郭曉超，肖 蕾

(1.貴州省赤水市氣象局，貴州 赤水 564700；2.貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002)

0 引言

溫度、濕度、風(fēng)等氣象要素構(gòu)成了人類賴以生存的氣象環(huán)境，影響著人體與大氣環(huán)境之間的熱量交換，人體通過自身體溫調(diào)節(jié)以維持恒定的體溫，當(dāng)環(huán)境溫度與體溫之差不同時(shí)，人體感受到的舒適程度不同。人體舒適度是以人類機(jī)體與大氣環(huán)境之間熱交換原理為基礎(chǔ)，從氣象學(xué)角度來定量評價(jià)人類在不同氣候條件下舒適感的一項(xiàng)生物氣象指標(biāo)[1,2]。為了分析人體舒適度的氣候特征及其對人類生產(chǎn)生活的影響，從20世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)不少學(xué)者對此陸續(xù)開展了廣泛研究，如肖晶晶等[3-5]使用逐日氣象資料采用人體舒適度指數(shù)對環(huán)境氣候適宜度特征進(jìn)行分析; 柏秦鳳等[6]分析了人體舒適度指數(shù)與旅游療養(yǎng)的關(guān)系；辛學(xué)飛等[7]使用兩種人體舒適度評定方法對張家界國家森林公園旅游舒適度進(jìn)行對比分析和評價(jià)；秦海超等[8]人體舒適度指數(shù)在短期電力負(fù)荷預(yù)測中的應(yīng)用。

人體舒適度指數(shù)的計(jì)算方法有多種，而影響人體舒適度的氣象要素主要有氣溫、濕度和風(fēng)速，因此本文選擇包含氣溫、濕度和風(fēng)速的方法進(jìn)行計(jì)算。氣溫、濕度、風(fēng)速等氣象要素在一天之中變化較大，前人使用逐日氣象資料來分析人體舒適度指數(shù)年、季度、月等氣候特征具有一定的局限性，本文使用逐小時(shí)氣象資料來分析人體舒適度的氣候特征，為人民生產(chǎn)生活、旅游氣候資源優(yōu)勢的綜合開發(fā)以及氣象部門開展旅游氣象服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料

使用2005—2017年赤水國家氣象觀測站逐小時(shí)平均氣溫、相對濕度和10 min平均風(fēng)速。以上氣象要素資料存在少量缺測，其中溫度缺測202時(shí)次，占比0.18%；濕度缺測191時(shí)次，占比0.17%；風(fēng)速缺測389時(shí)次，占比0.34%。

當(dāng)y年m月d日h時(shí)出現(xiàn)缺測時(shí)，使用以下方法來進(jìn)行估算：

(1)

其中，N是2005—2017年m月d日h時(shí)有效測量數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，xi是對應(yīng)有效測量數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

研究表明，人體舒適感及其生理功能受到氣溫、濕度、風(fēng)速等多種氣象要素的影響[9-10]，其中氣溫對人體舒適感的影響最大，當(dāng)有效氣溫處于17～24 ℃時(shí)，人體舒適感最佳，受大氣濕度的影響甚微；當(dāng)氣溫較高或較低時(shí)，大氣濕度的波動(dòng)對人體舒適感的影響很大，相對濕度在60%～70%之間對人類健康最有利；對人體最適宜的風(fēng)速為2 m/s，當(dāng)風(fēng)速在3級以下時(shí)，對人體舒適感的影響很小。

本文采用吳兌等人[11]所編著的《環(huán)境氣象學(xué)與特種氣象預(yù)報(bào)》中人體舒適度指數(shù)(ITH)的計(jì)算公式：

(2)

其中t、f、v分別為氣溫(℃)、相對濕度(%)、風(fēng)速(m/s)。

按照中國氣象局規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[12]，將人體舒適度指數(shù)劃分為1～9個(gè)等級，每個(gè)等級分別對應(yīng)相應(yīng)的體感狀態(tài)，如表1所示。

表1 人體舒適度指數(shù)等級劃分Tab.1 Classification of Human Comfort Index

2 結(jié)果與分析

2.1 人體舒適度的等級分布

使用公式(2)計(jì)算赤水市2005—2017年逐小時(shí)人體舒適度指數(shù)，并按照表1將人體舒適度指數(shù)分為9個(gè)等級，統(tǒng)計(jì)每個(gè)等級出現(xiàn)時(shí)數(shù)占總時(shí)數(shù)的比例(圖1)。赤水處于最舒適的時(shí)次最多，占比33.88%，處于涼爽到暖和(-1～1等級)的時(shí)次占比65.38%；沒有寒冷到使人有凍傷危險(xiǎn)的天氣(-4等級)，有2%的時(shí)次為很冷天氣(-3等級)，多數(shù)人感覺不舒適，需要做好保暖措施；0.01%的酷熱天氣(4等級)時(shí)段使人感覺很不舒適，易中暑，1.57%的炎熱天氣使多數(shù)人感覺不舒適，有中暑危險(xiǎn)?？傮w來說，赤水大部分時(shí)段人體感覺舒適，但有少量的酷熱和炎熱天氣時(shí)段要注意防暑，少量的偏冷時(shí)段需要注意防寒保暖。

