熱校正配速計算器 —— WBGT 與熱真正的代價

以 ISO 定義建構 WBGT,而不是用一條有爭議的回歸式;讀出賽事旗號風險等級,並看到熱對真實馬拉松場次造成的可量測損失。

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這是唯一由你自己設定的假設。陽光會把黑球加熱到遠高於氣溫,而黑球在戶外 WBGT 定義中的權重是 0.2 —— 所以這裡顯示的加量會換算成可預期的那幾分之一度 WBGT,並且在下方分解表裡看得見,而不是藏在某個係數裡。

時

分

WBGT
73.5 °F
23.1°C
紅旗 —— 高風險

建議高風險跑者退賽;其他人應放慢到與條件相符。在涼爽天氣裡設定的時間目標,現在已不是正確的目標。

這個數字是怎麼來的
氣溫(乾球)24.0 °C
濕球,由濕度計方程式求解20.08 °C
露點18.2 °C
黑球溫度 = 氣溫 + 你的日照設定33.0 °C
陰影下的 WBGT,加入日照項之前21.26 °C (+1.80)
氣溫 + 露點,教練用的那個數字140 °F

交叉驗證:Stull 2011 年已發表的擬合式給出的濕球是 20.01 °C,與求解值相差 0.08 °C。他的擬合式自述準確度在 −1 至 +0.65 °C 以內,所以這個程度的吻合意味著兩種方法都在正常運作。

熱實際上造成了多少損失(實測)

來自 Ely、Cheuvront、Roberts 與 Montain,Med Sci Sports Exerc 2007:七場馬拉松、各最長 36 年的資料,依 WBGT 分成四分位。下表數字是男子頂尖完賽者相對於賽道紀錄的百分比。那是這篇論文在這個細緻度上所測量的對象 —— 它不是對你的預測,而且該論文發現較慢的跑者受到的影響更大,不是更小。

變慢
+2.8%

相對於論文測到的最涼四分位,5–10 °C

調整後目標
3:35:53

自 3:30:00 起,相當於 353 秒

WBGT 區間頂尖男子,距紀錄 %
5.1–10 °C1.7% ± 1.5
10.1–15 °C2.5% ± 2.1
15.1–20 °C3.3% ± 2
20.1–25 °C4.5% ± 2.3
路跑旗號系統
白旗 —— 寒冷≤ 10 °C (50 °F)
綠旗 —— 低風險≤ 18.3 °C (65 °F)
黃旗 —— 中等風險≤ 22.2 °C (72 °F)
紅旗 —— 高風險≤ 27.8 °C (82 °F)
黑旗 —— 極高風險> 27.8 °C (>82 °F)

歸於 ACSM,以華氏發布:白旗低於 50、綠旗低於 65、黃旗 65–72、紅旗 73–82、黑旗高於 82。各來源對黃/紅邊界是 72 還是 73 °F 的說法不同,所以這裡採用 72 並把差異寫出來,而不是默默挑一個。ACSM 刻意避免把這些訂成嚴格的取消標準。

為什麼本頁不用常見的那條 WBGT 公式:幾乎所有線上計算器都用「WBGT = 0.567·Ta + 0.393·e + 3.94」,並歸於澳洲氣象局。Lemke 與 Kjellstrom(Industrial Health 2012;50:267–278)評估了各種已發表方法,發現無法把該公式追溯到氣象局所引用的參考文獻;他們追到 1976 年 Gagge 與 Nishi 的一個關係式,而它與該公式不同,且是針對「室內」條件擬合、沒有日照與風速項。他們的結論是:氣象局的公式是錯的,而建立在它之上的研究需要重新評估。他們建議戶外 WBGT 採用 Liljegren 等人(2008)—— 那是一個需要太陽輻照度與風速的熱力學模型,而天氣 App 並不提供這些。所以本頁改為從 ISO 定義建構 WBGT,並把每一個代換都顯示出來。

這一切之後,實用原則仍然成立:在熱天,按感受跑,讓配速是多少就是多少。資料毫無疑義的只有三件事 —— 熱會讓你變慢、對較慢的跑者代價更大,而且代價隨 WBGT 上升而增加。

計算方式

WBGT = 0.567·Ta + 0.393·e + 3.94

完整推導與適用範圍見下方「方法與依據」。

方法與依據

這一節說明上面的數字是怎麼來的,以及什麼情況下不該照著它做。

先說其他地方錯在哪

幾乎所有線上 WBGT 計算器用的都是這條:

WBGT = 0.567·Ta + 0.393·e + 3.94

並歸於澳洲氣象局。Lemke 與 Kjellstrom 評估了各種由一般氣象資料推導 WBGT 的已發表方法(《Industrial Health》2012;50:267–278),結果無法把這條公式追溯到氣象局為它所引用的參考文獻。他們追到 1976 年 Gagge 與 Nishi 的一個關係式,發現氣象局的版本與它不同,並指出原始式是針對室內條件擬合的,沒有日照輻射項、也沒有風速項。

他們的結論是:氣象局發布的公式是錯的,而建立在它之上的研究需要重新評估。對於戶外 WBGT,他們建議採用 Liljegren 等人(2008)—— 一個需要太陽輻照度與風速的熱力學模型,而這些是任何天氣 App 都不會給你的。

所以本頁不用它。本頁改為從定義建構這個數字,並把每一個代換都顯示給你看。

這裡的數字是怎麼建出來的

ISO 7243 把 WBGT 定義為三支溫度計的加權和:

WBGT = 0.7·T_nwb + 0.2·T_g + 0.1·T_a —— 戶外、有日照 WBGT = 0.7·T_nwb + 0.3·T_g —— 陰影處或室內

