劉金麗，鄭浩陽

（1.珠海市斗門區(qū)氣象局，廣東珠海 519125；2.珠海市氣象局，廣東珠海 519000）

珠海市人居環(huán)境氣候舒適度特征分析

劉金麗1，鄭浩陽2

（1.珠海市斗門區(qū)氣象局，廣東珠海 519125；2.珠海市氣象局，廣東珠海 519000）

利用1962—2014年珠海市國家氣候觀象臺地面氣象資料，通過對多種氣候舒適度計算模型比較分析，構(gòu)造適合珠海的人居環(huán)境氣候舒適度評價方法，得到了珠海市城市氣候和人居環(huán)境特點。結(jié)果顯示：通過對溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)進行本地化權(quán)重賦值得到的綜合氣候舒適度評價方法克服了單一模型的缺陷，體現(xiàn)了珠海微氣候特征下城市化對人居環(huán)境舒適度的綜合影響；珠海人居環(huán)境氣候舒適度總體上屬于“較舒適”等級，其中12和3月是非常舒適的月份，7—8月是一年中非常不舒適的月份；珠海人居環(huán)境氣候舒適度呈下降趨勢，向較不舒適區(qū)間靠近。

應(yīng)用氣象；氣候舒適度；溫濕指數(shù)；風(fēng)效指數(shù)；著衣指數(shù)；人居環(huán)境；珠海

城市人居環(huán)境是指人們在城市生活工作所處的自然、經(jīng)濟、社會和文化環(huán)境的總稱，其持續(xù)發(fā)展狀況是城市低碳發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展、有序發(fā)展的檢驗標準。2015年9月6日，珠海市人民政府發(fā)布了《珠海建設(shè)國際宜居城市三年行動計劃》，提出建設(shè)“國際珠海、活力珠海、生態(tài)珠海、美麗珠海、智慧珠海、幸福珠?！蹦繕?，人居環(huán)境再次成為珠海城市發(fā)展的焦點，而城市氣候作為人居環(huán)境最活躍的因子，直接決定著城市人居環(huán)境的舒適與否，是人們評價城市宜居性的重要標準之一［1］。國內(nèi)外學(xué)者對城市氣候舒適性的研究多集中在氣候旅游資源與旅游氣候舒適度評價等方面［2-8］，人居環(huán)境氣候舒適度的研究較少，且無適應(yīng)華南地區(qū)的城市氣候舒適度評價模型。因此，本研究從人居環(huán)境的角度，基于珠海城市氣候特征，統(tǒng)計分析了珠海城市氣候與人居環(huán)境的關(guān)系，并對比了各種氣候舒適度指數(shù)模型，提出適合珠海的人居環(huán)境氣候舒適度評價方法，建立了珠海人居環(huán)境的綜合氣候舒適度指數(shù)模型，為珠海宜居城市建設(shè)提供科學(xué)參考。

1 資料與方法

主要采用了珠海市國家氣候觀象臺1962—2014年的氣溫、濕度、風(fēng)速、日照等常規(guī)地面氣象觀測資料。

采用的方法主要有：各氣候舒適指數(shù)模型的構(gòu)建，采用經(jīng)驗公式，在相應(yīng)章節(jié)中詳細介紹。線性傾向估計，分析系列的變化趨勢時，采用一元線性回歸方程計算，相關(guān)系數(shù)表示變量與時間之間線性相關(guān)的密切程度。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是美國運籌學(xué)專家匹茲堡大學(xué)教授薩迪（T.L.Satty）于20世紀70年代初期提出的，是將決策總的有關(guān)元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進行定性和定量分析的決策方法。步驟：1）確定該系統(tǒng)的總目標，弄清規(guī)劃決策所涉及的范圍，所要采取的措施方案和政策，實現(xiàn)目標的準則、策略和各種約束條件等；2）建立一個多層次的遞階結(jié)構(gòu)；3）確定以上遞階結(jié)構(gòu)中相鄰層次元素間相關(guān)程度，采用專家打分法，對各因素的相對重要程度進行兩兩比較，通過使用1—9級倒數(shù)標度表構(gòu)造比較判斷矩陣及矩陣運算的數(shù)學(xué)方法，確定對于上一層次的某個元素而言，本層次中與其相關(guān)元素的重要性排序——相對權(quán)值，并進行一致性檢驗；4）計算各層元素對系統(tǒng)目標的合成權(quán)重，進行總排序，以確定遞階結(jié)構(gòu)圖中最底層各個元素在總目標中的重要程度。

