陰での体感温度を表すものであり、直射日光、身体活動による熱、風による冷気は考慮されていません。

人体は通常、汗を蒸発させることで体温を下げます。相対湿度が高いと蒸発と冷却が阻害され、不快感や熱中症のリスクが高まります。体型、代謝、水分補給レベル、妊娠、その他の身体的状態によって、暑さの感じ方は人によって異なります。体感温度の測定は、温度と湿度が管理された条件下で被験者がどの程度暑さを感じるかという報告に基づいています。熱指数以外にも、体感温度の指標として、カナダ・ヒュミデックス、湿球黒球温度、「相対屋外温度」、そして独自の「RealFeel」などがあります。

歴史

暑熱指数は1979年にロバート・G・ステッドマンによって開発されました。^{[ 1 ] [ 2 ]}風冷指数と同様に、暑熱指数には人体の体重と身長、衣服、身体活動量、個人の耐暑性、日光と紫外線への曝露、そして風速に関する仮定が含まれています。これらの仮定から大きく逸脱すると、暑熱指数の値は体感温度を正確に反映しなくなります。^{[ 3 ]}

カナダでは、熱指数の代わりに、同様のヒュミデックス（1965年にカナダで導入された革新的な指標）^{[ 4 ]}が使用されています。ヒュミデックスと熱指数はどちらも露点を用いて計算されますが、ヒュミデックスは露点を7℃（45℉）を基準としているのに対し、熱指数は露点を14℃（57℉）を基準としています。さらに、熱指数は熱平衡方程式を用いており、蒸気圧はヒュミデックスの計算にのみ使用されますが、それ以外の多くの変数を考慮しています。米国とカナダは相違点を解決するために合同委員会を設立しましたが、その後解散しました。

意味

熱指数の一般化された図。人体による熱の知覚は気温とともに増加しますが、湿度レベルが高いほどその増加速度は速くなります。

乾球温度と湿度の特定の組み合わせにおける熱指数は、水蒸気圧が1.6  kPaの場合に体感される乾球温度として定義されます。ステッドマンは次のように述べています。「例えば、体感温度24℃（75°F）は、水蒸気圧1.6 kPaで乾球温度24℃（75°F）の場合と同じ蒸し暑さを意味し、同じ服装が必要になります。」^{[ 1 ]}

この蒸気圧は、例えば海面湿度図では気温29℃（84℉）、相対湿度40%に相当し、ステッドマンの湿度表では相対湿度40%における見かけ温度は真の気温26～31℃（79～88℉）に等しい。標準大気圧（101.325 kPa）では、この基準線は露点14 ℃（57℉）、混合比0.01（乾燥空気1kgあたり水蒸気10g）にも相当する。^{[ 1 ]}

相対湿度が一定値の場合、気温が高いほど熱指数は大きく上昇します。例えば、気温が約27℃（81℉）の場合、相対湿度が45%であれば熱指数は実際の気温と一致しますが、気温が43℃（109℉）の場合、相対湿度が18%を超えると熱指数は43℃よりも高くなります。^{[ 5 ]}

記載されている式は、気温が27℃（81℉）以上の場合にのみ有効であると示唆されている。^{[ 6 ]}相対湿度の閾値は、気温以下の場合、熱指数計算で気温と同等かそれ以下の数値が返される（低い熱指数は一般的に無効とみなされる）が、気温によって変化し、直線的ではない。閾値は通常、任意の40%に設定される。^{[ 5 ]}

暑熱指数とその相対値である湿度指数はどちらも、日陰の温度と大気中の水分量（湿度）という2つの変数のみを考慮しているため、温熱的快適性の推定値は限定的になります。風、日光、個人の服装といった追加要因も体感温度に影響を与えますが、これらの要因は暑熱指数の計算式で定数としてパラメータ化されます。例えば、風速は5ノット（時速9.3キロメートル）と仮定されます。^{[ 5 ]}濡れた肌や汗をかいた肌を風が通過すると、蒸発と風冷効果が生じますが、これは暑熱指数では測定されません。もう一つの重要な要因は日光です。直射日光に当たると、日陰に比べて体感温度が最大15°F（8.3°C）上昇することがあります。^{[ 7 ]}湿球黒球温度、「相対屋外温度」、「体感温度」、あるいは独自の「RealFeel 」など、普遍的な体感温度を作成しようとする試みがなされてきました。

