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2025 , Vol. 45 >Issue 5: 928 - 936

DOI: https://doi.org/10.13284/j.cnki.rddl.20230772

健康地理

2021年甘肃黄河石林和云南哀牢山失温事故的热平衡理论分析

  • 龙佳 ,
  • 董铭 ,
  • 苏怀
展开
  • 云南师范大学 地理学部 低纬高原环境变化云南省高校重点实验室，昆明 650500
董铭（1976—），女，吉林白山人，副教授，研究方向为环境演变、数字地貌与模拟研究，（E-mail）。

龙佳（1996—），女，安徽安庆人，硕士研究生，研究方向为第四纪地质地貌，（E-mail）；

收稿日期: 2023-10-09

  修回日期: 2023-12-22

  网络出版日期: 2024-06-24

基金资助

国家自然科学基金项目(42262024)

云南省科技人才与平台计划(202305AC160086)

收起

Theoretical Analysis of the Thermal Balance of Thermal Loss Accidents in Shilin, Yellow River, Gansu Province, and Ailao Mountain, Yunnan Province, in 2021

  • Jia Long ,
  • Ming Dong ,
  • Huai Su
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  • Key Laboratory on Low Latitude Plateau Environmental Change in Universities of Yunnan, Faculty of Geography, Yunnan Normal University, Kunming Yunnan 650500, China

Received date: 2023-10-09

  Revised date: 2023-12-22

  Online published: 2024-06-24

Fold

摘要

失温是野外活动中常被忽视的一种安全事故，其发生不仅是一个医学问题，也是一个热力学问题，并涉及具体的地理环境。从人体与环境的热传输和热平衡角度分析失温事故是提高公众对失温风险认知的有效途径，然而相关研究却鲜有报道。为此文章利用热平衡理论构建出一个人体维系正常体温理论所需服装热阻的计算模型，以2021年甘肃白银黄河石林和云南哀牢山2次最严重的失温死亡事件为案例，根据事件发生时的外界环境气温和人体活动状况（包括新陈代谢率和消耗系数）计算理论所需服装热阻。通过对比人体实际所穿服装热阻值与模型计算出理论所需服装热阻值来研究人体在事发环境下的失温风险。结果发现，在甘肃白银马拉松死亡事件中，理论所需服装热阻值均高于实际所穿服装热阻值，失温事故完全可能发生。对于哀牢山地质调查死亡事件，人体在事故发生期间只要处在登山和工作状态情景，理论所需服装热阻值与实际所穿服装热阻值差距不大，失温风险较低。但在宿营睡觉的状态下，理论所需服装热阻值就高于实际所穿服装热阻值且气温越低差距越大，尤其在夜间气温降到最低时，理论所需服装热阻值能高出实际所穿服装热阻值3.5倍以上，形成严重的失温风险。文章构建的模型能够对失温事故发生的可能性进行分析评估工作，为提高公众失温风险认识提供热力学、环境学的理论依据和研究范式，从而减少户外活动特别是地理工作者野外考察的失温风险。

关键词： 失温; 热平衡; 服装热阻; 黄河石林越野赛失温事件; 云南哀牢山失温事件

本文引用格式

龙佳 , 董铭 , 苏怀 . 2021年甘肃黄河石林和云南哀牢山失温事故的热平衡理论分析[J]. 热带地理, 2025 , 45(5) : 928 -936 . DOI: 10.13284/j.cnki.rddl.20230772

