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■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aLu,  Yi-Chuan.
■24510▼aThe  Heat  Index:  An  Apparent  Temperature  that  Maps  Climate  to  Human  Physiology▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bUniversity  of  California,  Berkeley.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(104  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-06,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Romps,  David  M.;Muller,  Holger.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Berkeley,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aThe  heat  index  is  an  apparent  temperature  that  measures  how  hot  it  feels  when  humidity  is  factored  in  with  the  actual  air  temperature.  Defined  in  1979  by  Robert  Steadman,  the  heat  index  is  based  on  a  model  of  human  thermoregulation,  and  each  value  maps  to  a  unique  physiological  and  behavioral  state  of  the  human.  The  heat  index  thus  defined  is  widely  used  by  weather  agencies  to  communicate  the  health  risk  associated  with  high  heat  and  humidity.  However,  Steadman's  model  gives  unphysical  results  at  sufficiently  high  temperature  and  humidity,  leading  to  an  undefined  heat  index.  In  the  1970s,  instances  of  an  undefined  heat  index  were  uncommon,  but  global  warming  is  increasing  the  frequency  of  conditions  that  leads  to  an  undefined  heat  index.  In  this  dissertation,  the  problem  with  the  model  is  identified  and  fixed,  allowing  the  heat  index  to  be  defined  for  all  temperature  and  humidity.  Similar  to  the  existing  heat  index,  the  extended  part  also  maps  to  physiological  states  of  a  human  under  extreme  heat  stress,  such  as  hyperthermia  or  heat  death,  providing  a  tool  to  assess  the  regional  health  outcomes  at  different  levels  of  global  warming.Before  the  problem  with  the  model  is  fixed,  weather  agencies  relied  on  a  widespread  polynomial  extrapolation  designed  by  the  National  Weather  Service  to  estimate  the  heat  index  at  high  temperature  and  humidity.  Now,  with  the  extended  heat  index,  we  have  an  opportunity  to  reassess  past  heat  waves  in  the  United  States.  In  this  dissertation,  three-hourly  temperature  and  humidity  are  used  to  evaluate  the  extended  heat  index  over  the  contiguous  United  States  during  the  years  1984  to  2020.  It  is  found  that  the  99.9th  percentile  of  the  daily  maximum  heat  index  is  highest  over  the  Midwest.  Identifying  and  ranking  heat  waves  by  the  spatially  integrated  exceedance  of  that  percentile,  the  Midwest  once  again  stands  out  as  home  to  the  most  extreme  heat  waves,  including  the  top-ranked  July  2011  and  July  1995  heat  waves.  The  extended  heat  index  can  also  be  used  to  evaluate  the  physiological  stress  induced  by  heat  and  humidity.  It  is  found  that  the  most  extreme  Midwest  heat  waves  tax  the  cardiovascular  system  with  a  skin  blood  flow  that  is  elevated  several  fold,  approaching  the  physiological  limit.  These  effects  are  not  captured  by  the  National  Weather  Service's  polynomial  extrapolation,  which  underestimates  the  heat  index  by  as  much  as  10  K  during  severe  heat  waves.Another  long-lasting  problem  of  the  heat  index  is  that  it  has  never  been  validated  against  laboratory  data.  In  this  dissertation,  we  use  the  laboratory  data  obtained  by  physiologists  at  Penn  State,  showing  that  the  model  underlying  the  heat  index  can  correctly  predict  the  combinations  of  temperature  and  humidity  that  cause  hyperthermia.  This  is  the  first  time  the  heat-index  model  has  been  validated  against  physiological  data  from  laboratory  experiments.  For  light  and  moderate  exertion  in  an  indoor  setting,  the  heat-index  model  predicts  hyperthermia  would  occur  at  the  heat-index  value  of  345  K,  consistent  with  the  experimental  results.  For  the  same  setting  and  exertion,  the  heat-index  model  predicts  the  core  body  temperature  would  equilibrate  at  the  fatal  value  of  315  K  at  the  heat-index  value  of  366  K,  establishing  a  heat-index  threshold  for  the  survivability  of  humans.Global  warming  poses  a  direct  threat  to  human  health.  Many  previous  studies  of  future  impacts  have  relied  on  the  wet-bulb  temperature,  defined  as  the  equilibrium  temperature  of  a  wet  thermometer  under  an  infinite  wind,  to  predict  human  survivability.  However,  the  wet-bulb  temperature  is  not  an  accurate  metric  for  human  heat  stress  because  it  does  not  account  for  human  exertion,  finite  wind  speed  and  radiation  heat  exchange.  With  the  laboratory-validated  heat  index,  we  find  that  a  commonly  used  survivability  threshold  of  35  °C  for  wet-bulb  temperature  would  overestimate  the  occurrence  of  heat  death,  but  would  underestimate  the  occurrence  of  hyperthermia.  For  example,  in  a  world  warmer  than  pre-industrial  by  10  K,  the  best  estimate  is  that  30%  of  the  world's  population  would  be  exposed  once  or  more  per  year  to  a  wet-bulb  temperature  above  35  °C,  but  less  than  2%  would  be  exposed  to  fatal  conditions  and  over  60%  would  be  exposed  to  conditions  that  would  cause  hyperthermia.
■590    ▼aSchool  code:  0028.
■650  4▼aPhysics.
■650  4▼aClimate  change.
■650  4▼aPhysiology.
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■71020▼aUniversity  of  California,  Berkeley▼bPhysics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-06B.
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■790    ▼a0028
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16932478▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
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