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冬季體感溫度計算機(由氣溫和風速算風寒效應)

請輸入氣溫和風速。會以 °C、°F、K 算出風寒效應(吹風造成的冬季體感溫度),並顯示風速與體感溫度關係的圖表。

美國 NWS 公式原本的適用範圍是「氣溫 10°C 以下、風速約 1.34 m/s 以上」。超出範圍也會當作參考計算,但結果會標示「超出參考範圍」(特別是接近無風時,會得到比輸入的氣溫還暖的值,詳細請看下方「公式」的解說)。
計算結果與圖表
在左邊的輸入欄填入氣溫和風速,按下「計算」,結果就會顯示在這裡。

這個頁面可以做什麼

  • 只要輸入氣溫和風速,馬上就能知道美國 NWS(國家氣象局)方式的風寒效應(吹風造成的冬季體感溫度)
  • 風速除了中央氣象署天氣預報使用的 m/s 之外,也支援 km/h、mph、節(氣溫支援 °C、°F、K)
  • 結果會以 °C、°F、K 三種單位顯示
  • 用圖表一眼就能看出「同樣的氣溫,風大時體感溫度會下降多少」
  • 公式的淺顯解說,以及可直接複製到 Excel、Google 試算表、Python 的公式,也都整理在這個頁面
本頁的風寒效應(Wind Chill)是美國 NWS 使用的冬季體感溫度指標,原本的適用範圍是「氣溫 10°C(50 °F)以下、風速約 1.34 m/s(3 mph)以上」。超出範圍的輸入也能當作參考計算,但結果會標示「超出參考範圍」。夏季悶熱時的體感溫度,請使用姊妹頁面「體感溫度計算機(熱指數)」。

這個計算有什麼用?

冬天通勤、上學時,把風算進去決定「今天要穿什麼」

「氣溫 10°C,穿上週那件外套就好了吧」——忽略了風,這個判斷有時會出錯。寒流來襲、氣溫 10°C 時,如果東北季風吹到風速 5 m/s,風寒效應約 7.6°C;風速 8 m/s 時約 6.7°C,已經接近中央氣象署低溫特報橙燈(6°C)的冷。
只要把天氣預報的「氣溫」和「風速」輸入本頁,就能用數字判斷今天要不要加圍巾和手套。

估算上合歡山賞雪時的寒冷

寒流帶來水氣時,合歡山等高山可能降雪。山上氣溫 −2°C,無風時還撐得住,但吹起風速 10 m/s 的風時,風寒效應約相當於 −9.7°C。下車拍照、等日出時身體不太動又一直吹風,特別容易著涼。
可以事先依山區的預報(氣溫和風速),準備毛帽、手套、防風外套,減少皮膚外露、把脖子包好。

用數字掌握冬季登山稜線上強風的危險

冬季高山的稜線上,風速 15 m/s 的風並不少見。即使氣溫 −10°C,風寒效應也約相當於 −22.1°C;若氣溫再降到 −15°C(國外的冬季高山並不少見),就約 −29.0°C,達到裸露皮膚 30 分鐘內就可能凍傷的程度(美國 NWS 參考為風寒效應 −28°C 以下)(這個公式假設皮膚乾燥、在陰涼處,不考慮潮濕和日照)。
不只看「山頂氣溫」,也結合「稜線的風速預報」估算體感溫度,是判斷裝備和是否撤退的依據之一。實際登山的判斷,請一併參考氣象預報和登山的專業資訊,並留意失溫的風險。

估算騎機車、腳踏車通勤時「迎面風」的寒冷

即使是無風的日子,以時速 30 公里騎車,也等於自己迎著風速約 8.3 m/s 的逆風。寒流的早上氣溫 10°C 時,騎車中的體感約 6.6°C;氣溫 8°C 時更會降到約 4.0°C。
「出門時還好,一騎上路手就凍得發痛」的原因就是迎面風。用數字就能確認,為什麼防風手套、擋風外套是機車族冬天的必需品。

把天氣預報的「風大更冷」換成數字

東北季風增強時,常聽到「北部、東北部及沿海風大,體感溫度更低」。用本頁就能把它換成數字:例如氣溫 6°C(低溫特報橙燈的標準)、海邊風速 8 m/s 時,風寒效應約 1.5°C,和無風的 6°C 體感相差約 4.5°C。
美國、加拿大、日本北部等地的天氣 App 上出現的「Wind Chill」「Feels like(體感溫度)」冬季數值正是這個指標,冬天到寒冷地區旅遊時,也能直接用來挑選衣物。