Abstract

Hypothermia is a type of safety accident that is often neglected in field activities. Its occurrence is not only a medical problem but also a thermodynamic problem and involves a specific geographical environment. An effective way to improve public awareness of hypothermia risk is to analyze hypothermia accidents from the perspective of heat transfer and heat balance between the human body and the environment. However, few reports have been written on relevant research. Therefore, this study uses the heat balance theory to build a calculation model of the clothing thermal resistance required by the human body to maintain a normal body temperature. The two most serious hypothermia death events in Shilin, Yellow River, Baiyin, Gansu province, and Ailao Mountain, Yunnan province, in 2021 are used as cases for analysis. The theoretical clothing thermal resistance has been calculated according to the external ambient temperature and human activity conditions (including metabolic rate and consumption coefficient) at the time of the event. By comparing the actual clothing thermal resistance value of the human body with the model, the theoretical clothing thermal resistance value has been calculated to study the hypothermia risk of the human body in the incident environment. The results show that, in the death incident of the Shilin Marathon on the Yellow River in Gansu Province, the theoretical thermal resistance of clothing required by the human body to maintain a normal body temperature was between 0.72 and 4.45 clo under different temperature conditions (resting, walking, and long-distance running), while the actual thermal resistance of the clothing worn by the accident personnel was 0.32 clo. The theoretical thermal resistance of the clothing is higher than that of the actual clothing, resulting in a high risk of temperature loss. Regarding the death event in the Ailao Mountain geological survey, the theoretical clothing thermal resistances required for the human body to maintain a normal body temperature under different temperatures while camping (sleeping), conducting field work, and mountaineering were 2.70-6.52 clo, 1.06-2.27 clo, and 0.55-1.75 clo, respectively. The actual thermal resistance of the clothing worn by the accident personnel was 1.86clo. During the accident, as long as the human body was in a climbing or working state, the difference between the theoretical and actual clothing thermal resistance was small, and the risk of hypothermia was low. However, while camping (sleeping), the theoretical clothing thermal resistance was higher than the actual clothing thermal resistance, and the lower the temperature, the greater the difference―especially at night when the temperature drops to its lowest point. At that point, the theoretical clothing thermal resistance could have been more than 3.5 times higher than the actual clothing thermal resistance, posing a serious risk of hypothermia. The results show the inevitability of hypothermia deaths in Shilin of the Yellow River in Gansu Province and Ailao Mountain in Yunnan Province. The insufficient prediction of hypothermia risk was the main cause of the hypothermia accidents. The calculation model constructed in this study can predict and evaluate the hypothermic risk of a certain outdoor activity in the future, provide a theoretical basis and research paradigm of thermodynamics and environmental science for improving public awareness about hypothermic risk, and is an effective means to prevent hypothermic accidents. Some measures and suggestions are provided for geographers engaged in long-term field investigation to avoid field hypothermia.

Key words： temperature loss; thermal equilibrium; clothing thermal resistance; Temperature loss incident at the Yellow River Stone Forest Off-road Race; Temperature loss incident in Ailao Mountain, Yunnan