気象学的考慮

屋外の開放された条件では、相対湿度が上昇するにつれ、まず霞がかかり、最終的には厚い雲が覆い、地表に届く直射日光の量が減少します。したがって、最大潜在温度と最大潜在相対湿度の間には反比例関係があります。この要因により、かつては地球上で実際に達成可能な最高の熱指数は約 71 °C (160 °F) であると考えられていました。しかし、 2003 年 7 月 8 日のサウジアラビアのダーランでは、露点が 35 °C (95 °F) であるのに対し気温は 42 °C (108 °F) だったため、熱指数は 81 °C (178 °F) となりました^{[ 8 ]} 。2024 年 8 月 28 日には、イラン南部の気象観測所で熱指数 82.2 °C (180.0 °F) が記録されましたが、これが確認されれば新記録となります^{[ 9 ] 。}

人体は過熱を防ぐために蒸発冷却を必要とします。湿球温度と湿球黒点温度は、体から余分な熱を排出する能力を測るために使用されます。湿球温度が約35℃（95°F）に持続すると、健康な人でも致命的となる可能性があります。この温度になると、体は周囲に熱を放出するのではなく、周囲から熱を得るようになります。^{[ 10 ]}したがって、湿球温度35℃（95°F）は、それを超えると体が十分に冷却できなくなる閾値です。^{[ 11 ]}

値の表

下の表は米国海洋大気庁（NOAA）によるものです。表の気温は27℃（80°F）から始まりますが、湿度が高い場合は26℃（79°F）や同様の気温でも暑さ指数の影響が現れます。

NOAA国立気象局：熱中症指数

温度 相対湿度	80 °F (27 °C)	82 °F (28 °C)	84 °F (29 °C)	86 °F (30 °C)	88 °F (31 °C)	90 °F (32 °C)	92 °F (33 °C)	94 °F (34 °C)	96 °F (36 °C)	98 °F (37 °C)	100°F（38°C）	102 °F (39 °C)	104 °F (40 °C)	106 °F (41 °C)	108 °F (42 °C)	110°F（43°C）
40%	80 °F (27 °C)	81 °F (27 °C)	83 °F (28 °C)	85 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	91 °F (33 °C)	94 °F (34 °C)	97 °F (36 °C)	101 °F (38 °C)	105 °F (41 °C)	109°F（43°C）	114 °F (46 °C)	119°F（48°C）	124 °F (51 °C)	130°F（54°C）	136 °F (58 °C)
45%	80 °F (27 °C)	82 °F (28 °C)	84 °F (29 °C)	87 °F (31 °C)	89 °F (32 °C)	93 °F (34 °C)	96 °F (36 °C)	100°F（38°C）	104 °F (40 °C)	109°F（43°C）	114 °F (46 °C)	119°F（48°C）	124 °F (51 °C)	130°F（54°C）	137 °F (58 °C)
50%	81 °F (27 °C)	83 °F (28 °C)	85 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	91 °F (33 °C)	95 °F (35 °C)	99°F（37°C）	103 °F (39 °C)	108 °F (42 °C)	113 °F (45 °C)	118°F（48°C）	124 °F (51 °C)	131 °F (55 °C)	137 °F (58 °C)
55%	81 °F (27 °C)	84 °F (29 °C)	86 °F (30 °C)	89 °F (32 °C)	93 °F (34 °C)	97 °F (36 °C)	101 °F (38 °C)	106 °F (41 °C)	112 °F (44 °C)	117 °F (47 °C)	124 °F (51 °C)	130°F（54°C）	137 °F (58 °C)
60%	82 °F (28 °C)	84 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	91 °F (33 °C)	95 °F (35 °C)	100°F（38°C）	105 °F (41 °C)	110°F（43°C）	116 °F (47 °C)	123 °F (51 °C)	129°F（54°C）	137 °F (58 °C)
65%	82 °F (28 °C)	85 °F (29 °C)	89 °F (32 °C)	93 °F (34 °C)	98 °F (37 °C)	103 °F (39 °C)	108 °F (42 °C)	114 °F (46 °C)	121°F（49°C）	128 °F (53 °C)	136 °F (58 °C)
70%	83 °F (28 °C)	86 °F (30 °C)	90 °F (32 °C)	95 °F (35 °C)	100°F（38°C）	105 °F (41 °C)	112 °F (44 °C)	119°F（48°C）	126 °F (52 °C)	134 °F (57 °C)
75%	84 °F (29 °C)	88 °F (31 °C)	92 °F (33 °C)	97 °F (36 °C)	103 °F (39 °C)	109°F（43°C）	116 °F (47 °C)	124 °F (51 °C)	132 °F (56 °C)
80%	84 °F (29 °C)	89 °F (32 °C)	94 °F (34 °C)	100°F（38°C）	106 °F (41 °C)	113 °F (45 °C)	121°F（49°C）	129°F（54°C）
85%	85 °F (29 °C)	90 °F (32 °C)	96 °F (36 °C)	102 °F (39 °C)	110°F（43°C）	117 °F (47 °C)	126 °F (52 °C)	135 °F (57 °C)
90%	86 °F (30 °C)	91 °F (33 °C)	98 °F (37 °C)	105 °F (41 °C)	113 °F (45 °C)	122 °F (50 °C)	131 °F (55 °C)
95%	86 °F (30 °C)	93 °F (34 °C)	100°F（38°C）	108 °F (42 °C)	117 °F (47 °C)	127 °F (53 °C)
100%	87 °F (31 °C)	95 °F (35 °C)	103 °F (39 °C)	112 °F (44 °C)	121°F（49°C）	132 °F (56 °C)

