1、1高原寒区气候特征与人体保暖需求摘要：高原寒区低压缺氧、地理环境复杂、气候条件十分恶劣，会对人体产生缺氧的刺激，使人对热能有特殊的需求。本文通过分析高原寒区气候特征以及冷环境下人体的生理反应，介绍冷环境下服装的防护功能，以及在高原寒区环境下对服装的特殊要求，进而为高原寒区服装的保暖提供一定的理论指导。 关键词：高原寒区；气候特征；保暖需求 高原寒区是指海拔高且气候寒冷的地区，在我国主要是指青藏高寒区，其中包括西藏、青海、川西等地区。这些地区低压缺氧、地理环境复杂、气候条件十分恶劣，会对人体产生缺氧的刺激，使人对热能有特殊的需求。了解高原寒区气候，并有针对性的分析人体保暖需求，对于高原寒区服装保
2、暖具有十分重要的意义。 一、高原寒区气候特征概述 一般来说，海拔每升高 100 米，气温下降约 0.6。高原寒区海拔均在 3500 米以上，气候寒冷，冬季最低气温达-4O以下，夏季夜间气温也在-6左右。由于高原地区空气稀薄，所以大气对地面的保温作用差，使得该地区昼夜温差较大， 可达 1015。同时，气温降低，空气中的水蒸气含量也随之减少，到海拔 7000 米左右，空气湿度接近零。由于日照时间长、辐射强， 蒸发量一般大于降水量 3 倍左右， 最高达 917倍， 气候非常干燥，空气平均相对湿度为 29%。一般风速年平均在223m/s ， 最大达 34m/s。冬春季（105 月） 多大风， 有的地区
3、几乎每日必有风， 时常夹带沙粒。19712000 近 30 年，我国冬季常见天气平均天数城市排行中，拉萨居第四，大风日为 6.9 天。大风是指瞬时风速达 17m/s 的风，拉萨全年平均大风日为 27.6 天，然而，西藏的四个风区中，藏北地区属于重度危险区，拉萨地区仅为中度危险区，那曲、昌都等地区近 30 年（1971-2000）的全年平均大风日要高出拉萨很多，那曲地区为 99 天。大风常起于午后， 至傍晚始停。所以高原寒区的气候特点是温度低、昼夜温差大、干燥、空气稀薄且风速大。 初到高原地区，在安静状态时，借助于许多生理功能的代偿作用，多数人不会出现异常症状，但是稍微增加体力负荷，不少人就会出
4、现气喘、心跳加速、头痛、头晕等症状，这是由于高原地区空气稀薄，人吸入的空气中氧分压降低，引起缺氧反应的缘故。在低温环境中，为了御寒，人体代谢产热量增加，因此氧消耗量增多，这与吸入气中的氧分压降低是一个很大的矛盾。 综上所述，高原寒冷是缺氧和低温联合作用。二者联合作用使寒冷应激加重，耐受时间显著缩短，更容易发生冻伤和冻僵。由于缺氧和寒冷联合作用的复杂性，使得高原寒冷程度不易判断，人体的耐受限度不容易确定。 二、冷环境下人体的生理特性 （一）人体热平衡原理 人体热舒适最基本的条件是维持人体热平衡，即人体自身产热和向环境散热之间能量交换的平衡。人体与周围环境能量交换的基本热力学3过程可用下式描述：
5、S = M-R-C-E-W 式中：S 为热平衡差；M 为人体代谢产热量；R 为辐射散热；C 为对流散热：E 为蒸发散热；W 为人体对外做功消耗的能量。 人体温度一般恒定在 37左右，人体感觉最舒适的环境温度为2028，而对人体健康最理想的环境温度在 1820之间， 为了保持机体温度与外界的气温的平衡， 人体的产热与散热必需跟外界环境协调，人的热代谢是一个复杂的生理过程。 （二）人体散热方式 冷气候环境条件下，人体的散热方式主要是传导、对流和辐射。传导主要是热量通过某些静止的中间介质向外界传播，其传导速度取决于这些静止的中间介质的传导系数。介质的传导系数大则人体热量散失快，反之则人体热量散失慢；
6、对流主要是热量通过某些流动的介质向外界传播，由于介质的循环流动而将人体的热量带出体外。热量传导速度的快慢取决于介质的流动速度。介质的流动速度快则热量散失快，反之则热量散失慢。辐射主要是热量以热波的形式透过人体的遮蔽层向外传输热量。人体向外辐射热量的大小主要取决于人体遮蔽层对热红外线的反射和阻挡能力。同样如果遮蔽层的防辐射能力强则人体热量损失慢，反之就快。同时，气温越低，人体体表的皮肤温度与外界环境温度相差就越大，人体进行辐射、传导、对流散热就快，对体热的平衡影响也就越大。当这种影响超过一定的范围，人的生理机能就会出现障碍，如出现感觉麻木、反应迟钝、消耗体力、加快疲劳等生理性反应，给野外活动带来
