Agli estremi di calore e umidità che si verificano oggi, l'indice di calore sottostima lo stress che gli esseri umani sperimentano
Se hai guardato l'indice di calore durante le ondate di caldo appiccicose di questa estate e hai pensato: “Sicuramente fa più caldo!”, potresti aver ragione. Un'analisi degli scienziati del clima presso l'University of California, Berkeley, rileva che la temperatura apparente, o indice di calore, calcolata dai meteorologi e dal National Weather Service (NWS) per indicare quanto fa caldo, tenendo conto dell'umidità, sottostima la percezione della temperatura per i giorni più torridi che stiamo vivendo, a volte di oltre 20 gradi Fahrenheit (undici gradi Celsius).
La scoperta ha implicazioni per coloro che soffrono queste ondate di calore, poiché l'indice di calore è una misura di come il corpo affronta la percezione del caldo quando l'umidità è alta e la sudorazione diventa meno efficace nel raffreddarci. Sudorazione e vampate di calore, in cui il sangue viene deviato verso i capillari vicini alla pelle per dissipare il calore, oltre allo spargimento di vestiti, sono i principali modi in cui gli esseri umani si adattano alle temperature calde.
Un indice di calore più alto significa che il corpo umano è più stressato durante queste ondate di calore di quanto i funzionari della sanità pubblica possano realizzare, affermano i ricercatori. Il NWS attualmente considera un indice di calore superiore a 103 pericoloso e superiore a 125 estremamente pericoloso.
Il dottor David M. Romps (1), professore di scienze della terra e planetarie della UC Berkeley, narra che «Il più delle volte, l'indice di calore che ti dà il National Weather Service è il valore giusto. È solo in questi casi estremi che ottengono il numero sbagliato. Il punto in cui conta è quando inizi a mappare l'indice di calore sugli stati fisiologici e ti rendi conto che queste persone sono stressate da una condizione di flusso sanguigno cutaneo molto elevato in cui il corpo sta per esaurire i trucchi per compensare per questo tipo di calore e umidità. Quindi, siamo più vicini a quel limite di quanto pensassimo di essere prima».
Il professor David M. Romps e lo studente laureato Yi-Chuan Lu (2) hanno dettagliato la loro analisi in un documento pubblicato dalla rivista Environmental Research Letters. (3)
L'indice di calore è stato ideato nel 1979 da un fisico tessile, Robert Steadman, che ha creato semplici equazioni per calcolare quella che ha chiamato la relativa “afa” delle condizioni calde e umide, nonché calde e aride, durante l'estate. Lo vedeva come un complemento al fattore di raffreddamento del vento comunemente usato in inverno per stimare quanto fa freddo.
Il suo modello ha preso in considerazione il modo in cui gli esseri umani regolano la loro temperatura interna per ottenere il comfort termico in diverse condizioni esterne di temperatura e umidità, modificando consapevolmente lo spessore degli indumenti o regolando inconsciamente la respirazione, la traspirazione e il flusso sanguigno dal nucleo del corpo alla pelle.
Nel suo modello, la temperatura apparente in condizioni ideali - una persona di taglia media all'ombra con acqua illimitata - è quanto si sentirebbe caldo se l'umidità relativa fosse a un livello confortevole, che Steadman riteneva essere una pressione di vapore di 1.600 pascal.
Ad esempio, al 70% di umidità relativa e 68 F, che è spesso considerata come umidità e temperatura media, una persona si sentirebbe come se fosse 68 F. Ma alla stessa umidità e 86 F, sembrerebbe 94 F.
Da allora l'indice di calore è stato ampiamente adottato negli Stati Uniti, anche dal NWS (National Weather Service), come utile indicatore del comfort delle persone. Ma Steadman ha lasciato l'indice indefinito per molte condizioni che ora stanno diventando sempre più comuni. Ad esempio, per un'umidità relativa dell'80%, l'indice di calore non è definito per temperature superiori a 88 F o inferiori a 59 F. Oggi, le temperature salgono regolarmente sopra i 90 F per settimane in alcune aree, inclusi il Midwest e il sud-est.
Per tenere conto di queste lacune nella carta di Steadman, i meteorologi hanno estrapolato in queste aree per ottenere numeri che, ha detto Romps, sono corretti per la maggior parte del tempo, ma non basati su alcuna comprensione della fisiologia umana.
«Non ci sono basi scientifiche per questi numeri», ha detto Romps. Egli e Yi-Chuan Lu hanno deciso di estendere il lavoro di Steadman in modo che l'indice di calore sia accurato a tutte le temperature e a tutte le umidità comprese tra zero e 100%. «Il tavolo originale aveva una gamma molto breve di temperatura e umidità e quindi una regione vuota in cui Steadman ha detto che il modello umano ha fallito», ha detto Lu. «Steadman aveva la fisica giusta. Il nostro obiettivo era estenderlo a tutte le temperature in modo da avere una formula più accurata».