近年来，随着社会经济的发展，科研、生产、研学、体育比赛等活动也日益向野外拓展，相应的野外安全事故也逐年增加。其中失温死亡事故最显得离奇、怪诞和难以置信。失温简单地理解就是人体核心体温低于35℃产生各种病症或死亡的现象（Procter et al., 2018）。虽然野外失温伤亡人数远不及交通事故那么多，但由此造成的单次事件伤亡人数也不容忽视。例如，1986-05-12，美国俄勒冈州一学校组织攀山活动，7名学生和2名教师因失温死亡（Hauty et al., 1987）；2005-10-08，克什米尔地区发生地震，居民户外避险，夜间降温导致超过100人失温（Oshiro et al., 2022）；2011年日本3.11大地震，34人因户外避险发生失温死亡（Kamata et al., 2022）；2020—2023年每年都有人在徒步穿越秦岭鳌山至太白山途中因失温导致死亡现象发生（刘倩，2020；汤宇兵，2022；邹渝，2023）。其中2021年发生在中国甘肃白银和云南哀牢山的两起失温死亡事件造成的死亡人数最多，共计25人，社会影响也最为显著，新闻界还做了跟踪报道（张玉，2021；吴咏玲，2021）。
以往学界对于失温的研究，多集中于失温的症状识别、病理学分析（Zafren et al., 2014）、诱发人群年龄和生理活动条件、应急救护（Kamata et al., 2022）、治疗（Willmore, 2020）、预防（杨策 等，2021；张坦 等，2022）以及科普宣传（李忠东，2021）等方面。鲜有学者针对某一具体失温事件，把事故发生的地理环境与涉事人员的自身防护综合起来研究失温事故发生的可能性和必然性。事实上，对失温事故发生可能性的认知不足是近年来公众普遍对失温风险表现出漠不关心和难以置信态度的根本原因。以争论最大的2021-11-13中国地质调查中心工作人员在哀牢山失联死亡原因讨论为例，很多人认为失联人员都是退伍军人且有野外生存经验，不会出现“失温”这种低级错误。他们应该死于“中毒”“瘴气”“雷劈”或其他自然灾害。即使后来法医通过尸检确定死因为失温后，仍有部分人拒绝相信，甚至至今还有人企图在哀牢山寻找“神秘力量”来解释死因（吴咏玲，2021）。
失温本质上是人体新陈代谢产生的热量从体表向外界环境扩散太快导致体温下降引发生理机能紊乱的过程。它不仅是一个生理医学问题，更涉及热力学过程和事故发生的地理环境。从热力学角度看，人体要阻止体温下降，就必须降低体表向外界环境释放的热量，即热通量。穿衣服增加热阻是最常用的方法。如何确定不同环境下人体维系正常体温所需的服装热阻是从热力学角度理解失温事故的关键。而人体维系正常体温所需的服装热阻的计算模型是可以通过热平衡理论构建出来的。国外已有成熟的方法可供借鉴，如Fanger等（1988）提出的PMV指数、Holmér（2005）提出的IREQ模型，以及在此基础上经过不断改进逐渐形成目前被广泛应用的ISO 11079（Holmér, 2008）：2007 IREQ（International Organization for Standardization, 2007）模型等。然而就具体某一失温事件而言，将热力学模型应用于评估失温事故发生的可能性，不仅在风险评估、个体化防护、环境适应性研究、救援行动规划、健康监测、保温材料和服装产品设计、紧急响应准备等方面具有重要的实际意义，而且能够增强我们对失温现象的理解，帮助预防和减少失温事件的发生。
通过对比人体实际穿着服装的热阻值与热平衡模型计算出的理论所需热阻值就可以评估人体在不同环境下发生失温的可能性或风险。本文以此原理对2021年发生在甘肃白银黄河石林和云南哀牢山两次社会影响极大的严重失温死亡事件开展失温事故发生的可能性分析评估工作，以期为提高公众失温风险认知提供热力学、环境学的理论依据和研究范式。

1 两次失温死亡事故概述

甘肃白银“黄河石林越野赛”失温死亡事故发生在2021-05-22，比赛当天遭遇降温天气，气温由14℃骤降至4℃，平均风力达到6~7级，同时伴随降雨。比赛过程中运动员仅穿着运动短袖和短裤，当比赛进行到3 h后，在172名参赛运动员中，有29人出现了身体僵硬，说话困难，思想迟钝等典型失温症状，其余运动员也出现不同程度的失温前期表现，最终导致死亡21人、重伤1人、轻伤7人（张坦 等，2022）。当地气象资料显示，年平均气温日较差通常可在11.2～13.7℃之间（马研 等，2016），事发当天不属于极端灾害性天气。
哀牢山野外作业失温死亡事故发生过程比较复杂。具体事故人员何时死亡目前难以准确确定。大致过程是：2021-11-13，中国地质调查中心派遣4名工作人员进入云南省哀牢山自然保护区开展国家年度森林资源调查专项工作，不幸次日就与外界失去联系。由于事发地点山高林密，且有大雾和降雨天气相伴，搜救工作进展缓慢，直到21日才找到3名失联人员，但均已死亡，次日又找到1具遗体。事故现场调查结果显示，死者面带笑容，衣服敞开，具有典型的失温死亡前产生幻觉全身燥热脱衣症状。随后公安机关经过法医鉴定确定4名工作人员系低温所致的心源性休克死亡。哀牢山地区的气象资料显示，气温的日较差在哀牢山东、西侧都比较大，年平均气温日较差一般在10～13℃之间（哀牢山自然保护区综合考察团，1988），事故发生时段未遇极端天气。