7、4困难。 （三）风和湿度的致冷作用 此外，冷气候条件下风和湿度对人体的体温调节也有一定影响。其中风对人体有致冷作用，可加快人的体热散失。在气温相同的情况下，有风与无风，风大与风小，人的冷感有很大差别。风可以加重人对寒冷的感觉，相当于风有降温的作用，称之为“风降温” 。而湿度的影响一般是湿冷大于干冷，湿度大的环境能加速人的体热散夫，即加快人的蒸发和传导散热。同时，湿度大容易造成局部的冻伤。从物理学角度来看，服装的对流散热和传导散热随着湿度的增大会相应增加。 三、冷环境下服装的防护功能及高原寒区对服装的要求 （一）服装的气候调节作用 在冷气候条件下，人体借助服装的作用与反作用，在人体周围造成一个温
8、暖、干燥、舒适的微气候环境，维持体温的相对恒定，这种作用就是服装的气候调节功能。从外界气候环境对人体的生理影响，服装对人体的保护以及对环境影响的反作用来看，服装的气候调节表现为调温、调湿和调气三个方面。 调温作用就是指通过服装的作用形成一个人体感到舒适的温度环境。人体穿着服装后，由于服装的隔热性，阻挡了热量以辐射、传导和对流等方式散失，使冷环境下人体的散热减少，同时也降低了外界冷气候对人体的直接致冷作用，体热散失减缓，从而起到调节体热、稳定体温的作用。 服装进行调温作用的同时也伴随着调湿和调气的作用，并相互影响。5人体运动或气温升高时，一般有出汗这个生理过程。汗液中含有很多杂质和污物，如果这些
9、物质完全滞留在皮肤或服装气候中，不仅影响皮肤卫生，造成皮肤炎症，而且也影响服装的调温作用。寒冷条件下这些物质的存在，会加大服装气候内的湿度，从而加快人体的体热散失，使人感到更冷。实际上，由于服装的调湿调气作用，这些物质不可能完全滞留在皮肤上或服装气候中。服装的调湿调气作用是通过服装的透气性、吸散湿性来实施具体调节的，通过这两方面的作用，可以获得一个人体感到舒适的气湿和气流环境。 （二）服装的保暖机理 服装保暖机理的研究，实际上是对人体通过服装与环境进行热交换的过程及规律性的探讨。人体的产热与散热的平衡是生命正常延续的必要条件，产热取决于体内的生理生化过程，散热则是通过对流、传导、辐射及体液蒸发
10、等途径进行的。散热的快慢与周围环境的气温、风速、日照、湿度等因素有关，而服装成为人体散热过程中的重要因素，尤其是在低温环境中，服装可以减少人体热量的散失，它的这种功能就是服装的保暖功能。 要保持身体的温度，取决于以下三个方面：（1）环境的温度， （2）服装的保暖能力， （3）自身的产热能力。由于环境条件难以改变，同时在服装的穿着人员又相对固定的情况下，要减少人体热量的散失达到防寒保暖的目的，很明显，最容易的方式就是增加服装的保暖能力，通过服装的穿着来进行调节。服装的保暖性能是三个部分的综合效应： Rt=Rc+Ri+Ro 式中：Rt-服装总热阻，Rc-服装自身热阻，取决于服装材料的热阻，6Ri-
11、人体与服装问空气层热阻，Ro-服装表面滞留的空气层热阻。Rc 即服装材料的热阻是服装保暖力的主体，也是最能主观调节的服装功效因素.服装材料是一种或几种纤维与空气的集合体，材料的保暖力实际上就是这个集合体的综合热阻。 （三）高原寒区的服装要求 通过对高原寒区气候特征和人体在冷环境下的生理反应的分析和对服装保暖原理的研究，针对我国高原寒区气候的特点，对服装有如下要求： 高海拔、缺氧，因此要求服装具有质量轻的特点，以减轻人体负重带来的不便，减少人体体能消耗。 气候严寒，因此要求服装能够达到最低气温下的保暖要求，保暖效果要好，即服装的热阻值要大。 雨雪天气多，因此要求服装防潮防水性能良好。 风大，因此
12、要求外层服装具有良好的防风性，防止“风降温”带来的热量散失，而达不到保暖标准。 温差大，因此要求服装层次搭配良好，具有可拆卸性，增减衣服方便。 参考文献： 1杜军. 西藏高原近 40 年的气温变化J.地理学报， 2001，56（6）：682-690. 2张顺利. 西藏 30 年温度变化的气候特征分析.气象，1997，2. 3张前枝，陈文平.被装装备学M.北京：海潮出版社，2005. 74何惠芳. 武警军需保障理论探要G.解放军出版社.2005，17（52-53）. 5杨翠君，王刚.武警被装品学M.武警工程学院.2006. 6刘维.军服保暖新材料的开发与性能研究D.天津：天津工业大学，2004：1-52 （作者通讯地址：武警工程大学，陕西 西安 710086）