2 人居環(huán)境氣候舒適度變化特征

氣候舒適度是指健康人群在無需借助任何消寒、避暑裝備和設(shè)施情況下對氣溫、濕度、風(fēng)速和日照等氣候因子感覺的適宜程度。氣候舒適度評價的方案和專項指標有很多，本研究主要以陸鼎煌等［9］、廖善剛等［10］的環(huán)境衛(wèi)生學(xué)方法和賦值權(quán)重綜合氣候舒適度評價法［11-13］對珠海市的氣候舒適度進行研究。

2.1 環(huán)境衛(wèi)生學(xué)方法的珠海市氣候舒適度特征

陸鼎煌［9］研究認為，氣溫24℃，相對濕度70%，風(fēng)速2 m/s是人體感覺最舒適的小氣候環(huán)境，其給出的環(huán)境衛(wèi)生學(xué)氣候舒適度計算公式為

其中，S為綜合舒適度；t為氣溫（℃）；RH為相對濕度（%）；v為風(fēng)速（m/s）。

評價指標為：S≤4.55，舒適；4.55＜S≤6.95，較舒適；6.95＜S≤9.00，不舒適；S＞9.00為極不舒適。

利用1962—2014年珠海歷年各月平均氣溫、相對濕度、風(fēng)速資料，根據(jù)上述評價法計算得到了珠海年內(nèi)各月綜合氣候舒適度指數(shù)，繪制了相應(yīng)曲線（圖略）。從各月平均舒適度指數(shù)曲線來看，12月到次年的3月綜合舒適度S值介于4.55和6.95之間，屬于較舒適月份，而4—11月S值都小于4.55，為一年中的舒適月份。從上面的分析可以看出，環(huán)境衛(wèi)生學(xué)氣候舒適度評價法肯定了珠海氣候總體較舒適的特點，但其計算結(jié)果基本處于6.95以下的區(qū)間，只包含了舒適和較舒適兩種分級結(jié)果，而在相同的評價區(qū)間下其值跳躍波動較大，因此，該氣候舒適度評價模型不能全面具體揭示珠海人居環(huán)境氣候舒適度特征，需要尋找一種能與珠海氣候特征相匹配的細致體現(xiàn)“人、城市、氣候”三者關(guān)系的客觀評價方法。本研究從溫濕指數(shù)出發(fā)，結(jié)合風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)，構(gòu)造了一個既能反映氣候因子影響力又能體現(xiàn)城市化進程特點的適合珠海本地的綜合氣候舒適度指數(shù)模型，即賦值權(quán)重綜合法模型。

2.2 賦值權(quán)重綜合法的珠海市氣候舒適度特征

賦值權(quán)重綜合氣候舒適度評價法，主要是綜合考慮溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)因子，并按照在炎熱的地區(qū)或炎熱的季節(jié)著重考慮熱應(yīng)力不舒適程度，在較寒冷的地區(qū)或季節(jié)則注重冷應(yīng)力不舒適程度的原則，對各因子進行賦值和分級（表1），并給予相應(yīng)權(quán)重，最終計算出來一種綜合氣候舒適度指數(shù)。

表1 溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)的分級標準和賦值

1）溫濕指數(shù)模型下珠海氣候舒適度特征。

溫濕指數(shù)THI（temperature humidity index）指人們對周圍空氣溫度及濕度的感覺程度。計算公式如下（分級標準見表1）：

其中，THI為溫濕指數(shù)；t為空氣溫度（℃）；RH為相對濕度（%）。

利用1962—2014年珠海逐日平均氣溫、相對濕度數(shù)據(jù)計算得出每一天的溫濕指數(shù)，然后按照分級標準統(tǒng)計歷年各級別舒適日數(shù)（圖略）。一年中，最可接受的舒適日數(shù)達到12.88%；較舒適日數(shù)占23.29%（包含涼爽和溫暖2種感覺）；感覺涼及冷的不舒適日數(shù)比例較??；感覺熱，很不適應(yīng)的日數(shù)達到23.56%；熱感、極不適應(yīng)日數(shù)占21.10%；感覺暖不舒適日數(shù)占14.25%。

50多年來，溫濕指數(shù)的日變化（圖1）表現(xiàn)為：人體感覺涼、不舒適日數(shù)（圖1a）2～42 d，趨勢線呈現(xiàn)遞減變化，尤其是20世紀90年代開始這種趨勢更明顯；舒適、最可接受日數(shù)（圖1b）29～76 d，減少或增多趨勢不明顯，但曲線的波動振幅在20世紀90年代以來逐漸減小，預(yù)示著最可接受的舒適日數(shù)較之前總體是降低的；人體感覺熱、很不適應(yīng)日數(shù)（圖1c）最少有37 d，最多有124 d，曲線呈現(xiàn)減少趨勢變化，2014年出現(xiàn)最低值；人體感覺很熱、極不適應(yīng)日數(shù)（圖1d）44～ 128 d，平均為77 d，20世紀90年代以來趨勢線呈上升趨勢（通過0.05相關(guān)顯著性檢驗），2014年高達128 d。