公式與圖表

風寒效應的公式(NWS 2001 年公式)
圖表
數學寫法 (一般的數學式)
\(WCT\) \(=\) \(35.74\) \(+\) \(0.6215\,T\) \(-\) \(35.75\,V^{0.16}\) \(+\) \(0.4275\,T\,V^{0.16}\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
⑤ 體感溫度 \(WCT\) \(=\) ① 常數 \(35.74\) \(+\) ② 氣溫項 \(-\) ③ 風速項 \(+\) ④ 氣溫×風速項
用文字讀公式
① 在 常數 \(35.74\) 上
② 加上 氣溫項 \(0.6215 \times T\)(\(T\)=華氏氣溫) ,
③ 減去 風速項 \(35.75 \times V^{0.16}\)(\(V\)=以 mph 表示的風速) ,
④ 再加上 氣溫×風速項 \(0.4275 \times T \times V^{0.16}\) ,
⑤ 就得到 風寒效應 \(WCT\)(°F)
簡單範例
氣溫 0°C(華氏 32 °F)、風速 10 m/s(約 22.37 mph,\(V^{0.16} \approx 1.644\))時的風寒效應:
體感溫度 \(WCT\) \(=\) 常數(35.74) \(+\) 氣溫項(19.888) \(-\) 風速項(58.78) \(+\) 氣溫×風速項(22.49)
\(35.74 + 19.888 - 58.78 + 22.49 \approx 19.34\ \ (^\circ F)\)
\((19.34 - 32) \times \dfrac{5}{9} \approx -7.0\ \ (^\circ C)\)
思考重點
這個公式,是把風從皮膚帶走熱量的速度(臉部的熱損失模型),配合風洞實驗和人體實驗的資料建立的經驗公式。公式以華氏(°F)和 mph(英里每小時)建立,所以攝氏的氣溫和 m/s 的風速,要先用下面的換算公式換算後再代入。 原本的適用範圍是「氣溫 50 °F(10°C)以下、風速 3 mph(約 1.34 m/s)以上」。超出範圍時,把值代入公式也能算出結果,但能當作有意義參考的只有這個範圍內。特別是無風(\(V = 0\))時,\(V^{0.16} = 0\),只剩下 \(WCT = 35.74 + 0.6215T\),在公式針對的氣溫(50 °F=10°C 以下)一定會得到比輸入的氣溫還暖的值。這是在「風速 3 mph 以上」的適用範圍之外使用公式時出現的特殊情況,本頁的計算機也會照樣套用公式,並註明「超出參考範圍」。 順帶一提,「10°C 以下」也正好是中央氣象署發布低溫特報的「低溫」標準(平地氣溫降至攝氏 10 度以下),寒流來襲時正是這個公式派得上用場的時候。
單位換算(°C → °F、m/s → mph)
圖示
數學寫法 (一般的數學式)
\(T_{\mathrm{F}}\) \(=\) \(T_{\mathrm{C}}\) \(\times\) \(\dfrac{9}{5}\) \(+\) \(32\)
\(V_{\mathrm{mph}}\) \(=\) \(V_{\mathrm{m/s}}\) \(\times\) \(3600\) \(\div\) \(1609.34\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
④ 華氏氣溫 \(T_{\mathrm{F}}\) \(=\) ① 攝氏氣溫 \(T_{\mathrm{C}}\) \(\times\) ② 刻度寬度比 \(9/5\) \(+\) ③ 冰點的差 \(32\)
⑧ 以英里每小時表示的風速 \(V_{\mathrm{mph}}\) \(=\) ⑤ 以秒速表示的風速 \(V_{\mathrm{m/s}}\) \(\times\) ⑥ 1 小時的秒數 \(3600\) \(\div\) ⑦ 1 英里的公尺數 \(1609.34\)
用文字讀公式
① 把 攝氏氣溫 \(T_{\mathrm{C}}\)(手邊要換算的氣溫,°C)
② 乘以 刻度寬度比 \(9/5\)(攝氏的 1 度,在刻度較細的華氏相當於 1.8 度) ,讓刻度的寬度一致,
③ 再加上 冰點的差 \(32\)(水結冰的溫度在攝氏是 0 度,在華氏是 32 度) ,讓刻度的位置一致,
④ 就得到 華氏氣溫 \(T_{\mathrm{F}}\)(°F) 。
⑤ 把 以秒速表示的風速 \(V_{\mathrm{m/s}}\)(1 秒前進幾公尺的速度,也就是中央氣象署天氣預報的風速)
⑥ 乘以 1 小時的秒數 \(3600\) ,換成「1 小時前進幾公尺」,
⑦ 再除以 1 英里的公尺數 \(1609.34\) ,換成「1 小時前進幾英里」,
⑧ 就得到 以英里每小時表示的風速 \(V_{\mathrm{mph}}\)(mph) (合起來約為 2.237 倍)
簡單範例
把氣溫 5°C、風速 8 m/s 換成風寒效應公式使用的單位(°F、mph):
華氏氣溫(41 °F) \(=\) 攝氏氣溫(5) \(\times\) 刻度寬度比(9/5) \(+\) 冰點的差(32)
以英里每小時表示的風速(約 17.90 mph) \(=\) 以秒速表示的風速(8) \(\times\) 1 小時的秒數(3600) \(\div\) 1 英里的公尺數(1609.34)
\(5 \times \dfrac{9}{5} + 32 = 9 + 32 = 41\ \ (^\circ F)\)
\(8 \times 3600 \div 1609.34 = 28800 \div 1609.34 \approx 17.90\ \ (\mathrm{mph})\)
思考重點
風速的換算以「1 英里=1609.34 公尺」為基準。把 m/s 的值乘以 3600(1 小時的秒數)換成公尺,再除以 1609.34,就是 mph(1 小時前進幾英里的速度)(合起來約為 2.237 倍)。 由 km/h 換算是 \(V_{\mathrm{mph}} = V_{\mathrm{km/h}} \div 1.60934\),由節換算是 \(V_{\mathrm{mph}} = V_{\mathrm{kn}} \times 1.15078\)(1 節=1 小時前進 1 海里=1852 公尺的速度)。中央氣象署天氣預報的風速用 m/s(公尺/秒),所以本頁的計算機以 m/s 為預設。
風寒效應是「由氣溫和風速求出的美國 NWS 方式冬季體感溫度」。風越強,身體的熱被帶走越多,體感溫度就越低。原本的適用範圍是氣溫 10°C 以下、風速約 1.34 m/s 以上;夏季悶熱(濕度)的體感溫度,則由姊妹頁面的熱指數負責。