色の凡例:   注意   細心の注意   危険   極度の危険

例えば、気温が96°F（36°C）で相対湿度が65％の場合、熱指数は121°F（49°C）になります。

熱指数（日陰値）の影響

熱中症指数（°C）と注意/危険範囲（網掛け）

熱指数	注記
27～32℃ （81～90℉）	注意：長時間の露出や活動により疲労が生じる可能性があります。活動を続けると熱けいれんを引き起こす可能性があります。
32～41℃ （90～106℉）	熱けいれんや熱疲労を起こす可能性がありますので、十分ご注意ください。そのまま活動を続けると熱中症を引き起こす可能性があります。
41～54℃ （106～129℉）	危険: 熱けいれんや熱疲労が起こる可能性があり、活動を続けると熱射病になる可能性もあります。
54℃ （129℉） 以上	極めて危険: 熱中症の危険が差し迫っています。

直射日光に当たると、熱指数は最大8℃（14℉）上昇する可能性がある。^{[ 12 ]}

式

NWS熱指数値（円）と近似式（曲線）の比較。SVGファイルでは、グラフにマウスポインターを合わせるとハイライト表示されます。

Steadmanの元の表を近似する公式は数多く考案されている。Anderson et al. (2013)、^{[ 13 ]} NWS (2011)、Jonson and Long (2004)、Schoen (2005) は、この順に残差が小さい。前者2つは多項式の集合であるが、後者は指数関数を用いた単一の公式で構成されている。

以下の式は、華氏（°F）で表された熱指数を±1.3 °F（0.7 °C）以内で近似します。これは、人体モデルに多変量近似（気温80 °F（27 °C）以上、相対湿度40%以上）した結果です。^{[ 1 ] [ 14 ]}この式は、上記のNOAA国立気象局の表を再現したものです（ただし、気温90 °F（32 °C）および相対湿度45%/70%の値は、それぞれ±1未満の誤差で四捨五入されていません）。

$${\displaystyle \mathrm {HI} =c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}}$$ どこ