圖1 1962—2014年珠海溫濕指數(shù)日數(shù)變化趨勢（其中紅虛線表示趨勢擬合線）

從1962—2014年珠海年內(nèi)平均溫濕指數(shù)的分布（圖略）。可知，年平均溫濕指數(shù)呈現(xiàn)單峰分布，從1月開始溫濕指數(shù)逐漸增大，到7—8月份增至最大，之后又開始逐漸減小。對應(yīng)表1，1、2、3、11和12月溫濕指數(shù)處于55～70，人體感覺為較舒適及以上級別，其中3和12月是最舒適的；而4—10月，溫濕指數(shù)處于較高水平，表現(xiàn)為悶熱不舒適，尤其是7、8月份THI＞80，人體感覺極不舒適，4、10月是舒適和不舒適的過渡月份。50多年來，珠海市各月溫濕指數(shù)（圖略）基本呈現(xiàn)上升的變化趨勢，氣候舒適度降低。

2）風(fēng)效指數(shù)模型下珠海氣候舒適度特征。

風(fēng)效指數(shù)K（wind effect index）反映了體表與周圍環(huán)境之間的熱交換，即體表單位面積的熱交換量率（正值為吸熱，負值為散熱）。風(fēng)效指數(shù)公式如下（分級評價標準見表1）：

其中，t為空氣氣溫（℃）；v為10 m高度處的平均風(fēng)速（m/s）；S為日照時數(shù)（h）。

統(tǒng)計可知，1962—2014年珠海各月的風(fēng)效指數(shù)（圖2）總體上為負值，其中冬半年為小值，夏半年值逐漸增大。1—3月人體感覺為涼風(fēng)，5—10月人體感覺都是暖風(fēng)，11—12月又轉(zhuǎn)為涼風(fēng)，珠?；静淮嬖谏岳滹L(fēng)及更冷風(fēng)，春夏交替的4月和秋冬交替的11月常常表現(xiàn)為舒適風(fēng)。50年來，珠海市各月風(fēng)效指數(shù)（圖略）自20世紀90年代以來呈現(xiàn)上升的變化，氣候舒適度則呈降低的趨勢，且各舒適等級的持續(xù)時間長度也發(fā)生了較大的變化，表現(xiàn)為涼風(fēng)→舒適風(fēng)→暖風(fēng)→熱風(fēng)→更熱風(fēng)轉(zhuǎn)變的趨熱變化。

圖2 1962—2014年珠海逐月風(fēng)效指數(shù)

3）著衣指數(shù)。

著衣指數(shù)ICL（index of clothing）參考澳大利亞學(xué)者Freitas的計算公式（分級評價標準見表1）：

其中，t為攝氏氣溫（℃）；H代表人體代謝率的75%（W/m2）（本研究取輕活動量下的代謝率，即116 W/m2，此時H=87 W/m2）；ɑ表示人體對太陽輻射的吸收情況，它與人體姿勢、衣服反照率以及太陽的直接輻射、散射和反射成分有關(guān)，對于黑衣料多數(shù)情況下取0.06為最大值，本研究取0.06；R表示垂直陽光的單位面積土地所接收的太陽輻射，R=（1 385±7）W/m2；α是太陽高度角（°）；v為風(fēng)速（m/s）。

如圖3所示，4月以前珠海著衣指數(shù)所代表的衣料的熱阻尼值都在0.8以上，4月開始快速減小，7—8月減到0.3以下，之后又開始上升，到11月達到0.8以上。表明，為了保持體內(nèi)外溫感環(huán)境的穩(wěn)定，11月到次年的4月珠海著衣以輕便舒適為主，而5—10月珠海著衣以短、薄的類似熱帶衣著為主，以此來調(diào)節(jié)炎熱氣候帶來的人體不舒適程度。50多年來，珠海市各月著衣指數(shù)（圖略）總體上呈現(xiàn)下降的變化趨勢，特別是20世紀90年代以來變化明顯。

圖3 1962—2014年珠海逐月著衣指數(shù)分布

4）綜合氣候舒適度指數(shù)。

為了科學(xué)準確評價珠海氣候舒適度，將上述3個指數(shù)進行綜合分析。因珠海地處低緯地區(qū)，氣溫高、濕度大、風(fēng)速小、炎熱季節(jié)長，所以探討其人體綜合氣候舒適度指數(shù)時應(yīng)主要從熱應(yīng)力即溫濕指數(shù)角度出發(fā)，兼顧代表冷應(yīng)力的風(fēng)效指數(shù)，加上通過著衣指數(shù)改變不舒適的氣候。