符號與用語解說

符號

\(WCT\) 風寒效應(Wind Chill Temperature)。由氣溫和風速求出的冬季體感溫度指標,公式以華氏(°F)計算。本頁的計算機也會自動換算成 °C 和 K。
\(T\) 氣溫。風寒效應的公式使用華氏(°F)(攝氏的氣溫要先用換算公式換成華氏再代入)。
\(V\) 風速。風寒效應的公式使用 mph(英里每小時)(天氣預報的 m/s 要先用換算公式換成 mph 再代入)。
\(V^{0.16}\) 風速 \(V\) 的 0.16 次方。因為指數比 1 小,風速變成 2 倍時效果並不會變成 2 倍,風越強,「多增加的 1 m/s」的影響就越緩和。Excel 用「^」、Python 用「**」就能計算 \(V^{0.16}\)。

用語

風寒效應 以溫度的形式表示吹風使體感溫度下降的效果(風寒),也叫風寒指數。本頁的公式,是美國 NWS(國家氣象局)和加拿大氣象機構在 2001 年共同採用的,根據在風中行走的人臉部熱損失模型,以及風洞實驗、人體實驗的資料。它假設在陰涼處、身體乾燥的狀態,不考慮日照和潮濕(汗水、雨水)。
體感溫度 不是溫度計的氣溫,而是表示「人實際感受到的冷熱」的溫度。冬天風越強,身體周圍那層被暖過的空氣就越容易被吹走,熱被帶走,所以同樣的氣溫會覺得更冷。風寒效應把「冬天的風」的效果寫成公式,姊妹頁面的熱指數則把「夏天的濕度」的效果寫成公式。
節 船舶、航空、氣象使用的速度單位(knot,kt)。1 節是 1 小時前進 1 海里(1852 公尺)的速度,約 0.514 m/s=1.15078 mph。天氣圖上的風速有時用節表示。
英里每小時
(mph)
美國使用的速度單位。1 英里約 1609.34 公尺,1 mph 約 0.447 m/s=約 1.609 km/h。風寒效應的公式以 mph 接收風速。
華氏
(°F)
美國使用的溫度單位。水結冰的溫度是 32 °F,沸騰的溫度是 212 °F。和攝氏的換算是 °F = °C × 9/5 + 32。
克耳文
(K)
科學上使用的絕對溫度單位,也叫克氏溫標,等於攝氏加上 273.15(0°C = 273.15 K)。
凍傷 皮膚或皮下組織凍結而受傷。美國 NWS 認為風寒效應越低,裸露的皮膚越容易在短時間內凍傷,因此用風寒效應來提醒民眾(例如:−28°C 以下時,30 分鐘內就可能凍傷)。
失溫 身體核心溫度降到 35°C 以下的狀態,醫學上稱為低體溫症。寒冷和風持續帶走身體的熱就可能發生,登山時也常聽到。判斷保暖時,不只要看氣溫,也要把風(體感溫度)一起考慮。
經驗公式 不是只靠理論算出來的公式,而是決定係數使它符合實驗、觀測資料的公式。風寒效應公式的 4 個係數(35.74、0.6215、35.75、0.4275)也是由實驗資料決定的,在適用範圍之外不會得到有意義的值。