2 研究方法

2.1　人体-环境热平衡模型

众所周知，人体正常体温在37℃左右（奂剑波 等，2020），这一温度通常要高于人体所处的环境温度。根据热力学第二定律可知，热量会从高温的人体向低温的外界环境自发扩散。为了防止体温不至于因散热而下降，在外界环境温度较高的情况下人体仅需增加新陈代谢活动就能产生足够热量以抵消热散失。但如果外界环境温度较低，仅靠增加新陈代谢活动难以为继，人体就需要采取其它措施来保持体温。穿一定数量的衣服，降低人体向外界环境释放的热通量是一种常见而有效的措施。然而不论何种情况下人体与外界环境总是要达到热平衡状态，否则体温将不能恒定。通常人体新陈代谢产生的热量除了补偿人体与外界环境的热交换损失外，也被用于驱动人体的各类活动。人体与环境的热平衡就是人体新陈代谢产生的热量与人体各类活动消耗的热量和人体向外界环境释放热量的平衡。具体表达式（贾琛霞，2010）为：
M=W+R+C+E
式中：M代表人体新陈代谢所产生的热量，通常称为新陈代谢率；W代表人体活动消耗的能量或机械功；R代表人体体表通过辐射形式向周围环境散失的热量；C代表人体体表通过对流形式向周围环境散失的热量；E代表人体通过出汗和呼吸带走的热量。R、C、E 3项属人体向外界环境释放的热量。方程（1）中各项都以单位面积的热通量表示，单位为W/m2。

2.2　热平衡态下人体维系正常体温理论所需服装热阻的估算模型

人体体表通过辐射形式向外界环境散失的热量R的大小主要取决于2个因素，一个是人体体表与外界环境的温度差，温差越大热散失越大；另一个是人体穿着服装的隔热效果，即热阻（Nishi et al., 1978）。具体表达式为：
R= t s k - t a I
式中：tsk 为人体体表平均温度，单位为℃；ta 为人体所处环境的气温，单位℃；I为服装热阻，单位℃·m2/W。
将（2）代入（1）整理就可得到人体与环境达到热平衡状态下所需的服装热阻I的计算公式。
I = t s k - t a M - W - C - E
公式（3）中，人体新陈代谢率M的取值一般依据人体具体活动状况对照GB/T 18048—2008（刘太杰 等，2009）中相应的人体活动状况代谢率来确定。人体活动的机械功W的大小取决于代谢率M，二者关系式（魏润柏，1995）为：
W=ηM
式中：η为消耗系数；M为人体的新陈代谢率，单位为W/m2。
人体以对流形式向环境释放的热量C的大小取决于服装表面与人体所处环境的温差。人体通过呼吸、皮肤出汗等途径向外界环境释放的热量E包括呼吸显热损失C res、潜热损失 E r e s、出汗显热损失 C d i f和潜热损失 E r s w 等 4项。其中呼吸显热损失 C r e s与潜热损失 E r e s 的计算公式（金招芬 等，2001）分别为：
C res=0.001 4M（34-ta ）
E res=0.017 3M（5.867-PW ）
式中：M为人体的新陈代谢率，单位：W/m2；ta 为气温，单位：℃；PW 为人体周围的水汽压，单位：kPa。
考虑到在穿有一定厚度的服装下，人体以热对流和出汗方式释放的热量很小，本文将（3）式中的C项和 E 中包 含的 C d i f和 E r s w两项忽略，由此计算出的人体所需服装热阻值是人体热散失最小的理想值，实际需求的服装热阻要略高于此值。将公式（4）~（6）代入（3），tsk 设为人体正常体温值37℃，用野外气温代替ta，并将服装热阻的单位℃·m2/W转化为clo（1 clo=0.155℃·m2/W），得到野外热平衡条件下人体维系正常体温时所需的服装热阻的计算公式：
I= 238.71 - 6.45 t a M ( 0.850   9 - η + 0.001   4 t a + 0.017   3 p w )
式中：I为维系正常体温人体所需的理论服装热阻，单位：clo；ta 为空气温度，单位：℃；M为人体的新陈代谢率，单位：W/m2；η为消耗系数；PW 为人体周围的水汽压，单位：kPa。