圖1 赤水市人體舒適度天氣等級分布Fig.1 Weather Grade Distribution of Human Comfort in Chishui City

2.2 偏冷天氣氣候特征分析

赤水沒有寒冷天氣，為便于分析偏冷天氣年、月、日分布特征，將1 d之內(nèi)存在1 h及以上偏冷天氣記為1個(gè)偏冷日。統(tǒng)計(jì)2005—2017年每年偏冷日數(shù)(圖2)，呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(圖1)，最少為2015年的10 d，最多為2008年的46 d，少于20 d有5 a，20～30 d之間有4 a，30～40 d之間有3 a，大于40 d有1 a。

圖2 偏冷日數(shù)年際變化Fig.2 Interannual Variation of Partially Cold Days

統(tǒng)計(jì)偏冷日數(shù)開始日期和結(jié)束日期(圖3)，可以看出，偏冷天氣開始日期最早是2006年的11月6日，最遲是2016—2017年冬季，寒冷天氣出現(xiàn)在2017年1月11日，開始日期在12月份的有11 a，占比85%。偏冷天氣結(jié)束日期最早是2007年的1月29日，最遲是2011年的3月15日，其中在1月份結(jié)束的有2 a，在2月份結(jié)束的有6 a，在3月份結(jié)束的有5 a。

圖3 偏冷日數(shù)開始日期和結(jié)束日期的年際變化Fig.3 Interannual Variations of Start and End Dates of Partially Cold Days

統(tǒng)計(jì)11月1日—次年3月31日每個(gè)日期出現(xiàn)偏冷天氣日數(shù)，再除以相同日期的總?cè)諗?shù)13，作為偏冷天氣出現(xiàn)概率(圖4)，概率大于50%的日期均在1月份，概率大于40%的日期除12月21日外，其它都出現(xiàn)在1月份，概率大于20%的日期出現(xiàn)在12月中旬—2月中旬，11月上旬—12月上旬和2月下旬—3月中旬可能出現(xiàn)寒冷天氣，但概率較低。

圖4 偏冷天氣出現(xiàn)概率Fig.4 Probability of Partially Cold Weather

統(tǒng)計(jì)2005—2017年期間，00—23時(shí)出現(xiàn)偏冷天氣的次數(shù)(圖5)，偏冷天氣常常出現(xiàn)在后半夜到上午，04—11時(shí)均出現(xiàn)150次以上，最多是08時(shí)的207次，13—21時(shí)均出現(xiàn)100次以下，最少為14時(shí)的30次。上午為人民群眾外出活動(dòng)較為集中時(shí)段，在偏冷天氣要注意采取保暖措施。

圖5 不同時(shí)間寒冷出現(xiàn)時(shí)次Fig.5 Cold occurrence times at different times

2.3 熱不舒適天氣氣候特征分析

將炎熱和酷熱天氣稱為熱不舒適天氣，2005—2017年僅僅出現(xiàn)6個(gè)時(shí)次酷熱天氣，其中，2006年有4個(gè)時(shí)次，分別是7月15日15時(shí)、7月16日12時(shí)和13時(shí)、7月21日15時(shí)，2014年有2個(gè)時(shí)次，分別是7月30日16時(shí)和2017年8月7日16時(shí)，酷熱天氣出現(xiàn)次數(shù)雖少，但中暑的風(fēng)險(xiǎn)較高，要注意采取防暑措施。將1 d之內(nèi)存在1 h及以上炎熱天氣記為1個(gè)炎熱日(圖6)，炎熱日數(shù)最多為2006年的54 d，最少為2008年的16 d，炎熱日數(shù)在20～30 d之間有7 a，占比54%，呈緩慢增多的趨勢。

圖6 炎熱日數(shù)年際變化Fig.6 Interannual Variation of Hot Days

統(tǒng)計(jì)炎熱天氣開始和結(jié)束日期(圖7)，炎熱天氣開始最早是6月10日，最遲是7月8日，開始日期在6月中旬有4次，占比31%，在6月下旬有5次，占比38%，在7月上旬有4次，占比31%。炎熱天氣結(jié)束日期最早是8月8日，最遲是9月23日，結(jié)束日期較為分散，在8月中旬有3次，在8月下旬有4次，在9月上旬有1次，在中旬有2次，在9月下旬有2次。

圖7 炎熱天氣開始和結(jié)束日期的年際變化Fig.7 Interannual variations in start and end dates of hot weather

統(tǒng)計(jì)2005—2017年期間，6月10日—9月30日每天出現(xiàn)炎熱天氣的概率(圖8)，出現(xiàn)概率在50%以上的日期主要在7月下旬—8月中旬，出現(xiàn)概率在30%以上的日期主要集中在7—8月，6月和9月偶爾出現(xiàn)炎熱天氣，但概率較低。