建議先了解的基礎知識

為了能「真正理解意義」地使用這個頁面的計算,這裡整理了建議事先了解的基礎知識。

代數式與代入(國中一年級,12~13 歲)
  • 能把數值代入公式中的 \(T\) 和 \(V\) 來計算
  • 能遵守先乘除、後加減等計算順序
正負數(國中一年級,12~13 歲)
  • 能做包含零下氣溫(如 −10°C)的加法、減法、乘法
速率與單位換算(國小六年級起,11 歲~)
  • 能像「m/s → km/h 是 3.6 倍(1 小時=3600 秒所以乘 3600,公尺 → 公里所以除以 1000)」這樣換算速率的單位
溫度的單位(國中自然科學起)
  • 知道溫度有攝氏(°C)、華氏(°F)、克耳文(K)等多種單位,可以用公式互相換算
指數(國中一年級~高中)
  • 像 \(V^{0.16}\) 這種「小數指數」是高中的內容,但只要大致了解意思(比 1 小的指數增加得比較緩和)就夠了,計算本身可以交給計算機、Excel 或 Python

用 Excel 計算的方法

把下方表格整個複製,貼到 Excel 的 A1 儲存格就能直接使用。
用「風寒效應的公式(NWS 2001 年公式)」求體感溫度的表格
氣溫(°C) 0
風速(m/s) 10
氣溫(°F) =B1*9/5+32
風速(mph) =B2*3600/1609.34
風寒效應(°F) =35.74+0.6215*B3-35.75*B4^0.16+0.4275*B3*B4^0.16
風寒效應(°C) =(B5-32)*5/9
「攝氏 → 華氏」換算表
攝氏氣溫(°C) 5
華氏氣溫(°F) =B1*9/5+32
「m/s → mph」換算表
風速(m/s) 8
風速(mph) =B1*3600/1609.34
貼上之後,B1、B2 就是輸入欄,下方的儲存格會自動算出結果。
第 1 個表格,和本頁計算機一樣,是先把攝氏、m/s 的輸入換算成華氏、mph,再代入 NWS 公式。以範例值(氣溫 0°C、風速 10 m/s),B5 會顯示約 19.34(°F),B6 顯示約 −7.0(°C)。
風速為 0(無風)時也不會出現錯誤,但超出公式適用範圍(氣溫 10°C 以下、風速約 1.34 m/s 以上)的值請僅作參考。
第 2、3 個表格只是單位換算的表格,以範例值會得到華氏 41(°F)、約 17.90(mph)。

用 Google 試算表計算的方法

把下方表格整個複製,貼到 Google 試算表的 A1 儲存格就能直接使用。
用「風寒效應的公式(NWS 2001 年公式)」求體感溫度的表格
氣溫(°C) 0
風速(m/s) 10
氣溫(°F) =B1*9/5+32
風速(mph) =B2*3600/1609.34
風寒效應(°F) =35.74+0.6215*B3-35.75*B4^0.16+0.4275*B3*B4^0.16
風寒效應(°C) =(B5-32)*5/9
「攝氏 → 華氏」換算表
攝氏氣溫(°C) 5
華氏氣溫(°F) =B1*9/5+32
「m/s → mph」換算表
風速(m/s) 8
風速(mph) =B1*3600/1609.34
和 Excel 相同的公式可以直接使用(乘方的「^」也一樣)。把整個表格複製後貼到 A1 儲存格,再把輸入欄改成您自己的數值即可。