2.3　人体实际所穿服装热阻值估算

人体实际所穿服装热阻通过类比法获得。首先将人体实际所穿的服装剥离为若干单件服装，参照GB/T 24254—2009（葛玥 等，2010）及前人研究（李敏，2015）对每个单件服装进行热阻赋值（表1），之后按如下经验公式（王发明 等，2007）累加。
It =∑Icl
式中：It 为人体实际所穿服装热阻值；Icl 为单件服装热阻值，单位均为clo。
表1 单件服装热阻

Table 1 Thermal resistance of a single garment

服装类型 服装热阻/clo 服装类型 服装热阻/clo
内裤 0.02 冲锋衣 0.6
短裤 0.11 长裤 0.16
短袖 0.12 短袜 0.05
保暖秋衣 0.2 长袜 0.1
保暖秋裤 0.19 鞋（薄底） 0.02
羽绒服 0.55 鞋（厚底） 0.04
长袖衬衫 0.21 毛衣（厚） 0.35
背心 0.09

2.4　失温事故发生的可能性判定

本文通过对比人体热平衡条件下理论所需服装热阻与实际服装热阻来判定失温事故发生的可能性，若人体理论所需服装热阻高于实际服装热阻则认为可能发生失温事故，差值越大风险越高，反之则认为失温事故发生的可能性很低。

3 研究结果

3.1　白银黄河石林长跑死亡事故人体服装热阻需求与发生失温的可能性

3.1.1　事故现场气温与人体代谢率情景设定

气象观测数据显示2021-05-22白银黄河石林马拉松长跑死亡事故周边气温在4~14℃范围变化。本文据此设定最高气温14℃，最低气温4℃和中间气温9℃ 3个环境温度情景推算失温风险。
人体代谢率的大小取决于人体活动状况，调查显示运动员在马拉松长跑过程中身体基本在跑步、行走或休息3种状态间切换，本文据此设定对应于这3种运动状态的新陈代谢率情景。跑步属大步幅剧烈活动，GB/T 18048—2008标准（基于中国青年标准人群的测量数据）显示此类运动的新陈代谢率为>260 W/m2，本文将此作为跑步状态下对应的新陈代谢率情景。同理，参考GB/T 18048—2008（刘太杰 等，2009）标准可将200~260 W/m2作为走路（速度5.5~7 km/h）状态下对应的新陈代谢率情景，55~70 W/m2作为人体休息状态下对应的新陈代谢率情景。

3.1.2　事故发生期间运动员维系正常体温所需服装热阻的热平衡理论值

将上述设定的3个气温情景和3个新陈代谢率情景组合为9个人体所需综合服装热阻的估算情景（表2），根据公式（7）计算各组合情景下维系正常体温人体所需服装热阻的热平衡理论值。其中跑步状态的消耗系数η设为10%，行走状态和休息η设为0%（魏润柏，1995；金招芬 等，2001）。考虑到事故当天有降雨，人体周围的水汽压Pw由相应气温下的饱和水汽压E代替。E的计算参照Tetens公式（刘健文 等，2005）：
表2 白银黄河石林人体不同的活动状况、不同的气温下所需要的服装热阻

Table 2 Sliver Yellow River Shilin human body different activity conditions, different temperatures under the need for clothing thermal resistance

气温/℃ 人体活动状况 新陈代谢率/（W·m-2）

所需服装

热阻/clo

实际服装

热阻/clo

失温

风险
4 休息 55~70 3.49~4.45 0.32 存在
4 行走 200~260 0.94~1.22 0.32 存在
4 长跑 >260 <1.06 0.32 存在
9 休息 55~70 2.92~3.72 0.32 存在
9 行走 200~260 0.79~1.02 0.32 存在
9 长跑 >260 <0.89 0.32 存在
14 休息 55~70 2.36~3.00 0.32 存在
14 行走 200~260 0.64~0.83 0.32 存在
14 长跑 >260 <0.72 0.32 存在
E=0.6122 exp （ 17.67 t a t a + 243.5 )
式中：E为饱和水汽压，单位：kPa； t a为气温，单位℃。
计算结果显示，事发当天运动员在气温最高14℃，剧烈长跑情景下维系正常体温所需的服装热阻值最低为0.72 clo。在气温降低或运动员活动量减少的情景下，所需的服装热阻就相应增加。在气温降到最低4℃，运动员处在休息待援的情景下人体维系正常体温所需的服装热阻最高，能达到气温最高且长跑情景的6倍以上（见表2）。