• HI = 熱指数（華氏度）
• T = 周囲の乾球温度（華氏度）
• R = 相対湿度（0～100のパーセンテージ値）

${\textstyle {\begin{aligned}c_{1}&=-42.379,&c_{2}&=2.049\,015\,23,&c_{3}&=10.143\,331\,27,\\c_{4}&=-0.224\,755\,41,&c_{5}&=-6.837\,83\times 10^{-3},&c_{6}&=-5.481\,717\times 10^{-2},\\c_{7}&=1.228\,74\times 10^{-3},&c_{8}&=8.5282\times 10^{-4},&c_{9}&=-1.99\times 10^{-6}.\end{aligned}}}$

温度が摂氏で与えられた場合、以下の係数を使用して熱指数を決定できます。

• HI = 熱指数（摂氏）
• T = 周囲の乾球温度（摂氏）
• R = 相対湿度（0～100のパーセンテージ値）

${\textstyle {\begin{aligned}c_{1}&=-8.784\,694\,755\,56,&c_{2}&=1.611\,394\,11,&c_{3}&=2.338\,548\,838\,89,\\c_{4}&=-0.146\,116\,05,&c_{5}&=-0.012\,308\,094,&c_{6}&=-0.016\,424\,827\,7778,\\c_{7}&=2.211\,732\times 10^{-3},&c_{8}&=7.2546\times 10^{-4},&c_{9}&=-3.582\times 10^{-6}.\end{aligned}}}$

この式の代わりとなる定数セットは、湿度 0 ～ 80%、気温 70 ～ 115 °F (21 ～ 46 °C)、熱指数 150 °F (66 °C) 未満で、NWS マスター テーブルの ±3 °F (1.7 °C) 以内となるものは次のとおりです。

$${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=0.363\,445\,176,&c_{2}&=0.988\,622\,465,&c_{3}&=4.777\,114\,035,\\c_{4}&=-0.114\,037\,667,&c_{5}&=-8.502\,08\times 10^{-4},&c_{6}&=-2.071\,6198\times 10^{-2},\\c_{7}&=6.876\,78\times 10^{-4},&c_{8}&=2.749\,54\times 10^{-4},&c_{9}&=0.\end{aligned}}}$$

さらに別の言い方としては、次のものがある: ^{[ 15 ]}

$${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {HI} &=c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}+\\&\quad {}+c_{10}T^{3}+c_{11}R^{3}+c_{12}T^{3}R+c_{13}TR^{3}+c_{14}T^{3}R^{2}+c_{15}T^{2}R^{3}+c_{16}T^{3}R^{3}\end{aligned}}}$$ どこ $${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=16.923,&c_{2}&=0.185\,212,&c_{3}&=5.379\,41,&c_{4}&=-0.100\,254,\\c_{5}&=9.416\,95\times 10^{-3},&c_{6}&=7.288\,98\times 10^{-3},&c_{7}&=3.453\,72\times 10^{-4},&c_{8}&=-8.149\,71\times 10^{-4},\\c_{9}&=1.021\,02\times 10^{-5},&c_{10}&=-3.8646\times 10^{-5},&c_{11}&=2.915\,83\times 10^{-5},&c_{12}&=1.427\,21\times 10^{-6},\\c_{13}&=1.974\,83\times 10^{-7},&c_{14}&=-2.184\,29\times 10^{-8},&c_{15}&=8.432\,96\times 10^{-10},&c_{16}&=-4.819\,75\times 10^{-11}.\end{aligned}}}$$

たとえば、この最後の式を使用すると、温度が 90 °F (32 °C)、相対湿度 (RH) が 85% の場合、結果は 114.9 °F (46.1 °C) になります。

制限事項

熱指数は、空気が100%以上の水分で飽和している過飽和状態のような極端な状況ではうまく機能しません。カリフォルニア大学バークレー校の物理学者で気候科学者のデイビッド・ロンプス氏と大学院生のイー・チュアン・ルー氏は、熱指数が1995年のシカゴ熱波のような激しい熱波の深刻さを過小評価していることを発見しました。^{[ 16 ]}