其中 T_nwb 是自然通風濕球、T_g 是黑球、T_a 是一般氣溫。兩個代換把它變成你能從天氣預報算出來的東西:

濕球。**當有空氣流過它時 —— 而跑步保證了這一點 —— 自然通風濕球會趨近濕度計濕球。而那一個在這裡不是近似,是**求解出來的:濕度計關係式 e_s(T_wb) = e + A·p·(T_a − T_wb) 恰好只有一個根,本頁用二分法把它找出來。

黑球。在陰影下它等於氣溫。在日照下它會遠高於氣溫,而高多少取決於太陽負荷 —— 所以與其把它藏在某個擬合係數裡,它成為你自己設定的那一個輸入。每個日照選項會給黑球加上一個明確的度數,而因為黑球在戶外的權重只有 0.2,你可以在分解表裡看到你的選擇在 WBGT 上究竟值多少。全日照對最終數字大約加 3 °C,不是 15 °C。

分解表還印出一個交叉驗證:Stull 2011 年已發表的單一運算式濕球擬合,以及它與求解值的差距。Stull 自述其擬合準確度在 −1 至 +0.65 °C 以內、平均絕對誤差低於 0.3 °C。在跑者實際比賽的範圍內 —— 0 至 40 °C、濕度 20 至 99% —— 這裡的兩種方法吻合在 0.73 °C 以內。兩者會嚴重分歧的地方是「又冷又乾」那個角落,而那正是 Stull 自己從有效範圍中排除的區域,也是本計算器拒絕進入的區域。

旗號系統

旗號WBGT指引怎麼說
白旗< 10 °C(50 °F)風險是失溫倒下,不是熱
綠旗< 18.3 °C(65 °F)倒下仍可能發生;熱不是限制因素
黃旗18.3–22.2 °C(65–72 °F)高風險跑者放慢;向全場提醒
紅旗22.2–27.8 °C(73–82 °F)高風險跑者退賽;其他人放慢
黑旗> 27.8 °C(82 °F)取消比賽,或建議自願退賽
關於這張表有兩點說明。各來源對黃/紅邊界是 72 還是 73 °F 的說法不同,所以這裡採用 72 並把差異寫出來,而不是默默挑一個。另外,ACSM 刻意避免把這些訂成嚴格的取消標準 —— 它們是建議,而一位賽事總監在權衡時要考慮的東西,比一個數字多得多。

熱可量測的代價

這是多數計算器開始憑空發明東西的地方。並不存在一條經過驗證、針對個別跑者的熱配速校正公式,所以本頁給你的不是公式,而是量測。

Ely、Cheuvront、Roberts 與 Montain(《Med Sci Sports Exerc》2007;39(3):487–493)取了七場馬拉松的成績 —— 波士頓、紐約、Twin Cities、Grandma's、Richmond、Hartford 與溫哥華 —— 各最長涵蓋 36 年,並把這些場次依 WBGT 分成四分位。對男子頂尖完賽者而言,相對於賽道紀錄的成績是:

WBGT頂尖男子,距賽道紀錄 %
5.1–10 °C1.7% ± 1.5
10.1–15 °C2.5% ± 2.1
15.1–20 °C3.3% ± 2.0
20.1–25 °C4.5% ± 2.3
請讀那些標準差。它們與各區間之間的差距同一個量級,而這就是誠實的總結:趨勢是真實且一致的,但任何單一場次都可能落在任何位置。

本頁提供的校正量,是你所在區間與論文測到的最涼區間之間的差距 —— 從最涼到最熱大約 2.8%。對一場三小時的馬拉松來說,那是五分鐘。

這個數字有三件事它不是:

它不是對個人的預測。它是真實馬拉松場次最前端所發生的事,經過數十年平均。

對多數人而言它低估了。該論文發現較慢的跑者受到的影響比快的更大。論文中確實有第 25、50、100、300 名完賽者的各四分位數字,但本頁能取得的版本來自二手部落格而非原始來源,所以此處不予重製。如果你是三小時以上的馬拉松跑者,熱對你的真實代價比上表更大。

它在資料的邊緣就停下。在 5 至 25 °C WBGT 之外,本頁完全不提供校正。把一個實測關係外推到資料之外,正是其他計算器上那些數字被憑空造出來的方式。

比賽當天真正會改變的事

本頁上最沒用的東西就是那串算術。真正重要的是:

按感受跑,不要按配速跑。隨著溫度上升,同樣的工作量會讓心率更高,而你的目標配速是在不同的空氣裡設定的。在熱天馬拉松裡爆掉的跑者,幾乎都是那些撐著目標配速過半程的人。

濕度是被忽略的另一半。30 °C、濕度 30% 時,你仍然能蒸發汗水。30 °C、濕度 85% 時你不能,而這是生理上的差別,不是舒適度的差別。這也是為什麼露點比氣溫告訴你更多 —— 以及為什麼本頁主打的數字是一個濕球,而不是一支溫度計的讀數。

熱適應比任何配速校正都值錢。十到十四天的熱暴露會產生可量測的適應:血漿量增加、出汗更早啟動、汗液鈉濃度下降。它是這裡唯一一個改變生理、而不只是管理生理的干預。

旗號可能低估風險。本計算器由你的日照設定算出黑球溫度,而真實比賽中的真實黑球可能比這裡提供的任何選項都更熱 —— 無風的路面加上反光表面是最糟的情況。

它與本站其他工具的關係

熱指數計算器 處理熱的「體感溫度」那一側,關心的是舒適度與一般風險,而不是運動。流汗率計算器 才是「該喝多少」的去處 —— 補液問題與配速問題是分開的,而會讓你變慢的條件,同時也是最難估算你流汗率的條件。至於未經校正的目標配速,跑步配速計算器 負責那串算術。

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