3.1.3　事故发生期间运动员实际所穿服装的热阻

事故调查显示马拉松长跑中多数运动员只穿了运动短袖、运动短裤、短袜和鞋。参考表1确定运动短袖的热阻为0.12 clo，运动短裤为0.11 clo，短袜为0.05 clo，鞋（薄底）为0.02 clo，内裤为0.02 clo，根据经验公式（8）计算出运动员整体的服装热阻为0.32 clo。

3.1.4　不同气温和运动状态情景下的人体失温风险

在事发当天气温最高且人体处于剧烈长跑的情景下，运动员维系正常体温所需的理论服装与实际服装热阻值差距最小，相差0.4 clo左右，相当于一件厚毛衣的热阻，失温风险较低。但在运动员的活动强度降低或气温下降的所有情景下人体实际穿着的服装热阻均低于理论所需服装热阻。尤其是在事故发生当天气温最低且运动员还处在休息待援状态的情景下人体理论所需的服装热阻就能达到实际服装热阻的11倍左右，失温几乎是必然的。总体而言，在甘肃白银马拉松长跑死亡事故发生当天运动员穿着服装的热阻都低于理论所需服装热阻，都存在较高的失温风险（见表2）。

3.2　哀牢山地质调查死亡事故人体服装热阻需求与发生失温的可能性

3.2.1　事故现场气温与人体代谢率的情景设定

哀牢山地质调查队员死亡事故发生于2021-11-13—22，属冬季。相关报道显示，事故发生地气温白天约为10℃左右，最高不超过11℃；夜间则可降至2℃。本文据此设定3个气温情景，由低到高分别是2℃（夜间最低温度）、6℃（最低和最高温度的中间值，能代表白天到夜间过渡期间可能出现的气温条件，从而评估在该时段内的失温风险）和11℃（白天的最高温度）。
根据事故调查信息可以推测哀牢山地质调查人员进入林区后主要活动状态为登山、工作和宿营（睡觉）。本文以这3种活动状态设定相应的人体代谢率情景。按GB/T 18048—2008（刘太杰 等，2009）中的经验估计，正常人登山的新陈代谢率为180~410 W/m2，野外常规工作（持续的手臂工作）的新陈代谢率为130~200 W/m2，睡觉为40~70 W/m2。

3.2.2　事故发生期间人体维系正常体温所需服装热阻的热平衡理论值

将设定的气温情景和人体代谢率情景组合，依据人体—环境热平衡理论推算事故发生期间各种组合情景下调查队员维系正常体温所需服装热阻的理论值。研究表明爬山的消耗系数η大致为15%，野外常规工作的消耗系数η为10%，宿营睡觉的消耗系数η为0%（魏润柏，1995；金招芬 等，2001）。事故发生期间哀牢山一带处于大雾和降水天气，空气湿度很大。本文据此用饱和水汽压E代替Pw。模型计算结果发现，事发期间人体在白天最高气温且登山的情景下所需服装热阻最低为0.55 clo，仅相当于一件羽绒服的热阻。在夜晚气温最低且处于宿营睡觉情景下所需服装热阻最高为6.52 clo。计算结果仍然遵循气温越低或人体代谢率越低需要服装热阻越高的规律。

3.2.3　事故人员实际所穿服装热阻

事故调查结果显示，4名工作人员主要穿着或携带保暖秋衣裤、冲锋衣、迷彩服和羽绒服进入哀牢山自然保护区作业。参考表1确定保暖秋衣裤的热阻为0.39 clo、长裤为0.16 clo、羽绒服为0.55 clo、冲锋衣为0.6 clo、内裤0.02 clo、鞋（厚底）0.04 clo、长袜为0.1 clo。以他们能穿的最多的衣服按公式（8）计算得出人体实际所穿服装的热阻值为1.86 clo。