熱指数に関するその他の問題点としては、多くの地域で正確な湿度データが入手できないこと、対象者が健康であるという前提、対象者が水や日陰に簡単にアクセスできるという前提などが挙げられる。^{[ 17 ]}

参照

• 体感温度
• 温熱的快適性 § 温度と湿度の相互作用
• ヒュミデックス
• 湿球温度
• 風の冷え込み

参考文献

1. Steadman, RG (1979年7月). 「蒸し暑さの評価 パートI：人体生理学と衣料科学に基づく温湿度指数」 .応用気象学ジャーナル. 18 (7): 861– 873. Bibcode : 1979JApMe..18..861S . doi : 10.1175/1520-0450(1979)018<0861:TAOSPI>2.0.CO;2 .
2. Steadman, RG (1979年7月). 「蒸し暑さの評価。第2部：風、余分な放射、気圧の体感温度への影響」 . Journal of Applied Meteorology . 18 (7): 874– 885. Bibcode : 1979JApMe..18..874S . doi : 10.1175/1520-0450(1979)018<0874:TAOSPI>2.0.CO;2 .
3. 「暑さ指数はどのように算出されるのか？ - ダニエル・エングバー - Slate Magazine」 。 2011年6月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年2月1日閲覧。
4. 「春と夏の災害」。環境と気候変動。カナダ政府。2016年9月22日閲覧。
5. iWeatherNetの熱指数計算機と変換表
6. Heat Index Campbell Scientific Inc. Archived 2010-05-25 at the Wayback Machine (PDF ファイル)、CampbellSci.com。
7. アメリカ国立気象局の熱指数。「直射日光に当たると、熱指数が最大 15°F 上昇する可能性があります。」
8. 「サウジアラビアのこの都市は、まもなく前例のない居住不可能な暑さに直面する可能性がある」 Business Insider 2017年7月20日閲覧。
9. bne Gulf bureau (2024年8月29日)、イラン南部で記録的な暑さ指数82.2℃が観測される可能性あり
10. Sherwood, SC; Huber, M. (2010年5月25日). 「熱ストレスによる気候変動への適応限界」 . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 107 (21): 9552–5 . Bibcode : 2010PNAS..107.9552S . doi : 10.1073/ pnas.0913352107 . PMC 2906879. PMID 20439769 .  
11. Dunne, John P.; Stouffer, Ronald J.; John, Jasmin G. (2013). 「温暖化下における熱ストレスによる労働能力の低下」 . Nature Climate Change . 3 (6): 563. Bibcode : 2013NatCC...3..563D . doi : 10.1038/nclimate1827 .
12. 「熱指数」。コロラド州プエブロ：米国国立気象局。
13. Anderson, G. Brooke; Bell, Michelle L.; Peng, Roger D. (2013). 「環境保健研究における曝露指標としての熱指数の算出方法」 . Environmental Health Perspectives . 121 (10): 1111– 1119. doi : 10.1289/ehp.1206273 . PMC 3801457. PMID 23934704 .  
14. ランス・P・ロスファス「暑さ指数の『方程式』（あるいは、暑さ指数についてあなたが知りたかった以上のこと）」科学サービス部（NWS南部地域本部）、1990年7月1日[1]
15. スタル、リチャード (2000). 『科学者とエンジニアのための気象学』第2版. ブルックス/コール. p. 60. ISBN 9780534372149。
16. Romps, David; Lu, Yi-Chuan (2022年8月29日). 「慢性的に過小評価されている：拡張熱波指数を用いた米国の熱波の再評価」 . Environmental Research Letters . 17 (9). Bibcode : 2022ERL....17i4017R . doi : 10.1088/1748-9326/ac8945 . 2024年3月31日閲覧。
17. バーバー、グレゴリー。「米国の猛暑の測定は間違っている」 Wired 。2022年9月21日閲覧。

外部リンク

• 風冷と体感温度の説明メートル法の計算式
• 熱指数計算機°Fと°Cの両方を計算します
• 世界の熱中症指数の現在の地図