用 Python 計算的方法

air_temperature_c = 0     # 氣溫(°C)
wind_speed_ms = 10        # 風速(m/s)

t_f = air_temperature_c * 9 / 5 + 32       # 換算成華氏(°F)
v_mph = wind_speed_ms * 3600 / 1609.34     # 換算成 mph(英里每小時)

v_pow = v_mph ** 0.16                      # 風速的 0.16 次方(無風=0 時為 0)
wind_chill_f = 35.74 + 0.6215 * t_f - 35.75 * v_pow + 0.4275 * t_f * v_pow

wind_chill_c = (wind_chill_f - 32) * 5 / 9
wind_chill_k = wind_chill_c + 273.15
print(f"風寒效應(體感溫度):{wind_chill_c:.1f} °C({wind_chill_f:.1f} °F / {wind_chill_k:.1f} K)")
只用標準功能就能執行(也不需要 import)。先把攝氏、m/s 的輸入換算成華氏、mph,再代入 NWS 2001 年公式。把開頭的氣溫和風速改掉後執行即可。如果手邊的風速是 km/h,可以改成「wind_speed_ms = 時速的值 / 3.6」。

用 LaTeX 等數學式語言的寫法(可直接複製)

風寒效應的公式(NWS 2001 年公式)
WCT = 35.74 + 0.6215\,T - 35.75\,V^{0.16} + 0.4275\,T\,V^{0.16}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <mi>WCT</mi>
    <mo>=</mo>
    <mn>35.74</mn>
    <mo>+</mo><mn>0.6215</mn><mi>T</mi>
    <mo>&#x2212;</mo><mn>35.75</mn><msup><mi>V</mi><mn>0.16</mn></msup>
    <mo>+</mo><mn>0.4275</mn><mi>T</mi><msup><mi>V</mi><mn>0.16</mn></msup>
  </mrow>
</math>
WCT = 35.74 + 0.6215 T - 35.75 V^0.16 + 0.4275 T V^0.16
wct = 35.74 + 0.6215*t - 35.75*v^0.16 + 0.4275*t*v^0.16
WCT := 35.74 + 0.6215*T - 35.75*V^0.16 + 0.4275*T*V^0.16;
WCT = 35.74 + 0.6215*T - 35.75*V^0.16 + 0.4275*T*V^0.16;
WCT = 35.74 + 0.6215T - 35.75V^0.16 + 0.4275T V^0.16
單位換算(°C → °F、m/s → mph)
°F = °C × 9/5 + 32、mph = m/s × 3600 ÷ 1609.34
T_{\mathrm{F}} = T_{\mathrm{C}} \times \dfrac{9}{5} + 32, \quad V_{\mathrm{mph}} = V_{\mathrm{m/s}} \times \dfrac{3600}{1609.34}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <msub><mi>T</mi><mi>F</mi></msub>
    <mo>=</mo>
    <msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub>
    <mo>&#x00D7;</mo>
    <mfrac><mn>9</mn><mn>5</mn></mfrac>
    <mo>+</mo><mn>32</mn>
    <mo>,</mo>
    <msub><mi>V</mi><mtext>mph</mtext></msub>
    <mo>=</mo>
    <msub><mi>V</mi><mtext>m/s</mtext></msub>
    <mo>&#x00D7;</mo>
    <mfrac><mn>3600</mn><mn>1609.34</mn></mfrac>
  </mrow>
</math>
T_F = T_C * 9/5 + 32,  V_"mph" = V_"m/s" * 3600/1609.34
tf = tc*9/5 + 32; vmph = vms*3600/1609.34
TF := TC*9/5 + 32; Vmph := Vms*3600/1609.34;
TF = TC*9/5 + 32; Vmph = Vms*3600/1609.34;
T_F = T_C × 9/5 + 32, V_mph = V_ms × 3600/1609.34

請 ChatGPT  幫忙計算的方法

你是氣象計算的助理。請務必實際執行 Python 程式碼來進行下面的計算,並只以執行結果的數值作為回答的依據(不要用心算或推測回答)。

請求出氣溫 0°C、風速 10 m/s 時的風寒效應(美國 NWS 2001 年公式的 Wind Chill Temperature)。
計算步驟:
1. 把氣溫換算成華氏(°F = °C × 9/5 + 32)
2. 把風速換算成 mph(mph = m/s × 3600 ÷ 1609.34)
3. 計算 NWS 公式 WCT = 35.74 + 0.6215T − 35.75V^0.16 + 0.4275T·V^0.16(T=°F,V=mph)
4. 結果請同時以 °F 和 °C 表示

請列出計算所用的公式,以及執行結果的數值。

使用方法
  1. 1
    輸入數值
    在輸入欄中輸入要計算的數值
  2. 2
    計算
    按下「計算」按鈕
  3. 3
    查看結果
    計算結果會立即顯示。計算的思路和公式的解說,也都能在同一個頁面查看
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