3.2.4　不同气温和运动状态情景下的人体失温风险

对比哀牢山事故人体理论所需服装热阻值与实际服装热阻值不难发现，事发期间，不论事发地点气温高低，人体只要处于工作和登山状态下，其实际穿着的服装热阻值就与理论所需值相差不大，人体所穿衣服基本能够维系正常体温，发生失温的风险较低。只有在宿营睡觉的情景下，不论事发地点气温高低如何，人体实际所穿服装热阻均小于理论所需服装热阻，尤其在夜晚气温降到2℃左右的情景下，处于宿营睡觉的工作人员实际服装热阻值居然仅有理论所需值的1/3，构成了严重的失温风险（表3）。
表3 哀牢山地质人员在不同的活动水平、不同的气温下所需要的服装热阻

Table 3 Clothing thermal resistance required by geological personnel in Ailao Mountain under different activity levels and different temperatures

气温/℃

人体活动

状况

 新陈代谢率/（W·m-2）

所需服装

热阻/clo

 实际服装热阻/clo

失温

风险
2 宿营（睡觉） 40~70 3.73~6.52 1.86 存在
2 野外工作 130~200 1.47~2.27 1.86 无
2 登山 180~410 0.77~1.75 1.86 无
6 宿营（睡觉） 40~70 3.26~5.71 1.86 存在
6 野外工作 130~200 1.29~1.98 1.86 无
6 登山 180~410 0.67~1.53 1.86 无
11 宿营（睡觉） 40~70 2.70~4.72 1.86 存在
11 野外工作 130~200 1.06~1.64 1.86 无
11 登山 180~410 0.55~1.26 1.86 无

4 讨论

4.1　黄河石林和哀牢山发生失温死亡事故的必然性

本研究显示，在黄河石林马拉松长跑运动中，即使是处在当天气温最高（14℃）且长跑运动的情景下，运动员所穿的运动服装的热阻都低于维系正常体温理论所需的服装热阻，发生失温是必然趋势。这一推测与事故调查结果相吻合。事故调查结果显示，如果将前期表现统计在内，所有运动员都表现出一定程度的失温症状，只不过症状轻重因个人体质而异（张坦 等，2022）。
与黄河石林失温事件不同，哀牢山失温死亡事件缺少现场目击记录，唯一证实地质调查人员死于失温的证据是死亡现场勘察和尸检报告，因此争议颇大。本文的研究结果显示，尽管在登山和野外工作状态中地质调查人员实际所携带衣服的热阻与理论所需热阻相差不大，但在宿营状态下，理论所需热阻却远大于实际所携带衣服的热阻，发生失温是必然结果。本文从理论上支持了地质调查人员死于失温事故的调查结论。

4.2　失温事故易被忽视的主要原因

对失温风险的预估不足是导致出现失温事故的主要原因。从本文构建的模型中不难看出，人体维系正常体温所需服装热阻的大小主要取决于外界环境气温和人体活动状况（包括新陈代谢率M和消耗系数η）两方面的因素。利用公式（7）可以作出空气饱和天气（大雾或雨天）情景下，休息（M=65 W/m2）、持续的手臂作业（M=165 W/m2）、运动（M=290 W/m2）3种典型人体活动平均代谢状态（刘太杰 等，2009）下维系正常体温所需服装热阻随气温变化的关系图（图1）。从图中不难发现，在相同的降温幅度内，人体在低代谢率状况下（如休息）维系正常体温所需服装热阻的增加量（曲线斜率）要远远高于高代谢率（如运动）的状况。比如气温由10℃降到0℃，如果处于运动状态下，人体所需的服装热阻只需增加0.32 clo，仅相当于加穿一件厚毛衣的份量，而如果处于休息状态下就要增加1 clo左右，相当于要加穿一件羽绒服和厚毛衣。对于野外活动而言，人体处在高代谢率（运动）状态的时间普遍较长，因此人们更多关注该状况下穿什么，而不太关心休息等低代谢率状况下的衣着。事实上在一些体力消耗过大的野外活动中，一天之内人体活动状况经常在高代谢率和低代谢率之间大幅度切换，尤其在气温低于10℃以下环境，这种运动代谢状态的大幅切换能导致所需服装热阻出现10倍以上变化，失温也就随着人体代谢率转入低谷期不经意发生了。
图1 不同气温典型人体活动平均新陈代谢率下维系正常体温所需服装热阻与气温