按照表1的標準，對各指數(shù)進行賦值，采用專家打分和層次分析法確定各指數(shù)的權(quán)重，建立一個新的適用于珠海的綜合氣候舒適度指數(shù)CCI（Comprehensive Comfort Index）（圖4）：

CCI=0.6THI+0.3K+0.1ICL（5）

規(guī)定：7≤CCI≤9時為舒適；5≤CCI＜7時為較舒適；3≤CCI＜5時為較不舒適；1＜CCI＜3時為不舒適。

圖4 珠海市綜合氣候舒適度指數(shù)月變化（a）、年變化（b）和季變化（c）

如圖4a所示，珠海年內(nèi)各月綜合氣候舒適度指數(shù)曲線的形狀表現(xiàn)為兩邊高中間低。從多年平均態(tài)來看，綜合氣候舒適度指數(shù)自1月開始增大，3月達最大，4月后急劇下降，到7月降到最低，8月又開始逐漸增大，10月左右基本上可以達到4月的水平，12月再次達到峰值。從舒適度值方面可以看出，5—9月介于2～5，根據(jù)給定的評價標準，氣候舒適度屬于較不舒適及以下等級，10月到次年的4月，都在5以上，氣候?qū)儆谳^舒適及以上等級，11月到次年的3月，指數(shù)介于7～9，屬于舒適等級范圍。綜合看，12、3月是珠海非常舒適的月份，而7、8月是珠海一年中非常不舒適的月份。

從圖4b可以看出，珠海年綜合氣候舒適指數(shù)呈現(xiàn)波動形式分布，在5.2～6.4之間，屬于“較舒適”的氣候等級標準。年代際變化差異明顯，20世紀70年代到80年代初是舒適度指數(shù)最大的時期，之后呈現(xiàn)波動下降，趨勢擬合線呈現(xiàn)減小的變化（通過0.05相關(guān)顯著性檢驗），2014年出現(xiàn)序列最低值。

從圖4c可以看出，珠海春季、夏季、秋季、冬季（劃分標準為常規(guī)4季法）綜合氣候舒適度指數(shù)在各年代都經(jīng)歷了波動變化。春季綜合氣候舒適指數(shù)介于5.8～7.3，屬于較舒適到舒適級別范圍；夏季指數(shù)介于2.4～4.4，屬于較不舒適到不舒適的級別范圍；秋季指數(shù)介于4.5～6.4，屬于較不舒適向較舒適的過渡季節(jié)；冬季指數(shù)介于6.6～8.4，屬于較舒適到舒適的級別范圍。從趨勢擬合線來看，夏、秋季綜合氣候舒適度指數(shù)值呈現(xiàn)減小的顯著變化（通過0.05相關(guān)顯著性檢驗），氣候舒適度下降。

從以上分析可知，溫濕指數(shù)評價模型更多的是對主要氣候因子的直接反映，而綜合評價模型除了包含了能體現(xiàn)氣象因子主導(dǎo)作用的溫濕指數(shù)外，還加進了能綜合反映人與不斷變化的周圍環(huán)境之間的相互作用的風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)；另一方面，模型對各因子的權(quán)重考慮則體現(xiàn)了珠海本土區(qū)域特點，評價結(jié)果也較全面地體現(xiàn)了珠海城市發(fā)展下人與環(huán)境相互影響和適應(yīng)的氣候舒適度變化特征。

3 結(jié)論

通過對溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)進行賦值并根據(jù)珠海實際情況給定權(quán)重得到的綜合氣候舒適度評價方法，克服了本研究中前4個模型的缺陷，體現(xiàn)了珠海微氣候特征下城市化對人居環(huán)境舒適度的綜合影響和相互作用情況，是適合珠海的氣候舒適度評價方法。

1）珠海全年屬于“較舒適”的氣候舒適度等級，年氣候舒適度自20世紀80年代起呈下降的變化趨勢。

2）5—9月，珠海氣候舒適度屬于較不舒適及以上等級，10月到次年的4月，氣候舒適度屬于較舒適及以上等級，其中12、3月是非常舒適的月份，7、8月是非常不舒適的月份。

3）春季屬于較舒適到舒適級別范圍，夏季屬于較不舒適到不舒適的級別范圍，秋季屬于較不舒適向較舒適的過渡季節(jié)，冬季屬于較舒適到舒適的級別范圍。

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A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.012

2016-03-10

劉金麗（1984年生），女，學(xué)士，工程師，主要從事天氣預(yù)報和氣象服務(wù)工作。E-mail：lianzim@163.com

劉金麗，鄭浩陽.珠海市人居環(huán)境氣候舒適度特征分析［J］.廣東氣象，2016，38（5）：49-53.