圖8 熱不舒適天氣出現(xiàn)概率Fig.8 Probability of hot uncomfortable weather

統(tǒng)計(jì)2005—2017年不同時(shí)間炎熱天氣出現(xiàn)次數(shù)(圖9)，炎熱天氣出現(xiàn)在00—09時(shí)的非常少，其中07—08時(shí)從來沒有出現(xiàn)過，10—12時(shí)出現(xiàn)次數(shù)急劇上升， 13—15時(shí)出現(xiàn)次數(shù)均在200次以上，是炎熱天氣最為集中的時(shí)段，16—23時(shí)出現(xiàn)次數(shù)緩慢下降。

圖9 不同時(shí)間炎熱天氣出現(xiàn)次數(shù)Fig.9 Number of hot weather occurrences at different times

2.4 舒適天氣氣候特征分析

將1 d之內(nèi)所有時(shí)次人體舒適度指數(shù)均為-1～1等級時(shí)記為1個(gè)舒適日，統(tǒng)計(jì)2005— 2017年舒適日數(shù)，呈現(xiàn)逐漸增多趨勢，最多為2015年的176 d，最少為2010年的135 d(圖10)，年平均舒適天氣152 d。

圖10 舒適日數(shù)年際變化Fig.10 Interannual variation of comfort days

統(tǒng)計(jì)平均月舒適日數(shù)(圖10)，可以看出，舒適天氣除1月份外，其他月份均有出現(xiàn)，舒適日數(shù)最多為10月的27.8 d，4、5、9、10月均為20 d以上，3、6、11月出現(xiàn)日數(shù)在10～20 d之間。因此，4、5、9、10月是最舒適季節(jié)，這段時(shí)期也是赤水旅游的高峰期。

圖11 年平均月舒適天氣日數(shù)Fig.11 Annual average monthly days of comfortable weather

3 結(jié)論和討論

利用赤水國家氣象觀測站2005—2017年平均氣溫、相對濕度、10 min平均風(fēng)速的小時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算人體舒適度指數(shù)，著重分析偏冷天氣、熱不舒適天氣和舒適天氣的氣候特征，研究結(jié)果表明：

①赤水冬季較為暖和，沒有寒冷天氣；偏冷天氣較少，主要出現(xiàn)在12月中旬—2月中旬，1月份出現(xiàn)概率最高，最大日偏冷天氣概率達(dá)62%(1月22日、1月27日)；偏冷天氣在04—11時(shí)出現(xiàn)概率較高，最高為08時(shí)，13—21時(shí)出現(xiàn)概率較低，14出現(xiàn)概率最低，上午是人民群眾外出活動(dòng)較為集中時(shí)段，需要做好保暖措施。

②酷熱天氣極少，僅出現(xiàn)6個(gè)時(shí)次；炎熱天氣主要出現(xiàn)在7、8月份，其中7月下旬—8月上旬出現(xiàn)概率較高，最大日炎熱天氣概率達(dá)77%(7月21日、7月30日、7月31日)；炎熱天氣在13—15時(shí)出現(xiàn)概率較高，16—23時(shí)出現(xiàn)概率緩慢下降，00—09時(shí)出現(xiàn)概率較低，在炎熱日應(yīng)盡量減少午后外出。

③赤水涼爽到暖和(-1～1等級)時(shí)次占比65.38%，其中最舒適時(shí)次占比33.88%；舒適天氣最多為2015年的176 d，最少為2010年的135 d，年平均舒適日數(shù)152 d；舒適天氣4、5、9、10月出現(xiàn)概率較高。

④赤水是重要的旅游城市，外來游客多，赤水舒適天氣較多，季節(jié)分布特征明顯，在4、5、9、10月份應(yīng)該加大旅游宣傳、增加旅游項(xiàng)目，吸引游客到赤水旅游；12月中旬到2月中旬，偏冷天氣多，應(yīng)引導(dǎo)游客下午外出旅游，上午可適當(dāng)增加室內(nèi)游玩項(xiàng)目；7、8月份熱不舒適天氣多，應(yīng)多開發(fā)早晨和上午的旅游項(xiàng)目，如觀看日出。

⑤與使用日平均氣象要素分析人體舒適度相比，基于小時(shí)分析舒適度具有以下特征：可以詳細(xì)了解一天之內(nèi)舒適度變化特征，便于人民群眾使用人體舒適度氣候特征趨利避害，更好指導(dǎo)生產(chǎn)生活；旅游公司可以利用人體舒適度日變化特征和季節(jié)變化特征，針對性開發(fā)旅游項(xiàng)目，提升游客體驗(yàn)；只要1 d之內(nèi)有1個(gè)時(shí)次出現(xiàn)熱不舒適天氣或偏冷天氣，則記為熱不舒適日或偏冷日，因此標(biāo)準(zhǔn)更低，相應(yīng)統(tǒng)計(jì)日數(shù)更多。

⑥赤水海拔差異大，立體氣候特征明顯，特別是一些旅游景區(qū)和高山度假區(qū)與城區(qū)氣象要素差異大。由于赤水區(qū)域氣象站數(shù)據(jù)連續(xù)性差，可獲取時(shí)間短，本文僅使用位于城區(qū)的赤水國家氣象觀測站數(shù)據(jù)分析人體舒適度氣候特征，代表性不夠，需要后期繼續(xù)完善。