注：图中曲线依据公式（7）绘制，其中Pw 用E代替，休息和工作时的消耗系数η为0%，运动时的消耗系数η为10%。

Fig.1 Clothing thermal resistance required to maintain normal body temperature under the average metabolic rate of typical human activities at different temperatures

4.3　高概率发生失温事故的地理环境

上述分析不难发现，失温事故产生的关键外界条件之一是气温日降幅都超过10℃以上。换言之，气温日较差频繁超过10℃以上的区域是失温事故多发的风险区域。研究表明，中国境内10℃日较差年均日数超过240 d的区域主要分布在“胡焕庸线”以西的西北内陆区和青藏高原及其周边地区（孔锋，2020），甘肃白银黄河石林就是该区域的典型代表。另外，哀牢山所在的云南高原10℃日较差年均日数也较高，在200 d以上（孔锋，2020），这些区域显然也是失温事故发生的高风险区。从全球尺度来看，气温日较差最大的区域是低纬度的内陆地区，这些区域发生失温的风险也最大。此外，同一区域不同季节的气温日较差也不一样，通常夏季大于冬季，但在中纬度地区春季日较差最大，黄河石林失温事件也恰巧发生在春末夏初。

4.4　构建评估模型是防范失温事故的有效手段

失温不仅是一种病症更是一种安全事故，对于安全事故防范往往比处理处置更为重要。然而，多年来学术界却很少有人为某一具体户外活动开展过失温风险的评估预测工作。本文基于人体—环境热平衡理论构建的失温评估模型算是对这方面研究的一个尝试。尽管本文模型还较为粗糙，但其已彰显利用气象预报数据结合人体实际穿着服装类型是可以预测评估未来某项户外活动的失温风险的。这个模型运转得是否有效完全取决于气象数据的精准度和服装热阻数据库的丰富度。而目前多个行业都在为提高气象数据的精准度和完善服装热阻数据库而努力。

5 结论

1）甘肃白银马拉松死亡事件中，事发当天人体维系正常体温所需理论服装热阻在0.72~4.45 clo，事故人员实际所穿服装热阻为0.32 clo。人体维系正常体温所需理论服装热阻均高于实际所穿服装热阻值，完全存在发生失温事故的风险。
2）哀牢山地质调查死亡事件中，事发期间人体维系正常体温所需理论服装热阻在0.55~6.52 clo，事故人员实际所穿服装热阻为1.86 clo。只要人体处在登山和工作状态下，人体维系正常体温所需理论服装热阻就与实际所穿服装热阻相差不大，发生失温事故风险较低。但如果处于宿营睡觉状态，人体维系正常体温所需的理论服装热阻值就高于实际所穿的服装热阻值，且气温越低二者差距越大。夜间气温降到全天最低时，人体若处于睡觉状态，发生失温事故的风险最高。
总体上，野外考察是地理科技工作者尤其是自然地理科技工作者最主要的工作方式，所以，相对其他行业而言，地理科技工作者在野外作业中也是面临失温风险最大的群体。针对上述研究，本文建议：地理科技工作者开展野外工作前先要了解野外工作目的地的地理环境和工作时段的天气预报，尤其关注气温日变化从20℃左右降到10℃以下的天气变化情况和从低海拔到高海拔区域作业的情况，这些情况下人体着装变化最大，容易忽视失温风险。如果仅进行野外工作不宿营，建议携带热阻超过1.5 clo的套装，如冲锋衣、长裤、帽子、手套等服装组合，根据个体差异可适当增添厚毛衣或羊毛衫。如果有宿营计划则需加配仿丝棉、高效暖绒、鹅绒等高热阻材质做的睡袋，以避免失温事故的发生。

脚注

龙 佳：数据收集，计算分析，图表绘制，论文撰写；

董 铭：研究思路与框架完善、论文修改及润色；

苏 怀：论文选题，基础理论指导及论文修改。

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