Una condizione in cui il modello di Steadman si rompe è quando le persone sudano così tanto che il sudore si accumula sulla pelle. A quel punto, il suo modello aveva erroneamente un'umidità relativa sulla superficie della pelle superiore al 100%, cosa fisicamente impossibile.
I professore David M. Romps spiega: «Quello e alcune altre modifiche alle equazioni di Steadman hanno prodotto un indice di calore esteso che concorda con il vecchio indice di calore il 99,99% delle volte, ma rappresenta anche accuratamente la temperatura apparente per regimi al di fuori di quelli originariamente calcolati da Steadman. Quando inizialmente pubblicò la sua scala di temperatura apparente, considerava questi regimi troppo rari di cui preoccuparsi, ma le alte temperature e l'umidità stanno diventando sempre più comuni a causa del cambiamento climatico».
Romps e Lu hanno pubblicato l'equazione dell'indice di calore rivista all'inizio di quest'anno. Nel documento più recente, applicano l'indice di calore esteso alle prime 100 ondate di calore che si sono verificate tra il 1984 e il 2020. I ricercatori trovano per lo più piccoli disaccordi con quanto riportato all'epoca dalla NWS, ma anche alcune situazioni estreme in cui l'indice di calore NWS era lontano.
Una sorpresa è stata che sette delle 10 ondate di calore fisiologicamente più stressanti in quel periodo di tempo erano nel Midwest - principalmente in Illinois, Iowa e Missouri - non nel sud-est, come ipotizzavano i meteorologi. Le maggiori discrepanze tra l'indice di calore NWS e l'indice di calore esteso sono state osservate in un'ampia fascia, dai Grandi Laghi a sud fino alla Louisiana.
Durante l'ondata di caldo del luglio 1995 a Chicago, ad esempio, che ha ucciso almeno 465 persone, l'indice di calore massimo riportato dalla NWS era 135 F, quando in realtà sembrava 154 F. L'indice di calore rivisto all'aeroporto di Midway, 141 F, implica che le persone all'ombra avrebbero sperimentato un flusso sanguigno sulla pelle del 170% al di sopra del normale. L'indice di calore riportato all'epoca, 124 F, implicava solo un aumento del 90% del flusso sanguigno cutaneo. In alcuni punti durante l'ondata di caldo, l'indice di calore esteso implica che le persone avrebbero sperimentato un aumento dell'820% rispetto al normale flusso sanguigno della pelle.
«Non sono un fisiologo, ma molte cose accadono al corpo quando fa davvero caldo», ha detto Romps. «Deviare il sangue alla pelle stressa il sistema perché si preleva il sangue che altrimenti verrebbe inviato agli organi interni e lo si invia alla pelle per cercare di aumentare la temperatura della pelle stessa. Il calcolo approssimativo utilizzato dal NWS, e ampiamente adottato, minimizza inavvertitamente i rischi per la salute delle forti ondate di calore».
Fisiologicamente, il corpo inizia ad andare in tilt quando la temperatura della pelle aumenta per eguagliare la temperatura interna del corpo, generalmente considerata come 98,6 F., dopodiché la temperatura interna inizia ad aumentare. Si pensa che la temperatura interna massima sostenibile sia 107 F, la soglia per la morte per calore. Per gli individui più sani, quella soglia viene raggiunta con un indice di calore di 200 F.
Fortunatamente, l'umidità tende a diminuire all'aumentare della temperatura, quindi è improbabile che la Terra raggiunga quelle condizioni nei prossimi decenni. Condizioni meno estreme, sebbene ancora mortali, stanno tuttavia diventando comuni in tutto il mondo.
«Un indice di calore di 200 F è un limite superiore a ciò che è sopravvissuto», ha detto Romps. «Ma ora che abbiamo questo modello di termoregolazione umana che funziona in queste condizioni, cosa significa effettivamente per l'abitabilità futura degli Stati Uniti e del pianeta nel suo insieme? Ci sono alcune cose spaventose che stiamo guardando».
Il lavoro è stato sostenuto dal programma di ricerca sui sistemi atmosferici del U.S. Department of Energy's Atmospheric attraverso il programma Science's Biological and Environmental Research program (DE-AC02-05CH11231).
Riferimenti:
(1) David M. Romps
(2) Yi-Chuan Lu
(3) Chronically underestimated: a reassessment of US heat waves using the extended heat index
Descrizione foto: La tabella dell'indice di calore a lungo utilizzata (in alto) sottostima la temperatura apparente per le condizioni di calore e umidità più estreme che si verificano oggi (al centro). La versione corretta (in basso) è accurata per l'intera gamma di temperature e umidità che gli esseri umani incontreranno con il cambiamento climatico. - Credit: David Romps and Yi-Chuan Lu, UC Berkeley.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Today’s heat waves feel a lot hotter than heat index implies